写到曲线这一章节,不得不先梳理一下数学中关于曲线这一部分的内容,我们常见的曲线有显式曲线、隐式曲线、参数曲线,当然还有极坐标曲线、参数化曲面、分段函数曲线、分形曲线、复数平面上的曲线、随机曲线、和非线性动力系统的轨迹,因为是中级篇,所以我们暂且不讲那么深,在曲线(1)中着重讲一下显式曲线、隐式曲线、参数曲线,在曲线(2)中粗略介绍一下其他曲线,方便我们在GeoGebra中进行绘制与使用。那么,开始吧!
目录
- 一、显式曲线
- 二、隐式曲线
- 三、参数曲线
- 四、更详细的例子
- 五、文章最后
一、显式曲线
常规的函数 f ( x ) = x 2 f(x) = x^2 f(x)=x2是一个显式曲线的形式,而不是参数曲线或隐式曲线。在这个情况下,曲线的方程是直接给出的: y = f ( x ) = x 2 y = f(x) = x^2 y=f(x)=x2这种表示方法非常直观,因为它明确地告诉我们,给定 x x x值之后,如何计算对应的 y y y值。因此,曲线的每一个点 ( x , y ) (x, y) (x,y)都可以直接通过 x x x的取值来得到,所以叫显示曲线。
在前面GeoGebra的使用中,经常会用到这种显示曲线的表达方法,比如这样:
f: y=x^(2)
或者是
f(x)=x^(2)
这两种都是显式曲线的表达方式,但是注意,GeoGebra中会为每个函数添加标签,图中这两种加标签的方式都可以,但是如果两个标签一样,GeoGebra会默认两个函数是一样的,后边写的函数会覆盖之前写的函数(所以标签一定不要重复,我这里为了演示,所以写的是f和g):
二、隐式曲线
通俗的讲,隐式曲线就像给你一张图,上面画了一些点,你需要找到那些符合某个规则的点。例如,你有一条规则 F ( x , y ) = 0 F(x, y) = 0 F(x,y)=0,你需要在图上找到所有符合这个规则的点。这些点连起来就是你的曲线。
想象你有一个圆的方程 x 2 + y 2 − 1 = 0 x^2 + y^2 - 1 = 0 x2+y2−1=0。这表示在所有满足 x 2 + y 2 = 1 x^2 + y^2 = 1 x2+y2=1的点构成了一个圆。简单来说,类似于 x 2 + y 2 − 1 = 0 x^2 + y^2 - 1 = 0 x2+y2−1=0这种表达式,可以称之为隐式曲线。
在GeoGebra中,这种曲线也比较常见,比如:
eq1: x^(2)+y^(2)-1=0
注意,也要有标签。
三、参数曲线
参数曲线就像给你一个地图上的路线指南,你可以按顺序一步一步地走,从而画出这条路线。假设我们用 t t t表示时间,那么在某个时间点 t t t,你知道自己在哪个位置 ( x , y ) (x, y) (x,y)。也就是说,曲线上的每一个点都是由时间 t t t来决定的。
比如:想象你在操场上绕圈跑,你的位置随时间变化,可以用公式 x = cos ( t ) x = \cos(t) x=cos(t)和 y = sin ( t ) y = \sin(t) y=sin(t)来描述。这里的 t t t就是你跑步的时间,它决定了你在圆上的位置。
或者可以这么理解,类似下边这种形式的都可以称作是参数曲线:
x = 3 cos ( t ) x = 3 \cos(t) x=3cos(t)
y = 3 sin ( t ) y = 3 \sin(t) y=3sin(t)
这表示一个半径为3的圆。通过改变 t t t的值,你可以计算出不同时间点对应的 ( x , y ) (x, y) (x,y)坐标,画出整个圆。
在GeoGebra中,参数曲线可以使用滑动条作为参数,来改变(x,y)的值,例如:
a: -π≤t≤π
t: X=(3 cos(t),3 sin(t))
四、更详细的例子
常规的函数 f ( x ) = x 2 f(x) = x^2 f(x)=x2是一个显式函数的形式,而不是参数曲线或隐式曲线。在这个情况下,曲线的方程是直接给出的: y = f ( x ) = x 2 y = f(x) = x^2 y=f(x)=x2这种表示方法非常直观,因为它明确地告诉我们,给定 x x x值之后,如何计算对应的 y y y值。因此,曲线的每一个点 ( x , y ) (x, y) (x,y)都可以直接通过 x x x的取值来得到。
显式曲线:
- 函数 y = x 2 y = x^2 y=x2:给定 x x x值,直接计算 y y y值。
- 如果 x = 2 x = 2 x=2,那么 y = 2 2 = 4 y = 2^2 = 4 y=22=4。
参数曲线:
- 参数方程 x = t x = t x=t , , , y = t 2 y = t^2 y=t2:
- 给定 t t t值,计算 ( x , y ) (x, y) (x,y)坐标。
- 如果 t = 2 t = 2 t=2,那么 x = 2 x = 2 x=2 , , , y = 2 2 = 4 y = 2^2 = 4 y=22=4。
隐式曲线:
- 隐式方程 x 2 + y 2 = 1 x^2 + y^2 = 1 x2+y2=1:
- 找到所有满足这个方程的点。
- 如果 x = 0.5 x = 0.5 x=0.5,求解 y y y需要满足 ( 0.5 ) 2 + y 2 = 1 (0.5)^2 + y^2 = 1 (0.5)2+y2=1,得到 y = 1 − 0.25 = ± 0.75 y = \sqrt{1 - 0.25} = \pm\sqrt{0.75} y=1−0.25=±0.75
总结来说,函数 y = x 2 y = x^2 y=x2是显式曲线的一种,它直接给出了 y y y和 x x x之间的关系,易于理解和计算。
五、文章最后
若有任何问题都可以在这个铺子问客服,也会有资源相送,GeoGebra、PPT、平面动画、3D动画等各种技术都可以,祝好!