现在正值年末,学生党们又不得不面对「期末考试」这个大 Boss 了。从学生时代走过来的朋友们,一定深知好多同学平时不够重视课业,直到考试前才临时抱佛脚,但无奈身边的学霸数量有限,积累的一堆问题都不能及时得到解决。在此,笔者隆重推荐 PocketCAS 和 WolframAlpha 这两款 App,希望它们可以帮助到需要和数学打交道的你。有问题的话,就随时请教它们吧。

离线科学计算器:PocketCAS

正如它的名字,PocketCAS 是一款掌上的计算机代数系统(Computer Algebra System),不同于其他功能简单的「科学计算器」App,PocketCAS 可以计算定积分、操作矩阵,求解微分方程也不在话下。虽然这款 App 至今没有中文界面,但并不影响我们的操作。值得一提的是,此 App 现在圣诞 5 折促销中,原价 78 元,现在只需 30 元

首次打开 App 后,展示在你面前的是一份说明文档,告诉你它可以做简单计算、求导以及绘制函数图象。说明文档仅仅是这样而已吗?想了解它的更多功能,请点击「Menu」-「Load Document」,这样你就可以看到编号从 1 到 9 的九份说明文档,里面就绘图、微积分、线性代数等分别做了简明的指导,虽然不够详尽,但应付各种数学计算已经绰绰有余了。

准备好使用它了吗?点击「Menu」-「New Document」建立一个新文档,然后你就可以在新文档中点击「New Entry」来进行运算了。对于 PocketCAS 来说,一个 Document 就是一张供你运算的白纸,而一个 Entry 就是一道供它解决的题目。点击「New Entry」后,得选择一下「题目」的类型,「Calculation」就是指各种计算,而「Plot」是绘制二维函数图像,「3D Plot」是绘制三维函数图像,最后的「Script」则是通过脚本自定义函数以应对更复杂的需求。

进入 Entry 后,会弹出 PockerCAS 独有的键盘,第一屏是一些常用的高等运算符,如求极限、求行列式等,第二屏是常数、变量、初等函数及初等运算符,第三四屏则是运算符、函数、单位等乱七八糟一堆。如果你觉得这个键盘太麻烦,或者没有想用的东西,点击键盘右上方的「Tools」,你就可以选择「Show System Keyboard」来使用系统键盘输入。如果不知道能用什么功能的话,点「Tools」后弹出的前三项就是函数、变量和常数的清单了,可供你随时查看。

在得到运算结果后,在 Entry 上向左滑动就可以删除它,而 Entry 右侧的分享按钮则可以帮助我们将运算结果或函数图像保存至「照片」App。

在线知识计算引擎:WolframAlpha

相较于前者,WolframAlpha 可能更出名一些,少数派也有过相关的推荐文章。 即使你没有听说过它,说不定也曾经使用过它,因为 Siri 的一些功能就是由 WolframAlpha 驱动的。你可以这么理解,WolframAlpha 其实是一个搜索引擎,不过它向你返回的不是「搜索的结果」而是「问题的回答」。和 PocketCAS 一样,WolframAlpha 同样至今没有中文界面,这个问题也同样不影响操作。

既然是搜索引擎,进入 App 后,展现在你面前的自然就是一个长长的搜索栏。那么它能搜索些什么呢?点击左上角的按钮吧,WolframAlpha 会告诉你它天文地理无所不晓,将这个「Examples」页面翻到最下面,点击「Show Random Example」,它就会给你随机显示一个用法示例。不过,本文主要是说数学嘛,那就点击这个「Example」页面中的第一项「Mathematics」,可以看出,它除了 PocketCAS 具有的计算与绘图功能外,还有着逻辑计算、查询公式、显示概念定义等更高级的功能。

如果要使用它,把内容输入搜索栏,然后点「=」就好啦,稍等一会它就会返回一个令你满意的答案呢。当点击搜索栏之后,WolframAlpha 同样会弹出独有的键盘,但此时系统键盘也会显示在下方,这样的双键盘设计可以让我们的输入更加便捷。

一个例子:求定积分

前面说了那么多,都不如用它们算道题有说服力,请听题:求 e 的 x 次幂乘以 cosx 从 0 到 π 的定积分。

PocketCAS

  1. 进入一个 Document,点击「New Entry」-「Calculation」。
  2. 选择「CAS」键盘,点击「∫」。
  3. 选择「Main」键盘,在「∫()」的括号中输入「e^x*cos(x),x,0,π」。即这个 Entry 是「 ∫(e^x*cos(x),x,0,π)」。
  4. 点击右上角的「Calculate」。

PocketCAS 首先得出了一个精确解,然后同时得出了一个近似的数值解。

WolframAlpha

  1. 点击搜索栏,点击键盘上的「∫」,然后点击空格键。
  2. 在搜索栏中继续输入「e^x*cosx x from 0 to π」,即搜索栏中是「∫ e^x*cosx x from 0 to π」。当然,你也可以直接键入「integral e^x*cosx from 0 to pi」。
  3. 点击搜索栏右边的「=」。

WolframAlpha 直接得出了近似数值解,并同时绘出了图像,给出了黎曼和,并附带了不定积分。现在,重头戏来了,点击结果下方的「Step-by-step solution」,看看出现了什么?

分部积分法有木有!一步步做整理对不对!

对比与总结

看了上面的例子,是不是觉得相比于 WolframAlpha,PocketCAS 有些太弱了?其实,上面的例子并不公平,因为 PocketCAS 毕竟是本地的计算器,而 WolframAlpha 是云端的知识引擎。当你需要自定义函数以实现某个复杂算法时,PocketCAS 强大的脚本编程功能绝对可以顺利完成任务。而做同样的事情,手机上的 WolframAlpha 就无能为力了,你需要该公司推出的 Mathematica 在电脑上操作。就学生的一般需求而言,如果你想画个函数图像以帮助做题,或者想验证下求极限的结果正确与否,那么 PocketCAS 可以圆满完成这个任务;如果你碰到了不懂的难题,连答案解析都看不懂的那种,那么就求助于 WolframAlpha 吧,它会给你十分详尽的计算步骤,这对于学习绝对大有裨益。因此,两者的区别在于功能的侧重点、结果的详略度以及对于网络的需求:

  1. PocketCAS 支持自定义函数脚本,WolframAlpha 可以查找各领域资料。
  2. PocketCAS 总是直接给出答案,WolframAlpha 能够显示详细步骤。
  3. PocketCAS 不让你担心流量超标,WolframAlpha 还是在 WiFi 下用吧。

如果你想体验一下,正在 30 元圣诞促销的 PocketCAS Pro 是不错的选择,而 WolframAlpha 有 网页版 可供使用。