MATLAB作图及其数学模型的求解.ppt
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1、后勤工程学院数学教研室,数学建模与数学实验,后勤工程学院数学教研室,MATLAB作图,Matlab作图,二维图形,三维图形,图形处理,实例,作业,特殊二、三维图形,Matlab作图是通过描点、连线来实现的,故在画一个曲线图形之前,必须先取得该图形上的一系列的点的坐标(即横坐标和纵坐标),然后将该点集的坐标传给Matlab函数画图.,命令为:PLOT(X,Y,S),PLOT(X,Y)-画实线PLOT(X,Y1,S1,X,Y2,S2,X,Yn,Sn)-将多条线画在一起,X,Y是向量,分别表示点集的横坐标和纵坐标,线型,1.曲线图,表1 基本线型和颜色,例 在0,2*pi用红线画sin(x),用绿圈
2、画cos(x).,x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,r,x,z,g0),解,Matlab liti1,2.符号函数(显函数、隐函数和参数方程)画图,(1)ezplot,ezplot(x(t),y(t),tmin,tmax)表示在区间tminttmax绘制参数方程 x=x(t),y=y(t)的函数图,ezplot(f(x),a,b)表示在axb绘制显函数f=f(x)的函数图,ezplot(f(x,y),xmin,xmax,ymin,ymax)表示在区间xminxxmax和 yminyymax绘制隐函数f(x,y)=0的函数图,例 在
3、0,pi上画y=cos(x)的图形,解 输入命令 ezplot(sin(x),0,pi),Matlab liti25,解 输入命令 ezplot(cos(t)3,sin(t)3,0.2*pi),Matlab liti41,解 输入命令ezplot(exp(x)+sin(x*y),-2,0.5,0,2),Matlab liti40,(2)fplot,注意:1 fun必须是M文件的函数名或是独立变量为x的字符串.2 fplot函数不能画参数方程和隐函数图形,但在一个图上可以画多个图形。,fplot(fun,lims)表示绘制字符串fun指定的函数在lims=xmin,xmax的图形.,解 先建M文
4、件myfun1.m:function Y=myfun1(x)Y=exp(2*x)+sin(3*x.2),再输入命令:fplot(myfun1,-1,2),Matlab liti43,Matlab liti28,解 输入命令:fplot(tanh(x),sin(x),cos(x),2*pi*-1 1 1 1),例 在-2,2范围内绘制函数tanh的图形解 fplot(tanh,-2,2),Matlab liti42,3.对数坐标图,在很多工程问题中,通过对数据进行对数转换可以更清晰地看出数据的某些特征,在对数坐标系中描绘数据点的曲线,可以直接地表现对数转换.对数转换有双对数坐标转换和单轴对数坐标
5、转换两种.用loglog函数可以实现双对数坐标转换,用semilogx和semilogy函数可以实现单轴对数坐标转换.,loglog(Y)表示 x、y坐标都是对数坐标系semilogx(Y)表示 x坐标轴是对数坐标系semilogy()表示y坐标轴是对数坐标系plotyy 有两个y坐标轴,一个在左边,一个在右边,例 用方形标记创建一个简单的loglog,解 输入命令:x=logspace(-1,2);loglog(x,exp(x),-s)grid on%标注格栅,Matlab liti37,例 创建一个简单的半对数坐标图解 输入命令:x=0:.1:10;semilogy(x,10.x),Mat
6、lab liti38,例 绘制y=x3的函数图、对数坐标图、半对数坐标图,Matlab liti22,返回,三维图形,1、空间曲线,2、空间曲面,返回,PLOT3(x,y,z,s),空 间 曲 线,1、一条曲线,例 在区间0,10*pi画出参数曲线x=sin(t),y=cos(t),z=t.,Matlab liti8,解 t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)rotate3d%旋转,例如:绘制空间曲线,t=0:pi/50:2*pi;x=8*cos(t);y=4*sqrt(2)*sin(t);z=-4*sqrt(2)*sin(t);plot3(x,y,z,r
7、p);title(Line in 3-D space);text(0,0,0,origin);xlabel(x);ylabel(y);zlabel(z);grid,程序:,曲线对应的参数方程为:,PLOT3(x,y,z),2、多条曲线,例 画多条曲线观察函数Z=(X+Y).2.,(这里meshgrid(x,y)的作用是产生一个以向量x为行、向量y为列的矩阵),Matlab liti9,其中x,y,z是都是m*n矩阵,其对应的每一列表示一条曲线.,解 x=-3:0.1:3;y=1:0.1:5;X,Y=meshgrid(x,y);Z=(X+Y).2;plot3(X,Y,Z),返回,x=a:dx:b
