MATLAB画旋转曲面1
给定曲线方程,求参数方程并画出旋转曲面
- 一、定义
- 二、平面曲线绕xxx轴旋转
- 例1:曲线x=z2x=z^2x=z2,(0≤z≤10)(0\le z \le 10)(0≤z≤10),绕xxx轴旋转一周所得到的图形。
- 例2:曲线z=x2z=x^2z=x2,(−10≤x≤10)(-10\le x \le 10)(−10≤x≤10)绕xxx轴旋转一周所得到的图形。
- 三、平面曲线绕yyy轴旋转
- 例3:曲线x2+y2=1x^2+y^2=1x2+y2=1,(−1≤y≤1)(-1\le y \le 1)(−1≤y≤1)绕yyy轴旋转一周所得到的图形
- 例4:曲线x=yln(y+1)x=\sqrt{yln(y+1)}x=yln(y+1),(0≤y≤1)(0\le y \le 1)(0≤y≤1)绕yyy轴旋转一周所得到的图形
- 四、平面曲线绕zzz轴旋转
- 例5:曲线z=sin(x)z=sin(x)z=sin(x),(0≤x≤2π)(0\le x\le 2\pi)(0≤x≤2π)绕zzz轴旋转一周所得到的图形
一、定义
空间一曲线绕一固定直线旋转一周所生成的曲面
二、平面曲线绕xxx轴旋转
因为在XOYXOYXOY平面与XOZXOZXOZ平面上的曲线绕xxx轴旋转是类似的,所以此处只讲一种情况。另一种情况可以参考已写出的。
XOZXOZXOZ坐标面上的曲线x=f(z)x=f(z)x=f(z),(a<z<b)(a<z<b)(a<z<b)绕xxx轴旋转一周后得到的旋转曲面的方程为:x=f(±y2+z2,x)x=f(\pm\sqrt{y^2+z^2},x) x=f(±y2+z2,x)
其参数方程为:
{x=f(u)y=ucos(θ)z=usin(θ)\left \{\begin{array}{cc} x = f(u)\\ y=ucos(\theta)\\ z=usin(\theta) \end{array}\right. ⎩⎨⎧x=f(u)y=ucos(θ)z=usin(θ)其中uuu和θ\thetaθ为参数
例1:曲线x=z2x=z^2x=z2,(0≤z≤10)(0\le z \le 10)(0≤z≤10),绕xxx轴旋转一周所得到的图形。
解:旋转曲面的一般方程为:x=y2+z2x=y^2+z^2x=y2+z2参数方程为:
{x=u2y=ucos(θ)z=usin(θ)\left \{\begin{array}{cc} x = u^2\\ y=ucos(\theta)\\ z=usin(\theta) \end{array}\right. ⎩⎨⎧x=u2y=ucos(θ)z=usin(θ)
代码如下:
clear,clc
u=0:0.1:10;
X=u.^2;
theta=0:pi/100:2*pi;
[U,Theta]=meshgrid(X,theta); %生成二维网格
Y=U.*cos(Theta);
Z=U.*sin(Theta);
mesh(X,Y,Z)
xlabel('x轴')
ylabel('y轴')
zlabel('z轴')
title('x=z^2绕x轴旋转')
%surf(X,Y,Z)
例2:曲线z=x2z=x^2z=x2,(−10≤x≤10)(-10\le x \le 10)(−10≤x≤10)绕xxx轴旋转一周所得到的图形。
解:转曲面的方程为:z2+y2=x2\sqrt{z^2+y^2}=x^2z2+y2=x2
其参数方程为:
{x=uy=u2cos(θ)z=u2sin(θ)\left \{\begin{array}{cc} x = u\\ y=u^2cos(\theta)\\ z=u^2sin(\theta) \end{array}\right. ⎩⎨⎧x=uy=u2cos(θ)z=u2sin(θ)
代码如下:
clear,clc
u=-10:0.1:10;
X=u;
theta=0:pi/100:2*pi;
[U,Theta]=meshgrid(X,theta); %生成二维网格
Y=u.^2.*sin(Theta);
Z=u.^2.*cos(Theta);
mesh(X,Y,Z)
xlabel('x轴')
ylabel('y轴')
zlabel('z轴')
title('z=x^2绕x轴旋转')
%surf(X,Y,Z)
三、平面曲线绕yyy轴旋转
XOYXOYXOY坐标面上的曲线y=f(x)y=f(x)y=f(x),(a<x<b)(a<x<b)(a<x<b)绕yyy轴旋转一周后得到的旋转曲面的方程为:y=f(±x2+z2,y)y=f(\pm\sqrt{x^2+z^2},y) y=f(±x2+z2,y)
其参数方程为:
{x=f(u)sin(θ)y=uz=f(u)cos(θ)\left \{\begin{array}{cc} x=f(u)sin(\theta)\\ y=u \\ z=f(u)cos(\theta) \end{array}\right. ⎩⎨⎧x=f(u)sin(θ)y=uz=f(u)cos(θ)其中uuu和θ\thetaθ为参数
