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Mathematica绘制函数图像—极坐标绘图

时间:2024-10-09 23:16:37

在学习极坐标的时候,我们注意到,有很多有趣的极坐标方程能绘制出很多漂亮的曲线。这里,结合Mathematica那强大的科学计算能力,玩一下极坐标的绘图。

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工具/原料

电脑

Mathematica(8.0以上版本)

方法/步骤

1、Mathematica绘制极坐标图形的命令函数是PolarP盟敢势袂lot,格式如下:只有一个极坐标方程:Pol锾攒揉敫arPlot[r(θ),{θ,θmin,θmax}]——产生一个半径为r(θ)的极坐标图形,作为角度θ的函数。多个极坐标方程,用{}包起来:PolarPlot[{f1(θ),f2(θ),...},{θ,θmin,θmax}]——产生一个曲线的极坐标,显示径函数f1(θ),f2(θ),....

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2、这里绘制一个“三叶草”曲线,其极坐标方程是:r(x)=1+cos(3x)+1.5×[sin(3x)]^2绘图的Mathematica代码是:PolarPlot[1+Cos[3x]+1.5Sin[3x]^2,{x,0,2Pi}]x的取值范围是0到2π。图形如下:

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3、再绘制一条“蝴蝶”曲线,它的极坐标方程是:e^(cosx)-咯悝滩镞2cos(4x)+[sin(x/12)]^5代码是:PolarPlot[Exp[C泠贾高框os[x]]-2Cos[4x]+Sin[x/12]^5,{x,0,20Pi}]要注意了,这里x的取值范围是0到20π,不是0到2π。如果代码改为:PolarPlot[Exp[Cos[x]]-2Cos[4x]+Sin[x/12]^5,{x,0,2Pi}]图形就变得有点单调!我以前也画过这条曲线,参考下面这篇经验。在Desmos里,没有指定自变量的取值范围。

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4、把两类“三叶玫瑰线”画在一起,这里不用Show,而是把sin(3x)和cos(3x)放在PolarPlot后面的{}里,代码如下:PolarPlot[{Sin[3x],Cos[3x]},{x,0,99Pi}]代码不多解释。Mathematica会自动地赋予两条曲线以不同的颜色。

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5、PlotStyle给出曲线的外形模样,包括颜色、粗细程度、虚实线、透明度等等的内容。给出一条“三叶玫瑰线”,要求曲线是蓝色的粗线,图形是500×500像素的大小,代码如下:PolarPlot[Sin[3x+90Degree],{x,0,2Pi},PlotStyle->{Blue,Thick},ImageSize->{500,500}]

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6、把上图曲线的粗度要量化为0.02,可以用Thickness。代码如下:PolarPlot[Sin[3x+90Degree],{x,0,2Pi},PlotStyle->{Blue,Thickness[0.02]},ImageSize->{500,500}]

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7、把两种“三叶玫瑰线”的线粗都变为0.02,且分别为红色和绿色。注意代码里的列表之间是前后对应的:PolarPlot[{Sin[3x],Cos[3x]},{x,0,2Pi},PlotStyle->{{Green,Thickness[0.02]},{Red,Thickness[0.02]}},ImageSize->{500,500}]

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8、对于“三叶玫瑰线”的不同的曲线类型,用列表加以比较:Table[PolarPlot[Cos[3\[Theta]],{\[Theta],0,2Pi},PlotStyle->ps],{ps,{Red,Thick,Dashed,Directive[Red,Thick]}}]运行以后,是这样:

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9、把“蝴蝶”曲线变成红色,粗度0.03,看看效果如何!代艨位雅剖码是:PolarPlot[Exp[潮贾篡绐Cos[x]]-2Cos[4x]+Sin[x/12]^5,{x,0,2Pi},PlotStyle->{Red,Thickness[0.03]}]和PolarPlot[Exp[Cos[x]]-2Cos[4x]+Sin[x/12]^5,{x,0,20Pi},PlotStyle->{Red,Thickness[0.03]}]第一副还凑合,第二幅就没法看了,所以,曲线的粗度不能太任性。

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10、把“三叶草”画成绿色:PolarPlot[1+Cos[3x]+1.5Sin[3x]^2,{x,0,2Pi},PlotStyle->{Green,Thickness[0.05]},PlotRange->All]还挺漂亮的!

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11、用PlotRange聚焦特定的区域来查看图形。以“蝴蝶鹁鼍漉糍”曲线为例,用列表的方式查看不同的角度:Table[Pol锾攒揉敫arPlot[Exp[Cos[x]]-2Cos[4x]+Sin[x/12]^5,{x,0,20Pi},PlotStyle->{Red,Thickness[0.001]},PlotRange->q],{q,{10,3.9,1,0.1}}]运行结果如下:

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12、用ColorFunction对“蝴蝶”曲线的不同点加上不同颜色!代码如下:PolarPlot[Exp[Cos[x]]-2Cos[4x]+Sin[x/12]^5,{x,0,20Pi},PlotStyle->Thick,ColorFunction->Function[{x,y,t,r},Hue[x]]

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