方向导数演示 by Mike Hopper

方向导数演示 by Mike Hopper
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2017-05-07 05:54
这个范例演示了方向导数的几何意义,通过可视化展示函数在某一点沿任意方向的变化率。涉及的核心数学概念包括导数、向量、梯度以及函数图像。作图要点使用了GeoGebra的Circle(圆)、Point(点)、Vector(向量)、Function(函数)、Derivative(导数)、grad(梯度)等命令和对象来构建函数图像、梯度向量和方向导数线。适合大学微积分课程或数学爱好者学习方向导数的直观理解。

GeoGebra 命令及参数

  1. Circle(P, 1) → t
  2. Point(t) → B
  3. Derivative(f(x, y), x) → fx
  4. Derivative(f(x, y), y) → fy
  5. Vector(P, P + (fx(x(P), y(P)), fy(x(P), y(P)))) → grad
  6. ImplicitCurve(f(x, y) - f(x(P), y(P))) → c
  7. ImplicitCurve(f(x, y)) → d
  8. ImplicitCurve(f(x, y) - 1) → g
  9. ImplicitCurve(f(x, y) - 2) → h
  10. ImplicitCurve(f(x, y) - 3) → i
  11. ImplicitCurve(f(x, y) - 4) → j
  12. ImplicitCurve(f(x, y) - 5) → k
  13. ImplicitCurve(f(x, y) + 1) → l
  14. ImplicitCurve(f(x, y) + 2) → m
  15. ImplicitCurve(f(x, y) + 3) → n
  16. ImplicitCurve(f(x, y) + 4) → o
  17. ImplicitCurve(f(x, y) + 5) → p
  18. Plane(P, P', P + (fx(x(P), y(P)), fy(x(P), y(P)))) → r
  19. CurveCartesian(x(P) + (fx(x(P), y(P)) * w), y(P) + (fy(x(P), y(P)) * w), w, -100, 100) → q
  20. CurveCartesian(x(P') + (fx(x(P), y(P')) * Q), y(P') + (fy(x(P), y(P)) * Q), z(P') + ((fx(x(P), y(P))^(2) + fy(x(P), y(P))^(2)) * Q), Q, -100, 100) → e
  21. Textfield(f) → InputBox1
  22. Textfield(Px) → InputBox2
  23. Textfield(Py) → InputBox3
  24. Length(grad) → normgrad
  25. Segment(P'', P') → s
  26. Function(f(x(P'), y(P')) + (fx(x(P'), y(P')) * (x - x(P'))) + (fy(x(P'), y(P')) * (y - y(P'))), x(P) - 1, x(P) + 1, y(P) - 1, y(P) + 1) → b
  27. Rotate(B, θ, P) → A
  28. Vector(P, A) → u
  29. OrthogonalLine(P, u, xOyPlane) → f_1
  30. OrthogonalPlane(P'', f_1) → v
  31. IntersectPath(v, f) → w
  32. IntersectPath(v, b) → a_1
  33. Angle(B, P, A) → β
  34. Textfield(θ) → InputBox4
  35. Point(zAxis) → C
  36. Intersect(zAxis, xAxis) → D
  37. Vector(C, D) → u_1
  38. Point(yAxis) → E
  39. Vector(E, D) → v_1
  40. Point(xAxis) → F
  41. Vector(F, D) → w_1
  42. Element(list1, faces) → Selectedvector

AI 绘图提示语参考

画一个函数的图形,显示其在某点的梯度向量和方向导数。首先画出原点并围绕它画一个圆,圆上的点连接到原点形成向量。接着,根据函数在该点的偏导数画出梯度向量,并用隐式曲线画出函数的等高线。再画出多条平行于等高线的曲线,表示不同高度。最后,从梯度向量出发,画出沿任意方向的方向导数线,展示函数在该方向上的变化率。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。