《超级画板》第五篇 函数图像(3)

2019-08-31 22:18

MeasureExpress(floor(t/2)+(t-2*floor(t/2))*sign(1,t-2*floor(t/2))+sign(t-2*floor(t/2),1));

Point(cos(m000*pi/6), sin(m000*pi/6), , , , 7); Point(m000*pi/6, 0, , , , 8);

Point(m000*pi/6, sin(m000*pi/6), , , , 9); Point(cos(s), sin(s), s, , , 10); Segment(1, 10, 11); Locus(10, ,11);

Function(y=sin(x), 0, floor(m000)*pi/6+0.0001, m000+1, ); Function(y=sin(x), 0, u, 50, ); Point(pi/6, sin(pi/6), , , , ); Point(pi/3, sin(pi/3), , , , ); Point(pi, 0, , , , π); Point(2*pi, 0, , , , 2π);

TransformText(画正弦曲线); Grid(13, 8, 4, 70, 20, ); Segment(1, 7, ); Segment(7, 9, ); Segment(9, 8, );

AnimationVar(t, 描点);

AnimationVar(u, 画线过程);我们仔细读读这一系列文本作图命令,再运行它。

第1条命令CircleOfRadius(1, 1, );很清楚,就是画一个以原点为心的单位圆。 第2条命令是此课件的关键一招。根据命令,测量出带有参数t的一个表达式,命名为m000。其特点是:当t从奇数增长到偶数时,m000和t同比例地增长1;而当t从偶数增长到奇数时,m000保持不变。根据函数sign(x,y)和floor(x)的定义,不难理解这个特点。一时不明白也无妨,需要用这样性质的表达式,从这里复制就是了。

第3条命令Point(cos(m000*pi/6), sin(m000*pi/6), , , , 7);作出圆周上的动点7。当参数t从0变到24时,m000交替增长和暂停增长,从0变到12;所以点7正好在圆上运动一周,每走过圆周的12分之一时暂停一下。

第4条和第5条命令,作出在x轴上走走停停的点8和停下来就作点的点9;由于坐标中基本的变量仍是m000, 其运动状态和点7同步。

第6条和第7条命令,作出圆周上的点10(注意要填拖动参数s,下面才能作线段11的轨迹)和它到圆心的线段11。目的是为了下一步作线段11的轨迹。不这样做,就要作出圆周的12个分点和12条线段,要麻烦得多。

第8条命令,作出线段11的轨迹。在轨迹的属性对话框里,将其频率设置为13,参数范围设置为0到2*pi,就得到了等分圆周的12条半径。点10和线段11可以隐藏了。

第9条命令,又是关键一招。所作出的正弦曲线其定义区间的右端点floor(m000)*pi/6是动态的,它随着m000的增长而增长;描点的数目m000+1。再在曲线的属性对话框里勾选“画点”,并且把间断点最小值设置为0.1,使得当所描的相邻两点距离超过0.1时,两点之间就不再用曲线连接。这样,曲线的图像就只剩下至多13个孤立的点了。设置情形见图5-17。

图5-17

在这样的设置下,如果是注册版的超级画板,只要把表格和此曲线关联(选择表格和曲线,执行菜单命令“对象|曲线和表格关联”),则当t从0增长到24时,随着点的增加,表格中的数据也同步增长。

第10条命令作出 [0,u] 上的正弦曲线,当参数u从0变到2π时,曲线就自左而右画出来了。

第11、12两条命令作出了两个点。这是因为按软件的内部设置,曲线上的点至少要有4个(对应地,函数表里至少要有4个数据),当点数少于4时,即开始2个点描点的效果出不来,特别多作两个点来弥补。这两个点出现的效果,是使用动态alpha的功能来实现的。其动态alpha参数分别为255*sign(t,2)和255*sign(t,4),即它们分别在t>2和t>4时出现,即点9经过时出现。(本来要做12个这样的点,现在主要用第9条命令所作的曲线代替了。)

第13、14两条命令作出了x轴上的两个点,用以标明正弦曲线周期为2π。 第15条命令作出可变换文本的标题。

第16条命令Grid(13, 8, 4, 70, 20, );作出和编号为13的曲线(第9条命令所作)关联的表格。这又是关键的一招。表中的数据会随着曲线上描点的数目的增加而增加。

以下的命令不必用文本作图也能实现了。最后的两条是作出t和u的动画按钮,设置都可以从属性对话框里查出。

[习题5-5] 模仿文件“5-3正弦曲线的生成”,完全使用文本作图命令,作出生成余弦函数图像的动画。

四 分段函数的图像 常用的分段函数,如整数部分函数floor(x), 符号函数sign(x,y), 绝对值函数abs(x)等,直接使用文本作图命令即可作出。可参看本书配套资源中的文件“5-9分段函数的图像.zjz”的第一页。如图5-18。

图5-18

要把这些图像画准确,必须注意其属性的设置。有断点的函数如y=floor(x)和y=sign(x,0),描点数目要足够多,断点附近才画得准;为避免在断点处连线,要把间断点最小值设置小一些。像绝对值函数y=abs(x)这样的偶函数,描点数目要设置为奇数,否者会显示出较大的误差。

图5-18中,函数y=floor(x)的图像上还根据定义画出了每条线段的左端点。这可不是作函数曲线的命令的效果,而是另外添加的。你能从对象工作区查出来这个效果是如何实现的吗?

