File: maxima_63.html

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<html>
<!-- Created on Abril, 24 2010 by texi2html 1.76 -->
<!--
Written by: Lionel Cons <Lionel.Cons@cern.ch> (original author)
            Karl Berry  <karl@freefriends.org>
            Olaf Bachmann <obachman@mathematik.uni-kl.de>
            and many others.
Maintained by: Many creative people <dev@texi2html.cvshome.org>
Send bugs and suggestions to <users@texi2html.cvshome.org>

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<title>Manual do Maxima: 63. plotdf</title>

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    text-align: center;
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<body lang="pt" bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#0000FF" vlink="#800080" alink="#FF0000">

<a name="plotdf"></a>
<a name="SEC229"></a>
<table cellpadding="1" cellspacing="1" border="0">
<tr><td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_62.html#SEC228" title="Previous section in reading order"> &lt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC230" title="Next section in reading order"> &gt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_62.html#SEC220" title="Beginning of this chapter or previous chapter"> &lt;&lt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima.html#SEC_Top" title="Up section"> Up </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_64.html#SEC232" title="Next chapter"> &gt;&gt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
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<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima.html#SEC_Top" title="Cover (top) of document">Top</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_toc.html#SEC_Contents" title="Table of contents">Contents</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_74.html#SEC274" title="Index">&Iacute;ndice</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_abt.html#SEC_About" title="About (help)"> ? </a>]</td>
</tr></table>
<h1 class="chapter"> 63. plotdf </h1>

<table class="menu" border="0" cellspacing="0">
<tr><td align="left" valign="top"><a href="#SEC230">63.1 Introdu&ccedil;&atilde;o a plotdf</a></td><td>&nbsp;&nbsp;</td><td align="left" valign="top">
</td></tr>
<tr><td align="left" valign="top"><a href="#SEC231">63.2 Defini&ccedil;&otilde;es para plotdf</a></td><td>&nbsp;&nbsp;</td><td align="left" valign="top">
</td></tr>
</table>

<hr size="6">
<a name="Introdu_00e7_00e3o-a-plotdf"></a>
<a name="SEC230"></a>
<table cellpadding="1" cellspacing="1" border="0">
<tr><td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC229" title="Previous section in reading order"> &lt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC231" title="Next section in reading order"> &gt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC229" title="Beginning of this chapter or previous chapter"> &lt;&lt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC229" title="Up section"> Up </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_64.html#SEC232" title="Next chapter"> &gt;&gt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima.html#SEC_Top" title="Cover (top) of document">Top</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_toc.html#SEC_Contents" title="Table of contents">Contents</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_74.html#SEC274" title="Index">&Iacute;ndice</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_abt.html#SEC_About" title="About (help)"> ? </a>]</td>
</tr></table>
<h2 class="section"> 63.1 Introdu&ccedil;&atilde;o a plotdf </h2>

