IT数码 购物 网址 头条 软件 日历 阅读 图书馆
TxT小说阅读器
↓语音阅读,小说下载,古典文学↓
图片批量下载器
↓批量下载图片,美女图库↓
图片自动播放器
↓图片自动播放器↓
一键清除垃圾
↓轻轻一点,清除系统垃圾↓
开发: C++知识库 Java知识库 JavaScript Python PHP知识库 人工智能 区块链 大数据 移动开发 嵌入式 开发工具 数据结构与算法 开发测试 游戏开发 网络协议 系统运维
教程: HTML教程 CSS教程 JavaScript教程 Go语言教程 JQuery教程 VUE教程 VUE3教程 Bootstrap教程 SQL数据库教程 C语言教程 C++教程 Java教程 Python教程 Python3教程 C#教程
数码: 电脑 笔记本 显卡 显示器 固态硬盘 硬盘 耳机 手机 iphone vivo oppo 小米 华为 单反 装机 图拉丁
 
   -> Python知识库 -> Python绘制动态的圆锥曲线 -> 正文阅读

[Python知识库]Python绘制动态的圆锥曲线

作为让高中生心脏骤停的四个字,对于高考之后的人来说可谓刻骨铭心,所以定义不再赘述,直接撸图,其标准方程分别为

椭圆双曲线抛物线
x 2 a + y 2 b = 1 \frac{x^2}{a}+\frac{y^2}{b}=1 ax2?+by2?=1 x 2 a ? y 2 b = 1 \frac{x^2}{a}-\frac{y^2}{b}=1 ax2??by2?=1 y 2 = 2 p x y^2=2px y2=2px

在Python中,绘制动图需要用到matplotlib中的animation包,其调用方法以及接下来要用到的参数为

ani = animation.FuncAnimation(fig, func, frames, interval)

其中fig为绘图窗口,func为绘图函数,其返回值为图像,frames为迭代参数,如果为整型的话,其迭代参数则为range(frames)

椭圆

为了绘图方便,椭圆的参数方程为

{ x = a cos ? t y = b sin ? t \left\{ \begin{aligned} x = a\cos t\\ y = b\sin t \end{aligned}\right. {x=acosty=bsint?

a = 5 , b = 3 , c = 4 a=5,b=3,c=4 a=5,b=3,c=4,则焦点为 ( 4 , 0 ) , ( ? 4 , 0 ) (4,0),(-4,0) (40),(?4,0),则有

在这里插入图片描述

代码为:

# 这三个包在后面的程序中不再复述
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

a,b,c = 5,3,4
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False, 
    xlim=(-a,a),ylim=(-b,b))
ax.grid()

line, = ax.plot([],[],'o-',lw=2)
trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.02,0.85,'',transform=ax.transAxes)
textTemplate = '''theta = %.1f°\n
lenL = %.1f, lenR = %.1f\n
lenL+lenR = %.1f'''

xs,ys = [], []

def animate(i):
    if(i==0):
        xs.clear()
        ys.clear()
    theta = i*0.04
    x = a*np.cos(theta)
    y = b*np.sin(theta)
    xs.append(x)
    ys.append(y)
    line.set_data([-c,x,c], [0,y,0])
    trace.set_data(xs,ys)
    lenL = np.sqrt((x+c)**2+y**2)
    lenR = np.sqrt((x-c)**2+y**2)
    theta_text.set_text(textTemplate % 
        (180*theta/np.pi, lenL, lenR, lenL+lenR))
    return line, trace, theta_text

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, 157, 
    interval=5, blit=True)
ani.save("ellipse.gif")

plt.show()

双曲线

双曲线的参数方程为

{ x = a ch ? t = e t + e ? t 2 y = b sh ? t = e t ? e ? t 2 \left\{\begin{aligned} x = a\ch t=\frac{e^t+e^{-t}}{2}\\ y = b\sh t=\frac{e^t-e^{-t}}{2} \end{aligned}\right. ????????x=acht=2et+e?t?y=bsht=2et?e?t??

a = 4 , b = 3 , c = 5 a=4,b=3,c=5 a=4,b=3,c=5,则代码如下

a,b,c = 4,3,5
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False, 
    xlim=(-c,16),ylim=(-12,12))
ax.grid()

line, = ax.plot([],[],'o-',lw=2)
trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.01,0.85,'',
    transform=ax.transAxes)
textTemplate = '''t = %.1f\n
lenL = %.1f, lenR = %.1f\n
lenL-lenR = %.1f'''

xs,ys = [],[]

def animate(t):
    if(t==-3):
        xs.clear()
        ys.clear()
    x = a*np.cosh(t)
    y = b*np.sinh(t)
    xs.append(x)
    ys.append(y)
    line.set_data([-c,x,c], [0,y,0])
    trace.set_data(xs,ys)
    lenL = np.sqrt((x+c)**2+y**2)
    lenR = np.sqrt((x-c)**2+y**2)
    theta_text.set_text(textTemplate % 
        (t, lenL, lenL, lenL-lenR))
    return line, trace, theta_text

frames = np.arange(-3,3,0.05)
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, 
    frames, interval=5, blit=True)
ani.save("hyperbola.gif")

plt.show()

