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Matlab绘图在数学教学中的应用

时间:2013-09-21 10:34来源:核心期刊网 作者:核心期刊网 点击:
数学是一门工具化的科学语言,我们用数学解决很多问题。然而在学习数学的同时,有很多空间曲面难以用手工画出它们的图形。例如:有一些多元函数,对于其图形却难以用人工画出。而MATLAB的绘图语言正是解决这种难题的最好工具,方便并且直观。
  0引言
 
  高职数学教学中,讲授空间曲面与曲线这个内容时,总感到“虚”,不直观、具体,利用Matlab强大的绘图功能,可方便地展示空间曲面与曲线。
 
  1Matlab绘图功能
 
  Matlab绘图功能非常强大,这里只介绍几个常用函数的调用,抛砖引玉,希望对空间解析几何及多元函数部分的教学有所帮助。
 
  1.1产生三维数据在MATLAB中,利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。其格式为:
 
  x=a:d1:b;y=c:d2:d;
 
  [X,Y]=meshgrid(x,y);
 
  语句执行后,矩阵X的每一行都是向量x,行数等于向量y的元素的个数,矩阵Y的每一列都是向量y,列数等于向量x的元素的个数。
 
  1.2绘制三维曲面的函数surf函数和mesh函数的调用格式为:
 
  mesh(x,y,z,c)
 
  surf(x,y,z,c)
 
  一般情况下,x,y,z是维数相同的矩阵。x,y是网格坐标矩阵,z是网格点上的高度矩阵,c用于指定在不同高度下的颜色范围。此外,还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz。其用法与mesh类似,不同的是meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴方向的等高线,meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。
 
  1.3标准三维曲面sphere函数的调用格式为:
 
  [x,y,z]=sphere(n)
 
  cylinder函数的调用格式为:
 
  [x,y,z]=cylinder(R,n)
 
  MATLAB还有一个peaks函数,称为多峰函数,常用于三维曲面的演示。
 
  2Matlab绘图案例
 
  2.1空间曲面的三维网线图与三维曲面图案例1、函数z=10-2x2-y2的三维网线图。
 
  用MATLAB作图的程序为
 
  clear;x=-1:0.1:1;
 
  y=-1:0.1:1;[X,Y]=meshgrid(x,y);
 
  Z=10-2*X.^2-Y.^2;mesh(X,Y,Z);
 
  title('空间曲面')
 
  运行结果(略)。
 
  案例2、函数z=xy的三维曲面图。
 
  用MATLAB作图的程序为
 
  clf
 
  ezsurf('x*y','circ');shadingflat;
 
  view([-18,28])title('空间曲面')
 
  运行结果(略)。
 
  2.2旋转曲面案例3、画出函数y=的图形,其中(x,y)∈[-3,3]×[-3,3]。
 
  用MATLAB作图的程序为
 
  clear;x=-3:0.1:3;
 
  y=-3:0.1:3;[X,Y]=meshgrid(x,y);
 
  Z=sqrt(X.^2+Y.^2);mesh(X,Y,Z);
 
  运行结果(略)。
 
  案例4、曲线r=5+cosx0≤x≤3π绕x轴旋转而形成的旋转曲面。
 
  用MATLAB作图的程序为
 
  x=0:pi/20:pi*3;r=5+cos(x);
 
  [a,b,c]=cylinder(r,30);mesh(a,b,c)
 
  title('旋转曲面')
 
  运行结果(略)。
 
  案例5:绘制母线方程为y=2+sinx的旋转曲面(空心)
 
  用MATLAB作图的程序为
 
  x=0:pi/10:2*pi;
 
  y=2+sin(x);
 
  [x,y,z]=cylinder(y,30);
 
  mesh(x,y,z)
 
  title('旋转曲面')
 
  运行结果(略)。
 
  2.3柱面案例6、绘制柱面x-1+y-2-9=0。
 
  用MATLAB作图的程序为
 
  [x,y,z]=cylinder([3,3],20);x1=x+1;
 
  y1=y+2;z1=z;
 
  surf(x1,y1,z1)
 
  运行结果(略)。
 
  2.4二次曲面案例7、二次曲面的函数如下=d讨论参数a,b,c对其形状的影响。
 
  用MATLAB作图的程序为
 
  a=input('a=');b=input('b=');c=input('c=');
 
  d=input('d=');N=input('N=');%输入参数,N为网格线数目
 
  xgrid=linspace(-abs(a),abs(a),N);%建立x网格坐标
 
  ygrid=linspace(-abs(b),abs(b),N);%建立y网格坐标
 
  [x,y]=meshgrid(xgrid,ygrid);%确定N×N个点的x,y网格坐标


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