8、;y=(c:dy:d);X,Y=meshgrid(x,y),执行上述语句后,所得到的网络坐标X,Y与得到的相同,当X=Y时,meshgrid函数可写成meshgrid(x),三维曲面,(1)平面网格坐标矩阵的生成,绘制三维曲面的函数,格式:mesh(x,y,z,c)surf(x,y,z,c),一般情况:x,y,z是维数相同的矩阵,x,y是网络坐标矩阵,z是网点上的高度矩阵,c是指在不同高度下的颜色范围。C省略时,Matlab认为c=z,即颜色的设定正比于图形的高度,这样可以得到层次分明的三维图。当x与y是向量时,x的长度与z矩阵的列相等,y的长度与z矩阵的行相等,x、y向量元素的组合构成网格点
9、的x、y坐标,z坐标则取自z矩阵。,例:用三维曲面表现函数,x=0:0.1:2*pi;X,Y=meshgrid(x);z=sin(Y).*cos(X);mesh(X,Y,z);%用mesh函数绘制三维曲面图xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis),title(mesh),程序1,输出结果,程序2,x=0:0.1:2*pi;X,Y=meshgrid(x);z=sin(Y).*cos(X);surf(X,Y,z);%用surf函数绘制三维曲面图xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis),title(sur
10、f),输出结果,程序3,x=0:0.1:2*pi;X,Y=meshgrid(x);z=sin(Y).*cos(X);plot3(X,Y,z);%用plot函数绘制三维曲面图xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis),title(plot3-1),grid,输出结果,此外,还有两个和mesh函数相似的函数,即带等高线的三维网格曲面函数meshc盒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平面上绘制曲面再z轴方向的等高线,meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。函数surf也有两个类似的函数,即具有等高线的曲面
11、函数surfc和具有光照效果的曲面函数surfl,例:在xy平面内选择区域-8,8-8,8,绘制函数,的4种三维曲线图,x,y=meshgrid(-8:0.5:8);z=sin(sqrt(x.2+y.2)./sqrt(x.2+y.2+eps);subplot(2,2,1);meshc(x,y,z);title(meshc(x,y,z);subplot(2,2,2);meshz(x,y,z);title(meshz(x,y,z);subplot(2,2,3);surfc(x,y,z);title(surfc(x,y,z);subplot(2,2,4);surfl(x,y,z);title(sur
12、fl(x,y,z);,程序如下:,输出结果:,(3)标准三维曲面,Matlab提供了sphere和cylinder函数,分别绘制三维球面和柱面。,格式:x,y,z=sphere(n)%球面函数,该函数将产生(n+1)(n+1)矩阵x,y,z,采用这三个矩阵可以绘制圆心在原点、半径为1的单位球体。若调用该函数时不输出函数,则直接绘制球面。n决定球面的圆化程度,默认值为20,n越小,则绘制出多面体表面图。,格式:x,y,z=cylinder(R,n)%柱面,R是一个向量,存放柱面各个等间隔高度上的半径,n表示在圆柱圆周上有n个间隔点默认值为20。,例:cylinder(3)%生成圆柱,例:cyli
13、nder(10,1)%生成一圆锥,例:下面的程序生成正弦型柱面,t=0:pi/100:4*pi;R=sin(t);cylinder(R,30),Matlab的多峰函数:peaks,例:peaks(30)%产生一个多峰图,f(x,y)=3*(1-x).2.*exp(-(x.2)-(y+1).2).-10*(x/5-x.3-y.5).*exp(-x.2-y.2).-1/3*exp(-(x+1).2-y.2),例如:,x,y=meshgrid(-5:0.1:5);peaks(x,y),例:绘制标准三维曲面图形,t=0:pi/20:2*pi;x,y,z=cylinder(2+sin(t),30);su
14、bplot(1,3,1);surf(x,y,z);subplot(1,3,2);x,y,z=sphere;surf(x,y,z);%绘制球面subplot(1,3,3);x,y,z=peaks(30);meshz(x,y,z);%绘制多峰,在图形上加格栅、图例和标注,定制坐标,图形保持,分割窗口,缩放图形,改变视角,图形处理,返回,动 画,1、在图形上加格栅、图例和标注,(1)GRID ON:加格栅在当前图上 GRID OFF:删除格栅,处理图形,(2)hh=xlabel(string):在当前图形的x轴上加图例string,hh=ylabel(string):在当前图形的y轴上加图例stri