<p>A fun&ccedil;&atilde;o <code>plotdf</code> cria um gr&aacute;fico do campo de
direc&ccedil;&otilde;es para uma Equa&ccedil;&atilde;o Diferencial
Ordin&aacute;ria (EDO) de primeira ordem, ou para um sistema de duas EDO's
aut&oacute;nomas, de primeira ordem.
</p>
<p>Por tratar-se de um pacote adicional, para poder us&aacute;-lo dever&aacute;
primeiro carreg&aacute;-lo com o comando <code>load(&quot;plotdf&quot;)</code>. Tamb&eacute;m &eacute;
necess&aacute;rio que Xmaxima esteja instalado, inclusivamente se executar o
Maxima desde outra interface diferente.
</p>
<p>Para desenhar o campo de direc&ccedil;&otilde;es de uma &uacute;nica EDO,
essa equa&ccedil;&atilde;o dever&aacute; escrever-se na forma seguinte:
</p><pre class="example">       dy
       -- = F(x,y)
       dx
</pre>
<p>e a fun&ccedil;&atilde;o <var>F</var> ser&aacute; dada como argumento para o
comando <code>plotdf</code>. A vari&aacute;vel independente tem que ser sempre
<var>x</var> e a vari&aacute;vel dependente <var>y</var>. A essas duas vari&aacute;veis
n&atilde;o poder&aacute; estar associado nenhum valor num&eacute;rico.
</p>
<p>Para desenhar o campo de direc&ccedil;&otilde;es de um sistema
aut&oacute;nomo de duas EDO's, as duas equa&ccedil;&otilde;es devem ser
escritas na forma seguinte
</p><pre class="example">       dx             dy
       -- = G(x,y)    -- = F(x,y) 
       dt             dt
</pre>
<p>e o argumento para o comando <code>plotdf</code> ser&aacute; uma lista com duas
express&otilde;es para as fun&ccedil;&otilde;es <var>F</var> e <var>G</var>.
</p>
<p>Quando se trabalha com uma &uacute;nica equa&ccedil;&atilde;o,
<code>plotdf</code> assume implicitamente que <code>x=t</code> e <code>G(x,y)=1</code>,
transformando a equa&ccedil;&atilde;o num sistema aut&oacute;nomo com duas
equa&ccedil;&otilde;es.
</p>
<hr size="6">
<a name="Defini_00e7_00f5es-para-plotdf"></a>
<a name="SEC231"></a>
<table cellpadding="1" cellspacing="1" border="0">
<tr><td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC230" title="Previous section in reading order"> &lt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_64.html#SEC232" title="Next section in reading order"> &gt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC229" title="Beginning of this chapter or previous chapter"> &lt;&lt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC229" title="Up section"> Up </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_64.html#SEC232" title="Next chapter"> &gt;&gt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima.html#SEC_Top" title="Cover (top) of document">Top</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_toc.html#SEC_Contents" title="Table of contents">Contents</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_74.html#SEC274" title="Index">&Iacute;ndice</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_abt.html#SEC_About" title="About (help)"> ? </a>]</td>
</tr></table>
<h2 class="section"> 63.2 Defini&ccedil;&otilde;es para plotdf </h2>