一般的分段函数,可以利用符号函数sign(x,y)来写出它的表达式,再用文本作图命令来画出其图像。例如,如果函数f(x)在 [-3,0]上的表达式为(x+1),在(0,π)上的表达式为 cos(x),在[π,6]上的表达式为 (x-π)^2-1, 则下面就是函数f(x)在[-3,6]上的统一的表达式:

f(x)=(1-sign(x,0))*(x+1)+sign(x,0)*sign(pi,x)*cos(x)+(1-sign(pi,x))*((x-pi)^2-1)

注意,这里使用(1-sign(x,0))和(1-sign(pi,x))而不用sign(0,x)和sign(x,pi),是为了正确地给出分界处的函数值。按上面的表达式,可得f(0)=1;如果把(1-sign(x,0))换成sign(0,x),则有f(0)=0,就不对了。对表达式作测量,就知分晓。

上述文件的第二页,如图5-19,就是这个分段函数的图像。

图5-19

像这样分成3段的函数的图像,也可以分成三个函数的图像来画。这样便于对每段设置不同的颜色,见上述文件第3页。

[习题5-6] 在上一节制作图5-16中的动画时,测量过一个表达式: floor(t/2)+(t-2*floor(t/2))*sign(1,t-2*floor(t/2))+sign(t-2*floor(t/2),1)

把此表达式中的t改为x,作出此表达式的函数图像(参看上述文件第4页,如图5-20)。

[习题5-7] 利用符号函数sign(x,y),用分段表达式在极坐标下写出一个正三角形周界的方程,再用文本作图命令画出图像(参看上述文件第5页,如图5-21)。

图5-20

图5-21

五 函数的导数和定积分

要作出函数曲线上某点处的切线,需要计算出函数的导数。

在程序工作区可以求函数的导数。要计算函数f(x)对x的导数,只要执行命令 Diff(f(x),x); 就行了。在第一篇的第5小节里提到过这一操作,在图1-83中有所显示。

本书配套资源中的文件“5-10函数曲线的切线”,说明了作出函数曲线切线的全过程,如图5-22。

图5-22

单击图中“显示或隐藏文本作图命令”按钮,可看到制作过程的文本命令如下:

Function(y=a^x*sin(b*x+c), -4*pi, 4*pi, 1000, 5); Variable(a, 6); Variable(b, 7); Variable(c, 8);

Point(x,a^x*sin(b*x+c) , x, , , 9);

LineOfPointSlope(9, b*(a)^(x)*cos(b*x+c)+sin(b*x+c)*(a)^(x)*ln(a) , ); Animation(9, );

TransformText(函数曲线的切线);

这里第1行命令,是要求作函数y=axsin(bx+c) 在区间[-4π,4π]上的图像,描点数为1000;最后的参数5注明其编号为5,此时对象的名字与编号保持一致,便于后面引用。

第2、3、4行,分别作出参数a、b、c的变量尺。 第5行,作出曲线上的一个点,编号为9。

第6行,作出点9处曲线的切线。切线的斜率:

b*(a)^(x)*cos(b*x+c)+sin(b*x+c)*(a)^(x)*ln(a)

是在程序工作区这样计算出来的:

Diff(a^x*sin(b*x+c),x);

>> b*(a)^(x)*cos(b*x+c)+sin(b*x+c)*(a)^(x)*ln(a) #

第7行作出点9的动画;第8行作出可变换文本的标题。 将上面的8行命令复制粘贴在文本作图对话框里运行时,要注意当前的对象编号最大为4。否则,要将文本命令中的对象编号作相应的改变。对于新建的文档,对象的编号最大总是4。如果复制粘贴在程序工作区运行,即使是新建的文档,也要将文本命令中的对象编号都加1,因为把程序向工作区粘贴时,会自动生成一个编号为5的文本对象。

新的高中课程标准中,要求讲一些有关定积分的内容。为配合这部分内容,超级画板提供了函数图像的积分分割表示,以及积分和的测量。

打开本书配套资源中文件“5-11曲边梯形的条形分割”,如图5-23。


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