Mathematica实验一一元函数及其图形.ppt
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1、基础实验实验一 一元函数及其图形l实验目的实验目的l通过图形来认识函数,运用函数的图形来观察和通过图形来认识函数,运用函数的图形来观察和分析函数的有关特性,建立数形结合的思想分析函数的有关特性,建立数形结合的思想有关实验报告的说明l每章教学内容后安排一次大实验,大实验用汉字表每章教学内容后安排一次大实验,大实验用汉字表示序号,如示序号,如“实验一:一元函数及其图形实验一:一元函数及其图形”l每个大实验中包括若干个小实验,用阿拉伯数字表每个大实验中包括若干个小实验,用阿拉伯数字表示序号,如示序号,如“实验实验1 1”l每个小实验中又包含若干练习,如每个小实验中又包含若干练习,如“练习练习3”l实
2、验一中共有实验一中共有14个练习,实验报告就是有关这个练习,实验报告就是有关这14个个练习的解答。练习的解答。有关实验报告的说明l实验报告以邮件的形式提交到:实验报告以邮件的形式提交到:l邮件主题请按照如下格式:邮件主题请按照如下格式:学号后学号后4位位_姓名姓名_实验编号实验编号l如:如:1001_张三张三_实验一实验一l附件的名称同邮件主题!不按规范的邮件将不接受!附件的名称同邮件主题!不按规范的邮件将不接受!l邮件从自己的邮箱直接发送,不要通过中转或网盘邮件从自己的邮箱直接发送,不要通过中转或网盘提交。提交。1.1 函数及其图形lMathematica绘制区间绘制区间a,b上上函数函数y
3、=f(x)的图形的图形的命令为的命令为Plotf,x,a,b,详见教材详见教材P48l绘制绘制参数方程参数方程x=f(t),y=g(t),a=t=b所表示的曲线所表示的曲线的图形的命令为的图形的命令为 ParametricPlotf,g,t,a,blparametricladj.数数物物参参(变变)数的数的,参参(变变)量的量的1.1 函数及其图形lplotn.小块土地小块土地,地区图地区图,图图,秘密计划秘密计划(特指阴谋特指阴谋),(小小说的说的)情节情节.结构结构vt.划分划分,绘图绘图,密谋密谋vi.密谋密谋,策划策划1.1 函数及其图形l?PlotlPlotf,x,xmin,xmax
4、 generates a plot of f as a function of x from xmin to xmax.Plotf1,f2,.,x,xmin,xmax plots several functions fi.二维参数图l在二维平面内,有时无法将隐函数在二维平面内,有时无法将隐函数 化成化成显函数显函数 的形式,所以无法使用的形式,所以无法使用Plot命令直命令直接绘图。接绘图。l在某些情况下,可以把平面上的在某些情况下,可以把平面上的 曲线化曲线化成:成:的形式,其中变量的形式,其中变量t为方程式为方程式的参数,而这个方程式则被称为的参数,而这个方程式则被称为参数方程参数方程。l
5、随着随着t的变化,可以在平面上描绘出曲线的轨迹,的变化,可以在平面上描绘出曲线的轨迹,所得的曲线称为所得的曲线称为参数图参数图。参数方程l圆心在原点,半径为圆心在原点,半径为r的圆的方程为的圆的方程为 x2+y2=r2l你能从其中得到圆上某点的你能从其中得到圆上某点的x坐标和坐标和y坐标间的普通坐标间的普通方程吗?方程吗?y=SQRT(r2-x2)l绘制制圆可用参数方程或可用参数方程或专门的的隐函数函数绘图函数函数(P16)x=cos(),y=sin()二维参数图lMathematica用用ParametricPlot命令绘制二维参数命令绘制二维参数图。它的使用形式有两种:图。它的使用形式有两
6、种:l(1)ParametricPlotx(t),y(t),t,下限下限,上限上限,可可选项选项 绘制二维参数图绘制二维参数图l(2)ParametricPlotx1(t),y1(t),x2(t),y2(t),t,下限下限,上限上限 同时绘制多个参数图同时绘制多个参数图l绘制参数方程绘制参数方程x=f(t),y=g(t),a=tRGBColor1,0,0,RGBColor0,1,0,RGBColor0,0,11.1 函数及其图形l实验实验1 1 给定函数给定函数f(x)=(5+x2+x3+x4)/(5+5x+5x2)l画出画出f(x)在区间在区间-4,4上的图形;上的图形;l画出区间画出区间-