<dl>
<dt><u>Function:</u> <b>plotdf</b><i> (<var>dydx</var>,...op&ccedil;&otilde;es...)</i>
<a name="IDX1848"></a>
</dt>
<dt><u>Function:</u> <b>plotdf</b><i> (<code>[</code><var>dxdt</var>,<var>dydt</var><code>]</code>,...op&ccedil;&otilde;es...)</i>
<a name="IDX1849"></a>
</dt>
<dd><p>Desenha um campo de direc&ccedil;&otilde;es em duas
dimens&otilde;es <var>x</var> e <var>y</var>.
</p>
<p><var>dydx</var>, <var>dxdt</var> e <var>dydt</var> s&atilde;o express&otilde;es que dependem de
<var>x</var> e <var>y</var>. Para al&eacute;m dessas duas vari&aacute;veis, as duas
express&otilde;es podem depender de um conjunto de par&acirc;metros, com valores
num&eacute;ricos que s&atilde;o dados por meio da op&ccedil;&atilde;o
<code>parameters</code> (a sintaxe dessa op&ccedil;&atilde;o explica-se mais
para a frente), ou com um intervalo de poss&iacute;veis valores
definidos com a op&ccedil;&atilde;o <var>sliders</var>.
</p>
<p>V&aacute;rias outras op&ccedil;&otilde;es podem incluirem-se dentro do
comando, ou serem seleccionadas no men&uacute;.  Clicando num ponto do
gr&aacute;fico faz com que seja desenhada a curva integral que passa por esse
ponto; o mesmo pode ser feito dando as coordenadas do ponto com a
op&ccedil;&atilde;o <code>trajectory_at</code> dentro do comando plotdf. A
direc&ccedil;&atilde;o de integra&ccedil;&atilde;o pode controlar-se
com a op&ccedil;&atilde;o <code>direction</code>, que aceita valores de
<em>forward</em>, <em>backward</em> ou <em>both</em>. O n&uacute;mero de passos
realizados na integra&ccedil;&atilde;o num&eacute;rica controla-se com a
op&ccedil;&atilde;o <code>nsteps</code> e o incremento do tempo em cada
passo com a op&ccedil;&atilde;o <code>tstep</code>. Usa-se o m&eacute;todo de
Adams Moulton para fazer a integra&ccedil;&atilde;o num&eacute;rica;
tamb&eacute;m &eacute; poss&iacute;vel mudar para o m&eacute;todo de Runge-Kutta
de quarta ordem com ajuste de passos.
</p>
<p><b>Men&uacute; da janela do gr&aacute;fico:</b>
</p>
<p>O men&uacute; da janela gr&aacute;fica inclui as seguintes op&ccedil;&otilde;es:
<em>Zoom</em>, que permite mudar o comportamento do rato, de maneira que
servir&aacute; para fazer zoom na regi&atilde;o do gr&aacute;fico clicando com o
bot&atilde;o esquerdo. Cada clic alarga a imagem mantendo no centro dela o
ponto onde se clicou.  Mantendo carregada a tecla <kbd>Shift</kbd> enquanto
se faz clic, faz diminuir o tamanho. Para continuar a desenhar
traject&oacute;rias com um clic, selecciona-se a op&ccedil;&atilde;o
<em>Integrate</em> do men&uacute;.
</p>
<p>A op&ccedil;&atilde;o <em>Config</em> do men&uacute; pode usar-se para mudar
a(s) EDO(S) e fazer alguns outros ajustes. Ap&oacute;s ter feito alguma
altera&ccedil;&atilde;o, dever&aacute; usar a op&ccedil;&atilde;o
<em>Replot</em> para activar as novas configura&ccedil;&otilde;es.  Se
introduzir duas coordenadas no campo <em>Trajectory at</em> do men&uacute; de
di&aacute;logo do <em>Config</em>, e a seguir carregar na tecla <kbd>Enter</kbd>,
ser&aacute; acrescentada mais uma curva integral.  Se seleccionar a
op&ccedil;&atilde;o <em>Replot</em>, s&oacute; ser&aacute; apresentada a &uacute;ltima
curva integral seleccionada.
</p>
<p>Mantendo o bot&atilde;o direito carregado enquanto se desloca o cursor,
poder&aacute; arrastar o gr&aacute;fico na horizontal e na vertical.  Outros
par&acirc;metros, por exemplo, o n&uacute;mero de passos, o valor inicial de
<var>t</var>, as coordenadas do centro e o raio, podem ser alterados no
sub-men&uacute; da op&ccedil;&atilde;o <em>Config</em>.
</p>
<p>Com a op&ccedil;&atilde;o <em>Save</em>, pode imprimir-se o
gr&aacute;fico numa impressora Postscript ou gravar uma c&oacute;pia num ficheiro
Postscript. Para optar entre impress&atilde;o ou grava&ccedil;&atilde;o em
ficheiro, selecciona-se <em>Print Options</em> na janela de di&aacute;logo de
<em>Config</em>. Ap&oacute;s ter preenchido os campos da janela de di&aacute;logo de
<em>Save</em>, ser&aacute; necess&aacute;rio seleccionar a op&ccedil;&atilde;o
<em>Save</em> do primeiro men&uacute; para criar o ficheiro ou imprimir o
gr&aacute;fico.
</p>
<p><b>Op&ccedil;&otilde;es gr&aacute;ficas:</b>
</p>
<p>A fun&ccedil;&atilde;o <code>plotdf</code> admite varias
op&ccedil;&otilde;es, cada uma sendo uma lista de duas ou mais
elementos. O primeiro elemento &eacute; o nome da op&ccedil;&atilde;o, e o
resto estar&aacute; formado pelos argumentos para essa op&ccedil;&atilde;o.
</p>
<p>A fun&ccedil;&atilde;o <code>plotdf</code> reconhece as seguintes
op&ccedil;&otilde;es:
</p>
<ul>
<li>
<em>tstep</em> estabelece a amplitude dos
incrementos da vari&aacute;vel independente <var>t</var>, utilizados para calcular
as curvas integrais. Se for dada s&oacute; uma express&atilde;o <var>dydx</var>, a
vari&aacute;vel <var>x</var> ser&aacute; directamente proporcional a <var>t</var>.
O valor por omiss&atilde;o &eacute;  0.1.

</li><li>
<em>nsteps</em> estabelece o n&uacute;mero de passos de
comprimento <code>tstep</code> que se utilizar&atilde;o na vari&aacute;vel independente
para calcular a curva integral.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 100.

</li><li>
<em>direction</em> estabelece a
direc&ccedil;&atilde;o da vari&aacute;vel independente que ser&aacute; seguida
para calcular uma curva integral.  Os valores poss&iacute; s&atilde;o:
<code>forward</code>, para fazer que a vari&aacute;vel independente aumente
<code>nsteps</code> vezes, com incrementos <code>tstep</code>; <code>backward</code>, para
fazer que a vari&aacute;vel independente diminua; <code>both</code>, para estender
a curva integral <code>nsteps</code> passos para a frente e <code>nsteps</code>
passos para atr&aacute;s.  As palavras <code>right</code> e <code>left</code> podem serem
usadas como sin&oacute;nimos de <code>forward</code> e <code>backward</code>.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; <code>both</code>.

