极坐标等值线图

    ContourPolarPlot(expression1)把三维曲面(z = f(x, y))投影到二维平面(x-y 平面)上的可视化方法。

    通过等值线及其疏密程度来揭示函数值(高度、压力、温度、浓度、损失值等)在二维区域上的分布模式、变化趋势、极值位置和梯度信息。它是在众多领域分析空间数据的强大工具。

    1. 电磁场强度(偶极子天线)

    物理意义: 模拟偶极子天线的辐射场分布

    等值线特征: 同心圆环(距离衰减)叠加辐射状花瓣(角度调制),零值线呈十字形。

    ContourPolarPlot(cos(theta)*sin(2@pi*r)/(r^2),theta=[0,2@pi],r=[0.1,5])

    2. 飓风气压场

    物理意义:

    第一项:背景气压

    第二项:飓风中心低压(随距离衰减)

    第三项:不对称性(模拟移动方向的影响)

    等值线特征: 偏心闭合圆环,低压中心附近等压线密集。

    ContourPolarPlot(1013-100/(1+(r/50)^2)+0.2*r*cos(theta-0.25*@pi),theta=[0,2@pi],r=[0,500])

    3. 量子力学概率密度(2p轨道)

    物理意义: 氢原子2pₓ轨道的电子概率密度

    等值线特征: 双泪滴状结构,沿x轴对称,节线(零值)在y轴。

    ContourPolarPlot(r*cos(theta)*exp(-r/2),theta=[0,2@pi],r=[0,10])

    4. 地震应力波干涉

    物理意义:

    第一项:断层方向性应力(矩形波干涉)

    第二项:震源发出的球面波

    等值线特征: 网格状条纹叠加同心圆环,交点处形成应力集中区。

    ContourPolarPlot(sin(2x)*cos(3y)+0.5*sin(5*sqrt(x^2+y^2)),x=[-5,5],y=[-5,5])

    5. 海面温度分布(厄尔尼诺现象)

    等值线特征: 带状分布(纬度效应)叠加波浪形扰动(经度效应)。

    ContourPolarPlot(25+5*cos(2@pi*lambd)-2*exp(-(phi/30)^2)+3*sin(4*phi)*cos(6*@pi*lambd),phi=[-60,60],lambd=[0,1])

    6. 化学反应浓度场

    物理意义:

    第一项:反应物扩散(中心浓度最高)

    第二项:对流扰动(沿x方向周期性输运)

    等值线特征: 中心圆形等值线被正弦波状条纹扭曲,形成"靶心+波纹"图案。

    ContourPolarPlot(1/(1+x^2+y^2)+0.3*sin(3x)*exp(-y^2),x=[-4,4],y=[-4,4])

    7. 引力透镜效应

    物理意义:

    分母:爱因斯坦环附近的光强增强

    cos(4theta): 非对称透镜(如椭圆星系)造成的四重像

    等值线特征:四个高亮弧区对称分布,临界半径处等值线密集。

    ContourPolarPlot((1/abs(1-(2/r)^2))*cos(4*theta),theta=[0,2@pi],r=[2.1,10])

    极坐标叠加等值线图

    ContourPolarPlot(expression1,expression2)揭示两个变量函数在同一参数空间中的关系、相互作用或权衡。

    示例 1:无线通信的信号优化

    场景:设计天线阵列时需同时最小化干扰能量 f(x,y)f(x,y) 和最大化信号强度 g(x,y)g(x,y)。

    ContourPolarPlot(5*(cos(x)-0.2*sin(y))^2+5*(-0.2*cos(x)+sin(y))^2,cos((x^2+y^2))*exp(-(x^2+y^2)/10),x=[0,2@pi],y=[0,2@pi])

    示例 2:化学反应器的温度-压力控制

    场景:优化反应条件使副产物生成(ff)最小化,同时主产物产率(gg)最大化。

    ContourPolarPlot(5.2*(cos(x)^2+sin(y)^2)-4*cos(x)*sin(y),cos((x^2+y^2))*exp(-(x^2+y^2)/10),x=[0,2@pi],y=[0,2@pi])

    示例 3:地形分析与水资源规划

    高程谷底(f1低值区)与集水高峰(f2高值区)在(±1.2, ±0.8)重叠 → 理想坝

    ContourPolarPlot(1000*exp(-(x^2+y^2)/5)+500*sin(2x)*cos(y),50*(1+0.7*cos(1.5x)*sin(1.2y))*sech((x^2+y^2)/4),x=[-3,3],y=[-3,3])"

    示例 4:金融投资组合优化

    # 组合波动率 (风险)
    risk: sqrt(0.2x^2+0.5y^2-0.3x*y

    # 预期收益率
    return: 0.08x+0.12y-0.02x*y

    risk等值线呈椭圆状,return为斜直线

    切点(x≈0.4,y≈0.3)是有效前沿上的最优解

    ContourPolarPlot(sqrt(0.2x^2+0.5y^2-0.3x*y),0.08x+0.12y-0.02x*y,x=[0,1],y=[0,1])

    示例 5:材料科学 - 合金性能

    # 硬度函数:在(0,0)处有尖峰
    600*exp(-2*(x^2+y^2))+200*abs(sin(3x)*cos(2y))

    # 延展性函数:在角落处较高
    25-5x^2-7y^2+3*sin(@pi*x*y)

    ContourPolarPlot(600*exp(-2*(x^2+y^2))+200*abs(sin(3x)*cos(2y)),25-5x^2-7y^2+3*sin(@pi*x*y),x=[-1.5,1.5],y=[-1.5,1.5])

    示例 6:光学透镜设计

    # 像差函数:离轴误差
    5*(x^2+1.5*y^2)+2*x*y*cos(4*sqrt(x^2+y^2))

    # 聚焦强度:中心峰值
    exp(-(x^2+y^2)/2)*sinc(3x)*sinc(3y)

    ContourPolarPlot(5*(x^2+1.5*y^2)+2*x*y*cos(4*sqrt(x^2+y^2)),exp(-(x^2+y^2)/2)*sinc(3x)*sinc(3y),x=[-1,1],y=[-1,1])

    示例 7:生态位竞争模型

    # 物种A适应性:偏好负x区域
    8-(x+1)^2-0.5*y^2

    # 物种B适应性:偏好正y区域
    7-0.8*x^2-(y-1)^2

    ContourPolarPlot(8-(x+1)^2-0.5*y^2,7-0.8*x^2-(y-1)^2,x=[-3,3],y=[-2,2])

    示例 8:化学反应优化

    # 主产物产率:振荡响应曲面
    (0.7+0.3*cos(2*@pi*x))*(0.6+0.4*sin(2*@pi*y))

    # 副产物生成率:高温高压促进
    0.2x+0.3y+0.1x*y

    ContourPolarPlot((0.7+0.3*cos(2*@pi*x))*(0.6+0.4*sin(2*@pi*y)),0.2x+0.3y+0.1x*y,x=[0,1],y=[0,1])

    示例 9:无线通信调度

    # 信道干扰函数
    1.5+0.5*cos(4x)+0.5*sin(4y)

    # 信号质量函数
    exp(-((x-1)^2+(y-1)^2)/2)+0.3*exp(-((x+1)^2+(y+1)^2)/2)

    ContourPolarPlot(1.5+0.5*cos(4x)+0.5*sin(4y),exp(-((x-1)^2+(y-1)^2)/2)+0.3*exp(-((x+1)^2+(y+1)^2)/2),x=[-2,2],y=[-2,2])