7、4,4上上f(x)与与(sinx)f(x)的图形的图形1.1 函数及其图形l实验实验1 1 解解(a):fx_=(5+x2+x3+x4)/(5+5x+5x2);g1=Plotfx,x,-4,4,PlotStyle-RGBColor1,0,0;定义一个函数,以定义一个函数,以x为哑元为哑元指名要设指名要设置置Plot函函数的具体数的具体参数参数设定颜色为红色设定颜色为红色函数函数f作为作为函数函数Plot的参数的参数x的的范范围围1.1 函数及其图形l解解(b):g2=PlotSinx fx,x,-4,4,PlotStyle-RGBColor0,1,0;Showg1,g2;lShow的用法见教材
8、的用法见教材P88l有关颜色的设定见教材有关颜色的设定见教材P93同时显示同时显示g1,g2两个图形两个图形设定颜色为绿色设定颜色为绿色1.1 函数及其图形l实验实验1 1l练习练习1 观察第二个图,解释为什么两个图形在此区观察第二个图,解释为什么两个图形在此区域内有一个交点域内有一个交点l练习练习2 画出基本初等函数:指数函数、对数函数、画出基本初等函数:指数函数、对数函数、幂函数、三角函数及反三角函数的图形,观察它们幂函数、三角函数及反三角函数的图形,观察它们的特点的特点(函数的名称见教材函数的名称见教材P27)1.1 函数及其图形l实验实验2 2 观察函数观察函数y=sin(1/x)的图
9、形的图形lPlotSin1/x,x,-1,1l解释函数在解释函数在x=0附近震荡的原因附近震荡的原因l观察图形在观察图形在x=0附近的最大最小值附近的最大最小值l练习练习3 分别作出以下函数的图形,观察函数的复合分别作出以下函数的图形,观察函数的复合l(a)f(x)=Sqrt(1+x2)在区间在区间-5,5PlotSqrt1+x2,x,-5,5,PlotStyle-Dashing0.02,0.01;1.1 函数及其图形l实验实验2 2l练习练习3 分别作出以下函数的图形,观察函数的复合分别作出以下函数的图形,观察函数的复合l(b)f(x)=sin cos sin x,在在-Pi,PiPlotS
10、inCosSinx,x,-Pi,Pi;l注意函数图形的周期和值域注意函数图形的周期和值域l(c)f(x)=(tan sin x-sin tan x)/x2,在,在-5,5Plot(TanSinx-SinTanx)/x2,x,-5,51.1 函数及其图形l实验实验2 2l练习练习3l(d)同时绘制多个函数的图形同时绘制多个函数的图形lf1(x)=exp(x),f2(x)=arctan x,f3(x)=exp(arctanx)在在-6,6PlotExpx,ArcTanx,ExpArcTanx,x,-6,6,PlotPoints-1001.1 函数及其图形l数学软件包做图时在选定区间插入数学软件包做
11、图时在选定区间插入15个点分别计算个点分别计算函数值做图,然后用光滑曲线将这些点连起来(注函数值做图,然后用光滑曲线将这些点连起来(注意:数学软件包有意:数学软件包有自动光滑自动光滑功能)功能)lPlotPoint-50 表示将插入表示将插入50个点进行计算。个点进行计算。l如果绘制的参数图不平滑或有明显的误差,可以更如果绘制的参数图不平滑或有明显的误差,可以更改改PlotPoints的值获得比较准确的图形。的值获得比较准确的图形。lParametricPlotCos2t,Sin3t,t,0,2PilParametricPlotCos2t,Sin3t,t,0,2Pi,PlotPoints-20
12、0 1.1 函数及其图形l实验实验2 2l改变改变PlotPoints的值和定义域,观察图形的变化。的值和定义域,观察图形的变化。lPlotSin1/x,x,-1,1,PlotPoints-1001.1 函数及其图形l实验实验3 3 参数方程的图形参数方程的图形l绘制以下参数方程的图形绘制以下参数方程的图形l1、x(t)=2(cost)3,y(t)=2(sint)3l2、x(t)=2(t-sint),y(t)=2(1-cost)l解解x1t_=2Cost3;y1t_=2Sint3;ParametricPlotx1t,y1t,t,0,2Pi;x2t_=2(t-Sint);y2t_=2(1-Cos
13、t);ParametricPlotx2t,y2t,t,0,4Pi;极坐标作图l极坐标方程也可以转化为参数方程的形式从而在直极坐标方程也可以转化为参数方程的形式从而在直角坐标系中用命令角坐标系中用命令ParametricPlot绘图。绘图。l极坐标方程式可以写成极坐标方程式可以写成 的形式,而极坐标的形式,而极坐标上的点在上的点在x-y直角坐标系统上的坐标,根据几何关直角坐标系统上的坐标,根据几何关系可以写成系可以写成l如果把如果把ParametricPlotx,y,t,下限下限,上限上限命令命令中的中的x和和y改成改成 ,则参数方程式的图,则参数方程式的图形即为极坐标方程式的图形。形即为极坐标
