Matematik

Plot af intervaller

21. november 2015 af Searchmath (Slettet) - Niveau: Universitet/Videregående

Hej

Hvis man har en funktion f og man ved hvordan den ser ud i forskellige intervaller, kan man så på en rigtig smart måde bruge maple til at lave en skitse af funktionen ud fra intervallerne?

Man kan selvfølgelig selv tegne den op med blyant og papir, men personligt overser jeg tit nogle ting og så bliver min skitse forkert. 

Et eksempel kunne være denne opgave,


Brugbart svar (1)

Svar #1
21. november 2015 af Therk

Brug funktionen piecewise(): Grænse først og dernæst funktion på følgende måde:

f := t-> piecewise(grænse, udtryk, grænse, udtryk, grænse, udtryk);

Det skal du bare gøre det antal udtryk du har. En god ide er at bare kalde f(t); i en linje derunder, da Maple så skriver funktionen netop på den måde som i din stillede opgave. Da din funktion har diskontinuerte punkter, kan du være smart og bruge plotkommandoen discont = [showremovable].

Hvis jeg nu giver et andet eksempel, kan du så lave din egen vha. mit eksempel som skabelon? Så kan du forhåbentligt også forstå hvad der sker! :) Hver linje i understående er delt op med grænse,udtryk, så det er lettere at overskue!

## Definer funktionen
f := t -> piecewise(
0 < t and t < 1/2*Pi, t,      ## Grænse, udtryk
t = 1/2* Pi, 1/2,             ## Grænse, udtryk
1/2*Pi < t and t < Pi, -t+Pi, ## osv.
t = Pi, 1/2,
Pi < t and t < 3*Pi/2, t-Pi,
3*Pi/2 <= t and t <=2*Pi, -t+2*Pi
);

## Kald funktionen:
'f(t)' = f(t);

## Plot funktionen med highlightede diskontinuerte punkter:
plot(f(t),t=0..2*Pi,discont = [showremovable]);

Meld meget gerne tilbage om du forstår og skriv gerne din kode her - så kan vi lige verificere den! :)


Brugbart svar (0)

Svar #2
21. november 2015 af Therk

For at gøre funktionen periodisk, defineres en ny funktion ved følgende tanker: For alle t i de reelle tal gælder der at

t-\left \lfloor \frac{t+a}{b}\right \rfloor \cdot b\in [a,a+b]

hvor

\lfloor x \rfloor = \sup\{n \in \mathbb Z : n \leq x\}

er det første heltal mindre end x - funktionen kaldes også floor-funktionen.

Det betyder at hvis vi definerer funktionen g som

g: \mathbb R \rightarrow \mathbb R, \quad g(t) = f\left(t-\left \lfloor \frac{t+a}{b}\right \rfloor \cdot b\right)

så har vi en periodisk version af f. I Maple med din venstregrænse -\pi og periode 2\pi:

g := t -> f(t - floor((t+Pi)/(2*Pi))*2*Pi);

Lad være med at kalde g(t); - det er grimt!


Brugbart svar (0)

Svar #3
21. november 2015 af Therk

Det skulle have været, i ovenstående,

\left \lfloor \frac{t-a}{b}\right \rfloor

altså træk a fra og ikke læg den til. Jeg beklager.


Svar #4
21. november 2015 af Searchmath (Slettet)

Jeg forstår ikke #2 og #3, men tusind tak for dine fyldestgørende svar! Det var rigtigt godt forklaret for en nybegynder! Meget pædagogisk og præcist forklaret! :) Jeg må vente på at du svare, når jeg stiller spørgsmål i forrummet!