</li><li>
<em>tinitial</em> estabelece o valor inicial da
vari&aacute;vel <var>t</var> utilizado para calcular curvas integrais. J&aacute; que as
equa&ccedil;&otilde;es diferenciais s&atilde;o aut&oacute;nomas, esta
op&ccedil;&atilde;o s&oacute; aparecer&aacute; nos gr&aacute;ficos das curvas em
fun&ccedil;&atilde;o de <var>t</var>.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 0.

</li><li>
<em>versus_t</em> utiliza-se para criar uma segunda
janela gr&aacute;fica, com o gr&aacute;fico de uma curva integral, como duas
fun&ccedil;&otilde;es <var>x</var>, <var>y</var>, de vari&aacute;vel independente
<var>t</var>. Se for dado a <code>versus_t</code> qualquer valor diferente de 0,
mostrar-se-&aacute; a segunda janela gr&aacute;fica, que inclui outro men&uacute;,
similar ao da janela principal.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 0.

</li><li>
<em>trajectory_at</em> estabelece as coordenadas
<var>xinitial</var> e <var>yinitial</var> para o ponto inicial da curva integral.
N&atilde;o tem atribu&iacute;do nenhum valor por omiss&atilde;o.

</li><li>
<em>parameters</em> estabelece uma lista de
par&acirc;metros, junto com os seus valores num&eacute;ricos, que s&atilde;o
utilizados na defini&ccedil;&atilde;o da equa&ccedil;&atilde;o
diferencial. Os nomes dos par&acirc;metros e os seus valores devem
escrever-se em formato de cadeia de caracteres como uma sequ&ecirc;ncia de
pares <code>nome=valor</code> separados por v&iacute;rgulas.

</li><li>
<em>sliders</em> estabelece uma lista de
par&acirc;metros que poder&atilde;o ser alterados interactivamente usando barras
com sliders, assim como os intervalos de varia&ccedil;&atilde;o dos
ditos par&acirc;metros.  Os nomes dos par&acirc;metros e os seus intervalos
devem escrever-se em formato de cadeia de caracteres como uma
sequ&ecirc;ncia de pares <code>nome=min:max</code> separados por
v&iacute;rgulas.

</li><li>
<em>xfun</em> estabelece uma cadeia de caracteres
com fun&ccedil;&otilde;es de <var>x</var> separadas por ponto e
v&iacute;rgula para ser representadas por cima do campo de
direc&ccedil;&otilde;es. Essas fun&ccedil;&otilde;es ser&atilde;o
interpretadas por Tcl, e n&atilde;o por Maxima.

</li><li>
<em>xradius</em> &eacute; metade do comprimento do
intervalo de valores a representar na direc&ccedil;&atilde;o x.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 10.

</li><li>
<em>yradius</em> &eacute; metade do comprimento do
intervalo de valores a representar na direc&ccedil;&atilde;o y.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 10.

</li><li>
<em>xcenter</em> &eacute; a coordenada x do ponto
situado no centro do gr&aacute;fico.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 0.

</li><li>
<em>ycenter</em> &eacute; a coordenada y do ponto
situado no centro do gr&aacute;fico.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 0.

</li><li>
<em>width</em> estabelece a largura da janela gr&aacute;fica em
pixels.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 500.

</li><li>
<em>height</em> estabelece a altura da janela gr&aacute;fica em
pixels.
O valor por omiss&atilde;o &eacute; 500.

</li></ul>

<p><b>Exemplos:</b>
</p>
<p>NOTA: Em alguns casos, dependendo da interface usada para executar o
Maxima, as fun&ccedil;&otilde;es que usam <code>openmath</code>, em
particular <code>plotdf</code>, podem desencadear um bug se terminarem em
ponto e v&iacute;rgula, e n&atilde;o com o s&iacute;mbolo de
d&oacute;lar. Para evitar problemas, usaremos o s&iacute;mbolo de
d&oacute;la nos exemplos a seguir.
</p>
<ul>
<li>
Para mostrar o campo de direc&ccedil;&otilde;es da
equa&ccedil;&atilde;o diferencial <em>y' = exp(-x) + y</em> e a
solu&ccedil;&atilde;o que passa por <em>(2, -0.1)</em>:
<pre class="example">(%i1) load(&quot;plotdf&quot;)$