在这里插入图片描述

抛物线

p = 1 p=1 p=1,则焦点位置为 ( 0 , p 2 ) (0,\frac{p}{2}) (0,2p?),准线为 x = ? p 2 x=-\frac{p}{2} x=?2p?,代码如下

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

a,b,c = 4,3,5
p = 1
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False, 
    xlim=(-0.6,4.5),ylim=(-3,3))
ax.grid()

ax.plot([-p/2,-p/2],[-5,5],'-',lw=2)
line, = ax.plot([],[],'o-',lw=2)
trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.05,0.85,'',
    transform=ax.transAxes)
textTemplate = '''y = %.1f\n
lenL = %.1f, lenF = %.1f\n
lenL-lenF = %.1f'''

xs,ys = [],[]
def animate(y):
    if(y==-3):
        xs.clear()
        ys.clear()
    x = y**2/p/2
    xs.append(x)
    ys.append(y)
    line.set_data([-p,x,p/2], [y,y,0])
    trace.set_data(xs,ys)
    lenL = x+p/2
    lenF = np.sqrt((x-p/2)**2+y**2)
    theta_text.set_text(textTemplate % 
        (y, lenL, lenF, lenL-lenF))
    return line, trace, theta_text

frames = np.arange(-3,3,0.1)
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, 
    frames, interval=5, blit=True)
ani.save("parabola.gif")

plt.show()

在这里插入图片描述

极坐标方程

圆锥曲线在极坐标系下有相同的表达式,即

ρ = p 1 ? e cos ? φ \rho=\frac{p}{1-e\cos\varphi} ρ=1?ecosφp?

其中, p p p为焦参数, e e e为离心率,当 ∣ e ∣ > 1 |e|>1 e>1时为双曲线; ∣ e ∣ = 1 |e|=1 e=1时为抛物线, ∣ e ∣ < 1 |e|<1 e<1时为椭圆,特别地 e = 0 e=0 e=0为圆。

matplotlib中,极坐标图像需要通过projection='polar'来标识,其代码为

p = 2
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False, projection='polar')
ax.set_rlim(0,8)

trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.05,0.95,'',transform=ax.transAxes)
textTemplate = 'e = %.1f\n'

theta = np.arange(-3.1,3.2,0.1)
def animate(e):
    rho = p/(1-e*np.cos(theta))
    trace.set_data(theta,rho)
    theta_text.set_text(textTemplate % e)
    return trace, theta_text

frames = np.arange(-2,2,0.1)
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, 
    frames, interval=100, blit=True)
ani.save("polar.gif")

plt.show()

在这里插入图片描述

  Python知识库 最新文章
Python中String模块
【Python】 14-CVS文件操作
python的panda库读写文件
使用Nordic的nrf52840实现蓝牙DFU过程
【Python学习记录】numpy数组用法整理
Python学习笔记
python字符串和列表
python如何从txt文件中解析出有效的数据
Python编程从入门到实践自学/3.1-3.2
python变量
上一篇文章      下一篇文章      查看所有文章
加:2021-10-08 11:45:45  更:2021-10-08 11:47:14 
 
开发: C++知识库 Java知识库 JavaScript Python PHP知识库 人工智能 区块链 大数据 移动开发 嵌入式 开发工具 数据结构与算法 开发测试 游戏开发 网络协议 系统运维
教程: HTML教程 CSS教程 JavaScript教程 Go语言教程 JQuery教程 VUE教程 VUE3教程 Bootstrap教程 SQL数据库教程 C语言教程 C++教程 Java教程 Python教程 Python3教程 C#教程
数码: 电脑 笔记本 显卡 显示器 固态硬盘 硬盘 耳机 手机 iphone vivo oppo 小米 华为 单反 装机 图拉丁

360图书馆 购物 三丰科技 阅读网 日历 万年历 2024年11日历 -2024/11/15 17:19:45-

图片自动播放器
↓图片自动播放器↓
TxT小说阅读器
↓语音阅读,小说下载,古典文学↓
一键清除垃圾
↓轻轻一点,清除系统垃圾↓
图片批量下载器
↓批量下载图片,美女图库↓
  网站联系: qq:121756557 email:121756557@qq.com  IT数码