复变函数的幅度和相位关系图
AbsArgPlot(expression)将抽象的复数输出用直观的图像呈现出来。幅度表示复数向量的长度。相位表示复数向量与正实轴之间的夹角。
1. 平方根函数
实际意义:
黎曼面: 这个图直观地展示了为什么需要两个“叶”的黎曼面来完整描述平方根函数。一个“叶”对应一种相位选择。
物理中的应用: 在波传播问题中,如果有一个半无限大的障碍物(如刀口衍射),其解会涉及到sqrt{z},分支切割线对应了障碍物的边缘。
AbsArgPlot(sqrt(x),x=[-3,3])
2. 指数函数
实际意义:
周期性: 图像清晰地显示了函数的周期性。
调和函数: 在物理中,$e^{i\omega t}$ 表示简谐振动,其相位随时间线性增加。这个图可以帮助理解复指数表示振动的方式。
AbsArgPlot(exp(x),x=[-2,2])
3. 一阶极点的简单函数
实际意义:
复积分: 绕原点一圈,函数值在相位上遍历了所有可能的值。
系统分析: 在控制理论和信号处理中,传递函数的极点在复平面上的位置决定了系统的稳定性。一个亮点的周围有颜色循环,是极点的标志。
AbsArgPlot(1/x,x=[-3,3])
4. 两个一阶极点的函数
实际意义:
滤波器响应: 这个函数可以看作一个简单滤波器的频率响应(与频率相关)。极点所在的位置决定了滤波器的共振峰。
AbsArgPlot(1/(x^2+1),x=[-3,3])
叠加复变函数的幅度和相位关系图
AbsArgPlot(expression1, expression2)将多个函数的幅度-相位图(AbsArgPlot)并排或叠加显示在同一坐标系中,以便进行对比分析。
1. 指数函数与双曲函数
理解函数构成: 通过对比,你能直观看到 sinh(z) 和 cosh(z) 如何由两个指数项(一个增长,一个衰减)叠加而成,并表现出不同的对称性。
物理应用——驻波: 在波动方程中,exp(ikx) 表示行波,而 sinh(kx) 和 cosh(kx) 它们的图像差异直观解释了行波与衰减场/静态场在复平面上的不同表现。
AbsArgPlot(exp(x),sinh(x),cosh(x),x=[-2,2])
2. 三角函数与其恒等式
对比的实际意义:
滤波器设计: 在电子工程中,滤波器的传递函数常用其零点和极点在复平面上的位置来设计。
并排比较 sin/cos(基础元件)和 tan(一个具有极点的函数)可以帮助理解如何通过引入极点来创造谐振等特性。
AbsArgPlot(sin(x),cos(x),tan(x),x=[-2,2])
3. 函数与它的导数/积分
对比的实际意义:
复分析基础: 这个对比直观地展示了零点和临界点(导数为零的点)之间的关系。图像清晰地表明,原函数的每个零点之间必然存在导数的临界点(本例中临界点位于所有零点的中心)。
可视化阶数: 一眼就能区分一阶零点和二阶零点,这是理解函数局部行为的关键。
AbsArgPlot(x^3-1,3x^2,x=[-2,2])