复变函数的向量密度图
ComplexVectorDensityPlot(f(z))
箭头 (Arrows):表示函数 f(z) 本身的向量值,即物理场的向量属性(如速度、力场的方向和大小)。
颜色/色相 (Color/Hue):表示从 f(z) 衍生出的某个标量函数 S(x, y) 的值,即物理场的标量属性(如势能、能量密度、压力等)。
1:绕圆柱流动 (升级版)
向量场图(箭头):流体的速度场。
密度图(颜色):用颜色表示速度的模|f'(z)|。
物理意义:这张图生动地展示了伯努利原理。
高级应用:根据伯努利方程 P + 1/2 ρ v² = constant,流速快(亮黄色)的地方压力小,流速慢(深蓝色)的地方压力大。
这张图因此也间接描绘了圆柱表面的压力分布,这对于计算物体所受的阻力(压差阻力)至关重要。
ComplexVectorDensityPlot(10*(z+4/z),z=[-5-5@i,5+5@i])
2 :电偶极子
向量场图(箭头):电场强度 E 的方向。
密度图(颜色):用颜色表示电场强度的模 |E| = |f'(z)|。
物理意义:直观显示电场强度的衰减和集中情况。
图中解读:
在靠近原点(两个电荷非常接近的位置)的区域,颜色非常明亮,甚至发白,表示场强极其巨大。
随着距离原点越远,颜色迅速变暗为蓝色,表示场强按距离的平方反比快速衰减。
高级应用:可以非常清晰地看到哪些区域的电场可能强到足以击穿空气(发生放电现象),或者对带电粒子产生显著作用。
ComplexVectorDensityPlot(1/z,z=[-5-5@i,5+5@i])
3 :复杂势阱/势垒
向量场图(箭头):代表了“力”的方向,粒子会沿着这个方向被推动。
密度图(颜色):用颜色表示势函数 φ(x, y) = Re(z^2) = x² - y² 的值。
物理意义:这可以模拟一个鞍点状的势能面。
图中解读:
沿着 y=0 (x轴) 方向,颜色梯度变化大,表示这是一个不稳定平衡点的路径:小球在原点处于平衡,但稍一扰动就会沿x轴加速滚下“势能山”。
沿着 x=0 (y轴) 方向,颜色梯度变化也大,但方向相反,这表示这是一个稳定平衡点的路径:小球偏离原点后,会受到恢复力而被拉回。
高级应用:在理论物理和化学中,这种图用于分析分子反应路径的过渡态。在机器学习中,它可以可视化损失函数的鞍点,帮助理解优化算法的困境。
ComplexVectorDensityPlot(z^2,z=[-5-5@i,5+5@i])