15、ng,hh=title(string):在当前图形的顶端上加图例string,hh=zlabel(string):在当前图形的z轴上加图例string,例 在区间0,2*pi画sin(x)的图形,并加注图例“自变量 X”、“函数Y”、“示意图”,并加格栅.,解 x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);plot(x,y)xlabel(自变量X)ylabel(函数Y)title(示意图)grid on,Matlab liti2,(3)hh=gtext(string),命令gtext(string)用鼠标放置标注在现有的图上.运行命令gtext(string)时,屏幕上出现当前
16、图形,在图形上出现一个交叉的十字,该十字随鼠标的移动移动,当按下鼠标左键时,该标注string放在当前十交叉的位置.,例 在区间0,2*pi画sin(x),并分别标注“sin(x)”cos(x)”.,解 x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,x,z)gtext(sin(x);gtext(cos(x),Matlab liti3,返回,2、定制坐标,Axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax),例 在区间0.005,0.01显示sin(1/x)的图形。,解 x=linspace(0.0001,0.01,1000)
17、;y=sin(1./x);plot(x,y)axis(0.005 0.01 1 1),Matlab liti4,返回,定制图形坐标,将坐标轴返回到自动缺省值,Axis auto,表3 axis命令,3、图形保持,(1)hold on hold of,例 将y=sin(x)、y=cos(x)分别用点和线画出在同一屏幕上。,解 x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x)plot(x,z,:)hold on Plot(x,y),Matlab liti5,保持当前图形,以便继续画图到当前图上,释放当前图形窗口,(2)figure(h),例 区间0,2*pi新建两个窗
18、口分别画出y=sin(x);z=cos(x)。,解 x=linspace(0,2*pi,100);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y);title(sin(x);pause figure(2);plot(x,z);title(cos(x);,Matlab liti6,返回,新建h窗口,激活图形使其可见,并把它置于其它图形之上,4、分割窗口,h=subplot(mrows,ncols,thisplot),划分整个作图区域为mrows*ncols块(逐行对块访问)并激活第thisplot块,其后的作图语句将图形画在该块上。,激活已划分为mrows*ncols块的屏幕中的第this
19、plot块,其后的作图语句将图形画在该块上。,命令Subplot(1,1,1)返回非分割状态。,subplot(mrows,ncols,thisplot),subplot(1,1,1),解x=linspace(0,2*pi,100);y=sin(x);z=cos(x);a=sin(x).*cos(x);b=sin(x)./(cos(x)+eps)subplot(2,2,1);plot(x,y),title(sin(x)subplot(2,2,2);plot(x,z),title(cos(x)subplot(2,2,3);plot(x,a),title(sin(x)cos(x)subplot(2
20、,2,4);plot(x,b),title(sin(x)/cos(x),例 将屏幕分割为四块,并分别画出y=sin(x),z=cos(x),a=sin(x)*cos(x),b=sin(x)/cos(x)。,Matlab liti7,返回,5、缩放图形,zoom on,单击鼠标左键,则在当前图形窗口中,以鼠标点中的点为中心的图形放大2倍;单击鼠标右键,则缩小2倍,解 x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);Plot(x,y)zoom on,例 缩放y=sin(x)的图形,zoom off,为当前图形打开缩放模式,关闭缩放模式,返回,表2 二维绘图工具,2.其他各种二维绘图函
21、数,6.改变视角view,(1)view(a,b)命令view(a,b)改变视角到(a,b),a是方位角,b为仰角。缺省视角为(-37.5,30)。,解 x=-3:0.1:3;y=1:0.1:5;X,Y=meshgrid(x,y);Z=(X+Y).2;subplot(2,2,1),mesh(X,Y,Z)subplot(2,2,2),mesh(X,Y,Z),view(50,-34)subplot(2,2,3),mesh(X,Y,Z),view(-60,70)subplot(2,2,4),mesh(X,Y,Z),view(0,1,1),Matlab liti10,例 画出曲面Z=(X+Y).2在不
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- MATLAB 作图 及其 数学模型 求解
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