(%i2) plotdf(exp(-x)+y,[trajectory_at,2,-0.1]);
</pre>
<p><div class="image"><img src="./../figures/plotdf1.gif" alt="../figures/plotdf1"></div>
</p>
</li><li>
Para mostrar o campo de direc&ccedil;&otilde;es da
equa&ccedil;&atilde;o <em>diff(y,x) = x - y^2</em> e a
solu&ccedil;&atilde;o com condi&ccedil;&atilde;o inicial <em>y(-1)
= 3</em>, pode utilizar-se o comando:
<pre class="example">(%i3) plotdf(x-y^2,[xfun,&quot;sqrt(x);-sqrt(x)&quot;],
          [trajectory_at,-1,3], [direction,forward],
          [yradius,5],[xcenter,6]);
</pre><p>O gr&aacute;fico tamb&eacute;m mostra a fun&ccedil;&atilde;o <em>y = sqrt(x)</em>.
</p>
<p><div class="image"><img src="./../figures/plotdf2.gif" alt="../figures/plotdf2"></div>
</p>
</li><li>
O exemplo seguinte mostra o campo de direc&ccedil;&otilde;es de um
oscilador harm&oacute;nico, definido pelas equa&ccedil;&otilde;es
<em>dx/dt = y</em> e <em>dy/dt = -k*x/m</em>, e a curva integral que passa
por <em>(x,y) = (6,0)</em>, com uma barra de slider que permitir&aacute; mudar
o valor de <em>m</em> interactivamente (<em>k</em> permanecer&aacute; fixo em 2):
<pre class="example">(%i4) plotdf([y,-k*x/m],[parameters,&quot;m=2,k=2&quot;],
            [sliders,&quot;m=1:5&quot;], [trajectory_at,6,0]);
</pre>
<p><div class="image"><img src="./../figures/plotdf3.gif" alt="../figures/plotdf3"></div>
</p>
</li><li>
Para representar o campo de direc&ccedil;&otilde;es da
equa&ccedil;&atilde;o de Duffing, <em>m*x&quot;+c*x'+k*x+b*x^3 = 0</em>,
introduz-se a vari&aacute;vel <em>y=x'</em> e faz-se:
<pre class="example">(%i5) plotdf([y,-(k*x + c*y + b*x^3)/m],
              [parameters,&quot;k=-1,m=1.0,c=0,b=1&quot;],
              [sliders,&quot;k=-2:2,m=-1:1&quot;],[tstep,0.1]);
</pre>
<p><div class="image"><img src="./../figures/plotdf4.gif" alt="../figures/plotdf4"></div>
</p>
</li><li>
O campo de direc&ccedil;&otilde;es dum p&ecirc;ndulo amortecido, incluindo
a solu&ccedil;&atilde;o para condi&ccedil;&otilde;es iniciales
dadas, com uma barra de slider que pode usar-se para mudar o valor da
masa, <em>m</em>, e com o gr&aacute;fico das duas vari&aacute;veis de estado em
fun&ccedil;&atilde;o do tempo:

<pre class="example">(%i6) plotdf([y,-g*sin(x)/l - b*y/m/l],
         [parameters,&quot;g=9.8,l=0.5,m=0.3,b=0.05&quot;],
         [trajectory_at,1.05,-9],[tstep,0.01],
         [xradius,6],[yradius,14],
         [xcenter,-4],[direction,forward],[nsteps,300],
         [sliders,&quot;m=0.1:1&quot;], [versus_t,1]);
</pre>
<p><div class="image"><img src="./../figures/plotdf5.gif" alt="../figures/plotdf5"></div><div class="image"><img src="./../figures/plotdf6.gif" alt="../figures/plotdf6"></div>
</p>
</li></ul>

</dd></dl>

<hr size="6">
<table cellpadding="1" cellspacing="1" border="0">
<tr><td valign="middle" align="left">[<a href="#SEC229" title="Beginning of this chapter or previous chapter"> &lt;&lt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_64.html#SEC232" title="Next chapter"> &gt;&gt; </a>]</td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left"> &nbsp; </td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima.html#SEC_Top" title="Cover (top) of document">Top</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_toc.html#SEC_Contents" title="Table of contents">Contents</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_74.html#SEC274" title="Index">&Iacute;ndice</a>]</td>
<td valign="middle" align="left">[<a href="maxima_abt.html#SEC_About" title="About (help)"> ? </a>]</td>
</tr></table>
<p>
 <font size="-1">
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 </font>
 <br>

</p>
</body>
</html>