三维隐式函数图

    ImplicitPlot(f(x,y,z)) 表示的是一个由方程 F(x, y, z) = 0 定义的曲面(或点集)。

    它不像显式函数 z = f(x, y) 那样直接解出 z,而是通过检查空间中每个点 (x, y, z) 是否满足方程来确定该点是否在曲面上。

    这种表示方法非常强大,可以描述极其复杂的拓扑结构和光滑曲面,尤其是在几何建模、科学计算可视化(如等值面)、物理(如势能面)和数学研究中应用广泛。

    球体 (最基础): 最基本的等距曲面。

    表示天体(理想化)、粒子模型、约束条件(如分子动力学中的范德华半径约束的简化)、各向同性场(如点电荷的等势面)。

    ImplicitPlot3D(x^2+y^2+z^2-1=0,x=[-1.5,1.5],y=[-1.5,1.5],z=[-1.5,1.5])

    圆柱面: 表示无限长圆柱体的一部分。

    应用:管道、杆件、轴、激光束的理想化模型、旋转对称结构。

    ImplicitPlot3D(x^2+y^2-0.64=0,x=[-2,2],y=[-2,2],z=[-2,2])

    环面 (甜甜圈): 拓扑学基本曲面(亏格1)。

    应用:轮胎、环形线圈(电感器、托卡马克核聚变装置)、环形分子结构、DNA环、某些建筑结构。

    ImplicitPlot3D((x^2+y^2+z^2+0.91)^2-4(x^2+y^2),x=[-1.5,1.5],y=[-1.5,1.5],z=[-0.5,0.5])

    圆锥面: 表示锥形结构。

    应用:喇叭口、光线锥(几何光学)、某些结晶习性、应力集中区域(断裂力学)、声波或冲击波传播的理想化模型(特征线)。

    ImplicitPlot3D(x^1+y^2-z^2,x=[-1,1],y=[-1,1],z=[-1,1])

    双曲面 (单叶): 具有负高斯曲率的直纹曲面。

    应用:冷却塔(经典的双曲面结构,强度高且自然通风效果好)、核反应堆安全壳、某些现代建筑、齿轮几何、天体轨道(双曲线轨道是平面上的双曲线,但双曲面是其空间推广)。

    ImplicitPlot3D(x^1+y^2-z^2-0.25=0,x=[-2,2],y=[-2,2],z=[-2,2])

    Goursat 曲面 (复杂拓扑): 一类高亏格的代数曲面(亏格>1)。

    应用:复杂的拓扑结构研究、几何建模中的复杂形状原型、数学可视化(展示高亏格曲面)、某些多孔材料或泡沫的理想化模型。

    ImplicitPlot3D(x^4+y^4+z^4-(x^2*y^2+y^2*z^2+z^2*x^2)+0.1=0,x=[-1.5,1.5],y=[-1.5,1.5],z=[-1.5,1.5])

    球形变形: 高次曲面

    ImplicitPlot3D(x^4+y^4+z^4-x^2-y^2-z^2+0.3=0,x=[-2,2],y=[-2,2],z=[-2,2])