单曲面三维函数图
Plot3D(f(x,y)) 直观呈现两个自变量如何共同影响因变量(非简单叠加), 将抽象数学描述(如偏微分方程解)转化为可理解的几何形态.
波动干涉模型(物理学): 模拟两个点波源(位置 (2,0) 和 (-2,0))的干涉波纹。三维曲面清晰展示波峰叠加(相长干涉)和波谷抵消(相消干涉)的区域,直观解释干涉条纹的形成原理。
Plot3D(sin(@pi*sqrt((x-2)^2+y^2))+sin(@pi*sqrt((x+2)^2+y^2)),x=[-5,5],y=[-5,5])
优化问题的目标函数曲面(数学/运筹学): 绘制 Beale函数(经典优化测试函数)。曲面呈现多个局部极小值和狭窄的全局最优谷底,突出优化算法(如梯度下降)易陷入局部最优的挑战。
Plot3D((1.5-x+x*y)^2+(2.25-x+x*y^2)^2+(2.625-x+x*y^3)^2,x=[-4,4],y=[-4,4])
热传导稳态分布(工程学): 模拟矩形金属板在 x=0 边恒温加热时的稳态温度分布。展示温度沿 x 方向正弦振荡、沿 y 方向指数衰减的物理规律,高温区和低温区一目了然。
Plot3D(50*sin(@pi*x/2)*exp(-@pi*y/2),x=[0,2],y=[0,3])
经济学中的效用曲面(微观经济学): Cobb-Douglas效用函数,描述消费者对两种商品 (x,y) 的满意度。曲面呈现边际效用递减(随 x 或 y 增加,效用增长变缓)和无差异曲线投影(等高线)。
Plot3D(x^0.4*y^0.6,x=[0,5],y=[0,5])
量子力学概率密度(物理学): 氢原子 2pₓ 轨道的概率密度分布。环形山峰反映电子出现的概率在原点处为零,在特定半径处达到峰值,直观展示量子态的非均匀特性。
Plot3D((x^2+y^2)*exp(-(x^2+y^2)),x=[-3,3],y=[-3,3])
地形高程模型(地理学): Matlab的Peaks函数,模拟多峰山脉地形。同时显示主峰、次峰、山谷和鞍部,用于测试地形渲染算法或路径规划。
Plot3D(3*(1-x)^2*exp(-x^2-(y+1)^2)-10*(x/5-x^3-y^5)*exp(-x^2-y^2)-(1/3)*exp(-(x+1)^2-y^2),x=[-3,3], y=[-3,3])
流体速度场势函数(流体力学): 不可压缩流体的速度势。曲面等高线对应流线,梯度方向即流速方向,直观呈现涡旋和流动模式。
Plot3D((cos(2*@pi*x)/2+sin(2*@pi*y)/2),x=[0,1],y=[0,1])
多曲面三维函数图
Plot3D(f1(x,y),f2(x,y)...) 同时可视化多个三维函数(两个自变量)能揭示单曲面无法呈现的空间关系、对称性、包络效应和系统行为,在科学和工程中具有关键作用.
电磁场正交分量: 展示电磁波传播中电场与磁场的空间正交性和能量传递相位差
Plot3D(sin(x)*cos(y),cos(x)*sin(y),x=[-@pi,@pi],y=[-@pi,@pi])
量子叠加态概率密度: 对比量子粒子在不同能级的概率分布差异,交叉区域显示量子隧穿效应
Plot3D(exp(-(x-1)^2-y^2),exp(-(x+1)^2-y^2),x=[-3,3],y=[-3,3])
流体速度剖面: 对比管道流体中层流与湍流的速度分布差异,波纹曲面显示涡旋结构
Plot3D(1-(x^2+y^2),1-sqrt(x^2+y^2)+0.2*sin(10*sqrt(x^2 + y^2)),x=[-1,1],y=[-1,1])
地形与水位线: 显示洪水淹没区域(曲面交线以下),用于灾害模拟
Plot3D(3*exp(-x^2-(y-1)^2),0.5,x=[-3,3],y=[-3,3])
神经网络损失曲面对比: 对比不同优化问题的复杂性,非凸曲面的局部极小值陷阱清晰可见
Plot3D(x^2+y^2,x^2-y^2+0.5*sin(3@pi*x)*cos(2@pi*y),x=[-2,2],y=[-2,2])
声波干涉模式: 叠加曲面显示相长/相消干涉条纹,峰值重合区为最大振幅点
Plot3D(cos(@pi*sqrt((x-2)^2+y^2)),cos(@pi*sqrt((x+2)^2+y^2)),x=[-5,5],y=[-5,5])
经济生产可能性边界: 显示不同生产技术的产出边界,交线为最优资源配置路径
Plot3D(10-x^2-y^2, 8-0.5*(x-1)^2-0.5*(y-1)^2,x=[0,3],y=[0,3])