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三维空间中三个动点在球面上诱导出八个几何中位数的示例三

三维空间中三个动点在球面上诱导出八个几何中位数的示例三
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2020-12-14 22:14
立体几何最值优化滑块动画轨迹
所属专题 ₅Point Location estimators: Geometric Medians on a sphere
该范例演示了三维空间中三个移动点如何在球面上诱导出八个几何中位数（geometric medians）的动态几何现象。核心数学概念涉及几何中位数（使到各点距离之和最小的点）、球面几何、空间点的动态变化以及最优化问题。作图要点包括：使用GeoGebra的Polygon、PointIn、Sphere、Circle、Angle、Zip、Sum、PolyLine、Flatten、Length、Textfield、If、KeepIf、Function、Max、Sequence、CurveCartesian、TableText、Vector、Translate、RotateText等命令，构建了多个点对象（如B01至B10、P1至P10等）以及参数R、t0等，通过滑块或动态输入控制点的移动，实时计算并显示球面上的八个几何中位数位置。适合高中至大学阶段的数学教学，尤其适用于立体几何、最优化理论和动态几何可视化学习，帮助学生直观理解高维空间中距离最小化问题的几何意义。

GeoGebra 命令及参数

  1. Polygon({((-π), ((-π)) / 2), ((-π), π / 2), (π, π / 2), (π, ((-π)) / 2)}) → q
  2. Polygon({B01, B02, B04, B03}) → q2
  3. PointIn(q2) → B10
  4. PointIn(q2) → B9
  5. PointIn(q2) → B8
  6. PointIn(q2) → B7
  7. PointIn(q2) → B6
  8. PointIn(q2) → B5
  9. PointIn(q2) → B4
  10. PointIn(q2) → B3
  11. PointIn(q2) → B2
  12. PointIn(q2) → B1
  13. First({P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9, P10}, n) → lP
  14. Sphere(O, R) → b
  15. PointIn(q) → A_2
  16. Circle(O, R, xOyPlane) → c
  17. PointIn(q) → RZ1_2
  18. PointIn(q) → RZ2_2
  19. Angle(sumunitA, vA) → αA
  20. Angle(sumunitZ1, vZ1) → αZ1
  21. Angle(sumunitZ2, vZ2) → αZ2
  22. Zip(Segment[A, p], p, lP) → seg
  23. Sum(seg) → sum_seg
  24. PolyLine({((-π), ((-π)) / 2), ((-π), π / 2), (π, π / 2), (π, ((-π)) / 2), ((-π), ((-π)) / 2)}) → q1
  25. Flatten(Sequence[Sequence[((-π) + ((2 * π / na) * i), ((-π)) / 2 + (π / na * j)), j, 1, na - 1], i, 1, na - 1]) → ltest_2
  26. Zip((R; x(a); y(a)), a, ltest_2) → ltest_3
  27. Length(lZmax') → lälZmax'
  28. Zip(Vector[(R * UnitVector[a])], a, lZmax') → vlZmax
  29. Zip(Vector[(R * UnitVector[a])], a, lZmin') → vlZmin
  30. Zip(Vector[(R * UnitVector[Sum[Zip[UnitVector[p - b], p, lP]]])], b, lZmax') → sumunit_max
  31. Zip(Vector[(R * UnitVector[Sum[Zip[UnitVector[p - b], p, lP]]])], b, lZmin') → sumunit_min
  32. Zip(Angle[a, Vector[b]], Vector[a], sumunit_max, Vector[b], vlZmax) → αmax
  33. Zip(Angle[a, Vector[b]], Vector[a], sumunit_min, Vector[b], vlZmin) → αmin
  34. Zip((arg(a), alt(a)), a, lP) → lP_2
  35. Textfield(n) → InputBox11
  36. Zip(Vector[(R * UnitVector[a])], a, lZsad') → vlZsad
  37. If(αZ1 > 100°, 180° - αZ1, αZ1) → αZ1'
  38. KeepIf(x > 0, Sequence[If[abs(Element[αsad, i] - π) < 0.001 ∨ abs(Element[αsad, i]) < 0.001, i, 0], i, 1, Length[αsad]]) → Nαsad
  39. Textfield(m_2) → InputBox14
  40. PointIn(q) → RZ3_2
  41. Sum(Zip[1 / Length[p - Z3], p, lP]) → ZahZ3
  42. Angle(sumunitZ3, vZ3) → αZ3
  43. Textfield(R) → InputBox1
  44. Textfield(na) → InputBox2
  45. Function((q_f * f(u, v)) + b_0f - 0.9999, u, (-π), π, v, ((-π)) / 2, π / 2) → f0
  46. Max(f(Zmax_2)) → m
  47. Zip((x(a), y(a), f0(a)), a, Zmax_2) → fmax3D