14、方程式的图形。1.1 函数及其图形l实验实验3 3l练习练习4 极坐标图形的绘制:心形线、三叶玫瑰线极坐标图形的绘制:心形线、三叶玫瑰线l心形线心形线r1t_:=2(1-Cost);ParametricPlotr1t Cost,r1t Sint,t,0,2Pi,AspectRatio-Automaticl将将r1的定义改为参数形式:的定义改为参数形式:a(1-b*Cost),其中,其中a、b为实数。改变为实数。改变a、b的值,你能发现图形随的值,你能发现图形随a和和b变变化的规律吗?化的规律吗?1.1 函数及其图形l实验实验3 3l练习练习4 极坐标图形的绘制:心形线、三叶玫瑰线极坐标图形的绘
15、制:心形线、三叶玫瑰线l三叶玫瑰线三叶玫瑰线rt_:=2Sin3t;ParametricPlotrtCost,rtSint,t,0,2Pil注:这里的注:这里的“:=”与与“=”作用相同作用相同极坐标绘图l也有专门的极坐标绘图命令:也有专门的极坐标绘图命令:lPolarPlotr_,t_,下限下限,上限上限,可选项可选项l它与下述命令等价:它与下述命令等价:lParametricPlotr*Cost,r*Sint,t,下限下限,上上限限,可选项可选项l如前面的三叶玫瑰线如前面的三叶玫瑰线rt_:=2Sin3t;PolarPlotrt,t,0,2Pi1.1 函数及其图形l实验实验4 4 用条件语
16、句绘制分段函数用条件语句绘制分段函数l分段函数可以用分段函数可以用“/;”条件语句定义,格式为条件语句定义,格式为 fx_:=表达式表达式/;条件条件1.1 函数及其图形l实验实验4 4 用条件语句绘制分段函数用条件语句绘制分段函数fx_:=x2Sin1/x/;x!=0;fx_:=0/;x=0;Plotfx,x,-1,1l注:此时只能用注:此时只能用“:=”定义函数,区别见定义函数,区别见教材教材P38l尝试去掉尝试去掉x=0处的表达式,会有什么变化?处的表达式,会有什么变化?1.1 函数及其图形l实验实验5 5 列表的图形绘制列表的图形绘制l在很多实际问题中,并不知道函数的表达式,仅能在很多
17、实际问题中,并不知道函数的表达式,仅能测量到函数在某些点处的值,这些值可以列成数据测量到函数在某些点处的值,这些值可以列成数据表,称为表,称为函数的列表表示函数的列表表示l例例 分别画出坐标为分别画出坐标为(i,i2),(i2,4i2+i3),(i=1,2,10)的散点图,并画出折线图的散点图,并画出折线图l有关有关Table命令的用法见命令的用法见教材教材P621.1 函数及其图形l实验实验5 5 列表的图形绘制列表的图形绘制l ListPlot命令常用的可选项命令常用的可选项 可可选项选项说说明明PlotJoined是否用直是否用直线连线连接各点。默接各点。默认值为认值为False,可用可
18、用True表示得到表示得到连连接接这这些点些点的折的折线线。PlotStyle所画的点或直所画的点或直线线的的类类型,默型,默认值为认值为Automatic。1.1 函数及其图形l实验实验5 5l解解t1=Tablei2,i,10;(*定义一个列表定义一个列表*)g1=ListPlott1,PlotStyle-PointSize0.02;g2=ListPlott1,PlotJoined-True;Showg1,g2;指定点的指定点的大小大小在点之间在点之间用线相连用线相连1.1 函数及其图形l实验实验5 5l解解t2=Tablei2,4i2+i3,i,10;g1=ListPlott2,Plot
19、Style-PointSize0.02;g2=ListPlott2,PlotJoined-True;Showg1,g2;把离散点按顺把离散点按顺序连线序连线 1.1 函数及其图形l实验实验5 5l练习练习5 运行以下语句,观察所得图形,体会参数运行以下语句,观察所得图形,体会参数PlotRange的作用的作用Plotx4+Sin10 x,x,0,5;Plotx4+Sin10 x,x,0,5,PlotRange-All;Plotx4+Sin10 x,x,0,5,PlotRange-1,1;Plotx4+Sin10 x,x,0,5,PlotRange-0,1,-1,2;1.1 函数及其图形l实验实
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- Mathematica 实验 一元函数 及其 图形
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