梯度与方向导数:几何与微积分的结合

梯度与方向导数:几何与微积分的结合
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2021-09-13 09:56
所属专题 MATH1052-edX
本范例通过GeoGebra演示梯度与方向导数的几何意义。核心数学概念包括导数、方向导数和向量分析。作图要点涉及使用Circle、Point、Derivative等命令构造函数图像并计算梯度向量。适合高中生或大学低年级学生用于理解微积分基础概念。

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

绘制一个三维坐标系,包含一个二元函数的曲面及其等高线族(从函数值减5到加5的等距曲线)。在曲面上选取一点,显示该点的梯度向量(沿最陡上升方向),并构造过该点且包含梯度向量的平面,该平面与曲面相交形成一条曲线,同时画出该点处的切平面。在曲面上另取一点,用一条线段连接两点,并显示该点处沿任意方向的导数对应的方向向量。添加可调节的输入框,用于修改函数表达式、点的坐标和旋转角度,并显示梯度向量的长度。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。