例3:曲线x2+y2=1x^2+y^2=1x2+y2=1,(−1≤y≤1)(-1\le y \le 1)(−1≤y≤1)绕yyy轴旋转一周所得到的图形
解:旋转曲面方程为:y=±1−x2y=\pm\sqrt{1-x^2}y=±1−x2其参数方程为:{y=ux=1−u2sin(θ)z=1−u2cos(θ)\left \{\begin{array}{cc} y=u \\ x=\sqrt{1-u^2}sin(\theta)\\ z=\sqrt{1-u^2}cos(\theta) \end{array}\right. ⎩⎨⎧y=ux=1−u2sin(θ)z=1−u2cos(θ)其中uuu和θ\thetaθ为参数
代码如下:
clear,clc
u=-1:0.01:1;
theta=0:pi/100:2*pi;
[U,Theta]=meshgrid(u,theta); %生成二维网格序列
X=sqrt(1-u.^2).*cos(Theta);
Y=U;
Z=sqrt(1-u.^2).*sin(Theta);
mesh(X,Y,Z)
xlabel('x轴')
ylabel('y轴')
zlabel('z轴')
title('x=sqrt(y*ln(y+1))绕y轴旋转')
%surf(X,Y,Z)
例4:曲线x=yln(y+1)x=\sqrt{yln(y+1)}x=yln(y+1),(0≤y≤1)(0\le y \le 1)(0≤y≤1)绕yyy轴旋转一周所得到的图形
解:旋转曲面方程为:x2+z2=yln(y+1)x^2+z^2=yln(y+1)x2+z2=yln(y+1)其参数方程为:{y=ux=uln(u+1)sin(θ)z=uln(u+1)cos(θ)\left \{\begin{array}{cc} y=u \\ x=\sqrt{uln(u+1)}sin(\theta)\\ z=\sqrt{uln(u+1)}cos(\theta) \end{array}\right. ⎩⎨⎧y=ux=uln(u+1)sin(θ)z=uln(u+1)cos(θ)其中uuu和θ\thetaθ为参数
代码如下:
clear,clc
u=0:0.1:1;
theta=0:pi/100:2*pi;
[U,Theta]=meshgrid(u,theta); %生成二维网格序列
X=sqrt(u.*log(u+1)).*cos(Theta);
Y=U;
Z=sqrt(u.*log(u+1)).*sin(Theta);
mesh(X,Y,Z)
xlabel('x轴')
ylabel('y轴')
zlabel('z轴')
title('x=sqrt(y*ln(y+1))绕y轴旋转')
%surf(X,Y,Z)
四、平面曲线绕zzz轴旋转
XOZXOZXOZ坐标面上的曲线z=f(x)z=f(x)z=f(x),(a<x<b)(a<x<b)(a<x<b)绕xxx轴旋转一周后得到的旋转曲面的方程为:z=f(±x2+y2,z)z=f(\pm\sqrt{x^2+y^2},z) z=f(±x2+y2,z)
其参数方程为:
{x=usin(θ))y=ucos(θ)z=f(u)\left \{\begin{array}{cc} x = usin(\theta))\\ y=ucos(\theta)\\ z=f(u) \end{array}\right. ⎩⎨⎧x=usin(θ))y=ucos(θ)z=f(u)其中uuu和θ\thetaθ为参数
例5:曲线z=sin(x)z=sin(x)z=sin(x),(0≤x≤2π)(0\le x\le 2\pi)(0≤x≤2π)绕zzz轴旋转一周所得到的图形
解:旋转曲面的一般方程为:z=sin(±x2+y2)z=sin(\pm\sqrt{x^2+y^2})z=sin(±x2+y2)其参数方程为:{x=usin(θ))y=ucos(θ)z=sin(u)\left \{\begin{array}{cc} x = usin(\theta))\\ y=ucos(\theta)\\ z=sin(u) \end{array}\right. ⎩⎨⎧x=usin(θ))y=ucos(θ)z=sin(u)其中uuu和θ\thetaθ为参数
代码如下:
clear,clc
u=0:0.01:2*pi;
theta=0:pi/100:2*pi;
[U,Theta]=meshgrid(u,theta); %生成二维网格序列
X=U.*sin(Theta);
Y=U.*cos(Theta);
Z=sin(U);
mesh(X,Y,Z)
xlabel('x轴')
ylabel('y轴')
zlabel('z轴')
title('z=sin(x)绕z轴旋转')
%surf(X,Y,Z)
参考: 作者scuxuxz
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