Svar #5
21. november 2015 af Searchmath (Slettet)

Jeg har en funktion f(t)=(Pi/8)*(Pi*t-t^2), 0 <=t<=Pi

og den skal jeg skitsér i intervallet [-2*Pi,2*Pi] 

Jeg har prøvet, men da jeg har en skitse af grafen i forvejen ved jeg den jeg har lavet er forkert. Hvad går galt? :(


Svar #6
21. november 2015 af Searchmath (Slettet)

Jeg har også prøvet at plotte en anden funktion, den ser rigtig ud :) men den vil ikke plotte funktionen i intervallet [-2*Pi,4*Pi]


Svar #7
21. november 2015 af Searchmath (Slettet)

funktionen #6 skulle gerne se sådan ud :) således at den gentager sig på hele intervallet, hvordan kan man gøre det? 


Brugbart svar (0)

Svar #8
21. november 2015 af Therk

Helt rigtigt! Du bør dog plotte i hvert fald din definitionsmængde for f(t),

plot(f(t), t= -Pi..Pi, discont = [showremovable]);

\rule{7cm}{0.4pt}

Det du kan tage med dig fra #2 og #3:  Vores funktion f er kun defineret i intervallet (-\pi,\pi]. Maple antager at funktionen er lig med nul for alle andre værdier af t. Prøv fx at plotte

plot(f(t), t = -3*Pi..3*Pi, discont = [showremovable]);

Hvis du gerne vil se at din funktion er periodisk eller fx gerne vil beregne hvad funktionsværdien er i t = 32, så kan du udvide f fra ovenstående til faktisk at være periodisk ved:

g := t -> f(t - floor((t+Pi)/(2*Pi))*2*Pi);

plot(g(t), t= -3*Pi..3*Pi, discont = true);

 Maple glemmer dog her at huske værdierne for de diskontinuerte punkter, så den plotter dem ikke umiddelbart med. Jeg sad engang og bøvlede med det og tror jeg kom frem til at skulle numerisk approksimere funktionen. Det korte af det lange er: Så meget er bøvlet vist heller ikke værd for at få et par cirkler på plottet :)

Tak for ros!

Vedhæftet fil:PeriodicFn.PNG

Brugbart svar (0)

Svar #9
21. november 2015 af Therk

Skabelon til at lave din funktion periodisk:

a := 0;    ## Venstre grænse
b := 2*Pi; ## Perioden
f := t -> piecewise(a < t and t < a+b/2, t, a+b/2 < t and t < a + b, t); ## Ikke periodisk
g := t -> f(t-b*floor((t-a)/b)); # ER periodisk!

plot(f(t),t,discont = true);
plot(g(t),t, discont = true);

Vedhæftet fil:PeriodicFnTemplate.PNG

Brugbart svar (0)

Svar #10
22. november 2015 af Therk

Fik du det til at fungere? :)


Svar #11
22. november 2015 af Searchmath (Slettet)

Jeg forstår ikke helt om jeg skulle bruge samme fremgangsmåde på funktion i #5 eller om der var en anden metode ?

Brugbart svar (0)

Svar #12
22. november 2015 af Therk

Jeg tror din funktion i #5 er ment som en Pi-periodisk funktion med venstre grænse lig nul. Da kan du bruge skabelonen i #9: Se om ikke det følgende her giver det du skal bruge.

a := 0;    ## Venstre grænse
b := Pi; ## Perioden
f := t-> 0 ## Definer her din funktion f(t) som du gjorde i #5!
g := t -> f(t-b*floor((t-a)/b)); # ER periodisk!
plot(g(t),t = -2*Pi..2*Pi, discont = true);


Svar #13
23. november 2015 af Searchmath (Slettet)

Det giver ikke den funktion jeg ønsker :( 

Ud fra din skabelon har jeg indtastet dette, 


Svar #14
23. november 2015 af Searchmath (Slettet)

Therk har du styr på hvordan man bestemmer N ud fra afsnitssum? Har set det i flere opgaver nemlig. 

Jeg har stillet et spørgsmål omkring det her:https://www.studieportalen.dk/forums/thread.aspx?id=1643152   :)


Skriv et svar til: Plot af intervaller

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.