  48. Zip((x(a), y(a), f0(a)), a, Zmin_2) → fmin3D
  49. Zip((x(a), y(a), f0(a)), a, Zsad_2) → fsad3D
  50. Sequence(Vector[(1.3 * Point[O, Vector[Element[sumunit_sad, i]]]), (1.5 * Point[O, Vector[Element[sumunit_sad, i]]])], i, 1, Length[sumunit_sad]) → sumunit_sad1
  51. Sequence(Vector[(1.3 * Point[O, Vector[Element[vlZmax, i]]]), (1.5 * Point[O, Vector[Element[vlZmax, i]]])], i, 1, Length[vlZmax]) → vsumunit_max2
  52. Sequence(Vector[(1.3 * vlZmax(i)), (1.5 * vlZmax(i))], i, 1, Length[vlZmax]) → lvlmax
  53. Sequence(Vector[(1.3 * vlZmax(i)), (-1.1 * sumunit_max(i))], i, 1, Length[sumunit_max]) → l1z
  54. Sequence(Vector[(1.3 * vlZmin(i)), (1.5 * vlZmin(i))], i, 1, Length[vlZmin]) → lvlmin
  55. Sequence(Vector[(1.3 * vlZmin(i)), (-1.1 * sumunit_min(i))], i, 1, Length[sumunit_min]) → l2z
  56. Sequence(Vector[(1.3 * vlZsad(i)), (1.5 * vlZsad(i))], i, 1, Length[vlZsad]) → lvlsad
  57. Sequence(Vector[(1.3 * vlZsad(i)), (-1.1 * sumunit_sad(i))], i, 1, Length[sumunit_sad]) → l3z
  58. Zip((Length[a]; arg(a); alt(a)), a, lP) → lPsphere
  59. CurveCartesian((-π) + ((2 * π) * a), ((-π)) / 2, f0((-π) + ((2 * π) * a), ((-π)) / 2), a, 0, 1) → par1
  60. CurveCartesian((-π) + ((2 * π) * a), π / 2, f0((-π) + ((2 * π) * a), π / 2), a, 0, 1) → par2
  61. CurveCartesian(π, ((-π)) / 2 + (π * a), f0(π, ((-π)) / 2 + (π * a)), a, 0, 1) → par4
  62. Zip(Text["d_{" + (a) + "}", (A + Element[lP, a]) / 2], a, 1…n) → lPtxt
  63. CurveCartesian((-π), ((-π)) / 2 + (π * a), f0((-π), ((-π)) / 2 + (π * a)), a, 0, 1) → par3
  64. Zip((x(a), y(a)), a, lP) → lP_{Gr1}
  65. Textfield(q_f) → InputBox3
  66. Textfield(b_0f) → InputBox4
  67. Textfield(step1) → InputBox5
  68. Textfield(step2) → InputBox6
  69. TableText(Append["i", Sequence[Length[αmax]]], Append["P_{Max }", lZmax'], Append["(f'x,f'y)", lZf'xymax], Append[" Δα≟ π ", αmax], "v") → text2a
  70. TableText(Append["i", Sequence[Length[αmin]]], Append["P_{Min }", lZmin'], Append["(f'x,f'y)", lZf'xymin], Append[" Δα≟ π ", αmin], "v") → text2b
  71. TableText(Append["i", Sequence[Length[αsad]]], Append["P_{sad }", lZsad'], Append["(f'x,f'y)", lZf'xysad], Append[" Δα≟ π ", αsad], "v") → text2c
  72. First({aP1, aP2, aP3, aP4, aP5, aP6, aP7, aP8, aP9, aP10}, n) → Output
  73. Vector((1.3 * A), (1.5 * A)) → lvA
  74. Vector((1.3 * A), (1.1 / 1.7 * Point[O, Vector[(-sumunitA)]])) → l1A
  75. Zip(Segment[F_o, p], p, lP) → seg0
  76. Sum(seg0) → sum_seg0
  77. Translate(q, Vector[(0, 0, -1)]) → q'
  78. Zip(Segment[(x(a), y(a), -1), (x(a), y(a), f0(x(a), y(a)))], a, {((-π), ((-π)) / 2), ((-π), π / 2), (π, π / 2), (π, ((-π)) / 2)}) → lseg
  79. RotateText(txt, 90°) → txt1

AI 绘图提示语参考

在三维空间中，绘制一个球体，其球心位于原点，半径为可调参数。球面上分布着八个几何中位数点，这些点由三个在空间中移动的点共同诱导产生。球体内部有一个由四个顶点构成的多边形，其内部随机生成十个点，这些点作为移动点的初始位置。球面上还绘制了一个大圆，以及多个从球心指向球面点的向量。通过动态滑块控制移动点的位置，实时计算并显示八个几何中位数在球面上的位置，同时用颜色或标记区分不同区域。图形还包含多个角度标注和文本输入框，用于调整参数和观察变化。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来，仅供参考。