学習環境
- Surface 3 (4G LTE)、Surface 3 タイプ カバー、Surface ペン(端末)
- Windows 10 Pro (OS)
- 数式入力ソフト(TeX, MathML): MathType
- MathML対応ブラウザ: Firefox、Safari
- MathML非対応ブラウザ(Internet Explorer, Google Chrome...)用JavaScript Library: MathJax
- 参考書籍
解析入門 原書第3版 (S.ラング(著)、松坂 和夫(翻訳)、片山 孝次(翻訳)、岩波書店)の第2部(微分と基本的な関数)、第6章(曲線をえがくこと)、2(曲線をえがくこと)、練習問題15、16.を取り組んでみる。
-
x軸との交点。
y軸との交点は(0, 0)。
臨界点。
臨界点は無い。
増加する範囲は全区間。
減少する範囲は無い。
極大点、極小点は無い。
未定義の区間はない。
-
x軸との交点。
y軸との交点は(0, 0)。
増加する範囲。
減少する範囲。
極大点はない。
極小点は。
未定義の区間は無い。
コード(Emacs)
Python 3
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: utf-8 -*- from sympy import pprint, symbols, solve, Derivative, Limit, S, plot x = symbols('x') fs = [x ** 7 + x, x ** 8 + x] for i, f in enumerate(fs, 15): print(f'{i}.') pprint(f) pprint(solve(f)) pprint(f.subs({x: 0})) d = Derivative(f, x, 1) pprint(d) f1 = d.doit() pprint(f1) pprint(solve(f1)) for x0 in [S.Infinity, -S.Infinity]: l = Limit(f, x, x0) pprint(l) pprint(l.doit()) print() p = plot(*fs, show=False, legend=True) for i, color in enumerate(['red', 'green']): p[i].line_color = color p.save('sample15.svg')
入出力結果(Terminal, IPython)
$ ./sample15.py 15. 7 x + x ⎡ √3 ⅈ √3 ⅈ √3 ⅈ √3 ⅈ⎤ ⎢0, -ⅈ, ⅈ, - ── - ─, - ── + ─, ── - ─, ── + ─⎥ ⎣ 2 2 2 2 2 2 2 2⎦ 0 d ⎛ 7 ⎞ ──⎝x + x⎠ dx 6 7⋅x + 1 ⎡ 5/6 5/6 5/6 5/6 5/6 5/6 5/6 5/6 ⎢-7 ⋅ⅈ 7 ⋅ⅈ √3⋅7 7 ⋅ⅈ √3⋅7 7 ⋅ⅈ √3⋅7 7 ⋅ⅈ √ ⎢────────, ──────, - ─────── - ──────, - ─────── + ──────, ─────── - ──────, ─ ⎣ 7 7 14 14 14 14 14 14 5/6 5/6 ⎤ 3⋅7 7 ⋅ⅈ⎥ ────── + ──────⎥ 14 14 ⎦ ⎛ 7 ⎞ lim ⎝x + x⎠ x─→∞ ∞ ⎛ 7 ⎞ lim ⎝x + x⎠ x─→-∞ -∞ 16. 8 x + x ⎡ ⎛π⎞ ⎛π⎞ 2⎛π⎞ 2⎛π⎞ 2⎛π⎞ 2⎛π⎞ ⎛π⎞ ⎢0, cos⎜─⎟ + ⅈ⋅sin⎜─⎟, - cos ⎜─⎟ - sin ⎜─⎟, - cos ⎜─⎟ + sin ⎜─⎟ - 2⋅ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅c ⎣ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎛π⎞ ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ ⎛2⋅π⎞ os⎜─⎟, - sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ + cos⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ + ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ + ⅈ⋅sin⎜───⎟⋅co ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎛π⎞ ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ ⎛2⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛π⎞ ⎛2⋅π s⎜─⎟, sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ + cos⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ - ⅈ⋅sin⎜───⎟⋅cos⎜─⎟ + ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜─── ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎞ ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ ⎛3⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎟, - sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ - cos⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ - ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ + ⅈ⋅sin⎜───⎟⋅cos⎜─⎟ ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ ⎛3⋅π⎞ ⎛π⎞ ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞⎤ , - cos⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ + sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ - ⅈ⋅sin⎜───⎟⋅cos⎜─⎟ - ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜───⎟⎥ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠⎦ 0 d ⎛ 8 ⎞ ──⎝x + x⎠ dx 7 8⋅x + 1 ⎡ 4/7 ⎛π⎞ 4/7 ⎛π⎞ 4/7 2⎛π⎞ 4/7 2⎛π⎞ 4/7 2⎛π⎞ ⎢2 ⋅cos⎜─⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜─⎟ 2 ⋅cos ⎜─⎟ 2 ⋅sin ⎜─⎟ 2 ⋅cos ⎜─⎟ ⎢ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎢─────────── + ─────────────, - ──────────── - ────────────, - ──────────── + ⎣ 2 2 2 2 2 4/7 2⎛π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛ 2 ⋅sin ⎜─⎟ 2 ⋅sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ 2 ⋅cos⎜─⎟⋅cos⎜ ⎝7⎠ 4/7 ⎛π⎞ ⎛π⎞ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ ──────────── - 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜─⎟, - ──────────────────── + ──────────────── 2 ⎝7⎠ ⎝7⎠ 2 2 2⋅π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ 4/7 ⎛2⋅π⎞ ⎛π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ ───⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜───⎟⋅cos⎜─⎟ 2 ⋅sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ──── + ────────────────────── + ──────────────────────, ──────────────────── + 2 2 2 4/7 ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ 4/7 ⎛2⋅π⎞ ⎛π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛2⋅π⎞ 4/ 2 ⋅cos⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜───⎟⋅cos⎜─⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ 2 ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ──────────────────── - ────────────────────── + ──────────────────────, - ─── 2 2 2 7 ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ 4/7 ⋅sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ 2 ⋅cos⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ───────────────── - ──────────────────── - ────────────────────── + ────────── 2 2 2 ⎛3⋅π⎞ ⎛π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞ 4/7 ⎛3⋅π⎞ ⎜───⎟⋅cos⎜─⎟ 2 ⋅cos⎜─⎟⋅cos⎜───⎟ 2 ⋅sin⎜─⎟⋅sin⎜───⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜───⎟⋅ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠ ⎝ 7 ⎠ ────────────, - ──────────────────── + ──────────────────── - ──────────────── 2 2 2 2 ⎛π⎞ 4/7 ⎛π⎞ ⎛3⋅π⎞⎤ cos⎜─⎟ 2 ⋅ⅈ⋅sin⎜─⎟⋅cos⎜───⎟⎥ ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7 ⎠⎥ ────── - ──────────────────────⎥ 2 ⎦ ⎛ 8 ⎞ lim ⎝x + x⎠ x─→∞ ∞ ⎛ 8 ⎞ lim ⎝x + x⎠ x─→-∞ ∞ $
HTML5
<div id="graph0"></div> <pre id="output0"></pre> <label for="r0">r = </label> <input id="r0" type="number" min="0" value="0.5"> <label for="dx">dx = </label> <input id="dx" type="number" min="0" step="0.0001" value="0.001"> <br> <label for="x1">x1 = </label> <input id="x1" type="number" value="-2"> <label for="x2">x2 = </label> <input id="x2" type="number" value="2"> <br> <label for="y1">y1 = </label> <input id="y1" type="number" value="-2"> <label for="y2">y2 = </label> <input id="y2" type="number" value="2"> <br> <label for="dx0">dx0 = </label> <input id="dx0" type="number" min="0" value="0.05"> <button id="draw0">draw</button> <button id="clear0">clear</button> <script type="text/javascript" src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/d3/4.2.6/d3.min.js" integrity="sha256-5idA201uSwHAROtCops7codXJ0vja+6wbBrZdQ6ETQc=" crossorigin="anonymous"></script> <script src="sample15.js"></script>
JavaScript
let div0 = document.querySelector('#graph0'), pre0 = document.querySelector('#output0'), width = 600, height = 600, padding = 50, btn0 = document.querySelector('#draw0'), btn1 = document.querySelector('#clear0'), input_r = document.querySelector('#r0'), input_dx = document.querySelector('#dx'), input_x1 = document.querySelector('#x1'), input_x2 = document.querySelector('#x2'), input_y1 = document.querySelector('#y1'), input_y2 = document.querySelector('#y2'), input_dx0 = document.querySelector('#dx0'), inputs = [input_r, input_dx, input_x1, input_x2, input_y1, input_y2, input_dx0], p = (x) => pre0.textContent += x + '\n', range = (start, end, step=1) => { let res = []; for (let i = start; i < end; i += step) { res.push(i); } return res; }; let f = (x) => x ** 7 + x, f1 = (x) => 7 * x ** 6 + 1, g = (x0) => (x) => f1(x0) * (x - x0) + f(x0), h = (x) => x ** 8 + x; let draw = () => { pre0.textContent = ''; let r = parseFloat(input_r.value), dx = parseFloat(input_dx.value), x1 = parseFloat(input_x1.value), x2 = parseFloat(input_x2.value), y1 = parseFloat(input_y1.value), y2 = parseFloat(input_y2.value), dx0 = parseFloat(input_dx0.value); if (r === 0 || dx === 0 || x1 > x2 || y1 > y2) { return; } let points = [], lines = [], fns = [[f, 'green'], [h, 'red']], fns1 = [], fns2 = [[g, 'orange']]; fns .forEach((o) => { let [f, color] = o; for (let x = x1; x <= x2; x += dx) { let y = f(x); if (Math.abs(y) < Infinity) { points.push([x, y, color]); } } }); fns2 .forEach((o) => { let [f, color] = o; for (let x = x1; x <= x2; x += dx0) { let g = f(x); lines.push([x1, g(x1), x2, g(x2), color]); } }); let xscale = d3.scaleLinear() .domain([x1, x2]) .range([padding, width - padding]); let yscale = d3.scaleLinear() .domain([y1, y2]) .range([height - padding, padding]); let xaxis = d3.axisBottom().scale(xscale); let yaxis = d3.axisLeft().scale(yscale); div0.innerHTML = ''; let svg = d3.select('#graph0') .append('svg') .attr('width', width) .attr('height', height); svg.selectAll('line') .data([[x1, 0, x2, 0], [0, y1, 0, y2]].concat(lines)) .enter() .append('line') .attr('x1', (d) => xscale(d[0])) .attr('y1', (d) => yscale(d[1])) .attr('x2', (d) => xscale(d[2])) .attr('y2', (d) => yscale(d[3])) .attr('stroke', (d) => d[4] || 'black'); svg.selectAll('circle') .data(points) .enter() .append('circle') .attr('cx', (d) => xscale(d[0])) .attr('cy', (d) => yscale(d[1])) .attr('r', r) .attr('fill', (d) => d[2] || 'green'); svg.append('g') .attr('transform', `translate(0, ${height - padding})`) .call(xaxis); svg.append('g') .attr('transform', `translate(${padding}, 0)`) .call(yaxis); [fns, fns1, fns2].forEach((fs) => p(fs.join('\n'))); }; inputs.forEach((input) => input.onchange = draw); btn0.onclick = draw; btn1.onclick = () => pre0.textContent = ''; draw();
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