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用Desmos绘制极坐标函数的图像

Desmos作为一款优秀的数学函数作图软件,可以绘制多种类型的二维函数图像,包括:显函数、隐函数、极坐标函数。        而且,Desmos能够把除了字母x、y、r、θ、e、π以外的其它字母转变为“滑块”,实现了动态效果。        r=r(θ)表示的是极坐标函数,当θ从0变化到2π,得到的动态图形,正是极坐标图形的画图过程。        下面,我就介绍一下用Desmos的具体步骤。
工具/原料
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电脑

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Desmos网页版

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智能手机

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Desmos(apk软件)

玫瑰线
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先来画几个漂亮的极坐标图形。        玫瑰线:        三叶玫瑰线——r=sin(3θ)和r=cos(3θ)        四叶玫瑰线——r=sin(2θ)和r=cos(2θ)        五叶玫瑰线——r=sin(5θ)和r=cos(5θ)

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考虑一般情形r=sin(aθ),当a取不同的值的时候,会是什么情形呢?让我们来看下面的动画效果:r=\sin (a\theta )和 r=\cos (a\theta )        当a从-10增加到10,曲线的形状会发生剧烈的变化。        而当a分别位于分子、分母的时候,又是截然不同的变化:r=\sin (\frac{\theta }{a}) 和 r=\cos (\frac{\theta }{a})

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让玫瑰线绕原点旋转起来。r=sin(3θ+a)        Desmos输入法是:r=\sin (a+3\theta )        其中,a是曲线的旋转参数,当a从0变为2π,代表曲线绕原点顺时针旋转了一圈。

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看看玫瑰线是怎么画出来的!r=r(θ){0<θ

更多著名曲线
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心形线。        Desmos输入:r=1+\sin \left(\theta \right)        及其它类型,如图。        另一种心形线:r=\arccos \left(\sin \left(\theta \right)\right)

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费马螺旋线。        其方程式是:r^2=θ,        画图过程的Desmos输入:r=\sqrt{\theta }\left\{0<\theta

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阿基米德螺线的画图过程。        Desmos分别输入:r=\theta \left\{0<\theta

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双曲螺旋线,是倒数形式的阿基米德螺线。Desmos输入:r=\frac{1}{\theta }        而它的画图过程是:r=\frac{1}{\theta }\left\{0<\theta

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伯努利双扭线的出图过程。        极坐标方程是:r^2=sin(2θ)和r^2=cos(2θ)        但是,Desmos不能这样输入,左边必须是r,不可以用r的其它形式。输入法如下:r=\sqrt{\sin \left(2\theta \right)}\left\{0<\theta

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未命名曲线。r=2sin(θ)+4cos(2θ)        它的绘图过程如下:r=2\sin \left(\theta \right)+4\cos \left(2\theta \right)\left\{0<\theta <2a\right\}        其中,a只需要从0到π,就可以把图画完整!        用b作为它的旋转参数,也就是把自变量θ变成θ+b:r=2\sin \left(\theta +b\right)+4\cos \left(2\left(\theta +b\right)\right)\left\{0<\theta <2a\right\}        旋转过程如下图。END

无数可能
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考虑这样的极坐标函数:r=sin(θ)+sin(2θ)+sin(3θ)的图形。        这个图形的画图过程是:r=\sin \left(\theta \right)+\sin \left(2\theta \right)+\sin \left(3\theta \right)\left\{0<\theta

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再把正弦函数全部替换为余弦函数,就成为另一番情形,Desmos输入:r=\cos \left(\theta \right)+\cos \left(2\theta \right)+\cos \left(3\theta \right)\left\{0<\theta

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如果把θ前面的系数变成不同的参数呢?r=\cos \left(a\theta \right)+\cos \left(b\theta \right)+\cos \left(c\theta \right)        分别让a、b、c运动,产生如下动态图。        如果让a、b、c以不同的速度一起运动,会是什么情景?自己去试试!

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怎么让这样的曲线绕着原点旋转起来呢?        只需要把自变量θ置换为θ+d,其中d是旋转参数:r=\cos \left(a\left(d+\theta \right)\right)+\cos \left(b\left(d+\theta \right)\right)+\cos \left(c\left(d+\theta \right)\right)        当a=b=1,c=3.1时,情形如下图。

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如果正弦函数和余弦函数交叉使用的话,又会产生很多不同的情形。只举一个例子,模仿上一步的旋转图形:r=\cos \left(a\left(d+\theta \right)\right)+\sin \left(b\left(d+\theta \right)\right)+\cos \left(c\left(d+\theta \right)\right)

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上图的画图过程是:r=\cos \left(a\theta \right)+\sin \left(b\theta \right)+\cos \left(c\theta \right)\left\{0<\theta

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如果不止三项,而是更多项呢?        四项余弦之和:r=\cos \left(a\theta \right)+\cos \left(b\theta \right)+\cos \left(c\theta \right)+\cos \left(d\theta \right)        五项余弦之和:r=\cos \left(a\theta \right)+\cos \left(b\theta \right)+\cos \left(c\theta \right)+\cos \left(d\theta \right)+\cos \left(f\theta \right)(注意,字母e是常数,因此引进的新参数不是e,而是f)        仔细看a、b、c、d、f的取值。

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如果θ替换为θ的其它函数形式,如θ的多项式、θ的多重正弦余弦嵌套等等,各种可能实在是太多了,无穷无尽。        举个简单的例子:r=\sin \left(\cos \left(2\theta \right)\right)+\cos \left(\sin \left(\theta \right)\right)\left\{0<\theta

注意事项
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Desmos确实好用,反应快,可互动。

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个人感觉电脑上网页版Desmos比手机上Desmos软件好用,不过关键还是看网速。

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