Python - 数学 - データをグラフで可視化する - 投射軌跡比較プログラムの拡張(mathモジュール(sinメソッド、cosメソッド)、matplotlib(pyplot(plotメソッド、legendメソッド、savefigメソッド)))

Pythonからはじめる数学入門
原著

開発環境

• macOS High Sierra - Apple
• Emacs (Text Editor)
• Python 3.7 (プログラミング言語)

Pythonからはじめる数学入門 (Amit Saha (著)、黒川 利明 (翻訳)、オライリージャパン)の2章(データをグラフで可視化する)、2.6(プログラミングチャレンジ)、問題2-3(投射軌跡比較プログラムの拡張)を取り組んでみる。

コード(Emacs)

Python 3

#!/usr/bin/env python3
import matplotlib.pyplot as plt
import math

g = 9.8


def sx(u, theta, t):
    theta = math.radians(theta)
    return u * math.cos(theta) * t


def sy(u, theta):
    theta = math.radians(theta)
    t_peak = u * math.sin(theta) / g
    return u * math.sin(theta) * t_peak - 1 / 2 * g * t_peak ** 2


def t_flight(u, theta):
    theta = math.radians(theta)
    return 2 * 5 * math.sin(theta)


def draw_graph(x, y):
    plt.plot(x, y)
    plt.xlabel('x-coordinate')
    plt.ylabel('y-coordinate')
    plt.title('Projectile motion of a ball')


def frange(start, stop, step):
    res = []
    while start < stop:
        res.append(start)
        start += step
    return res


def draw_trajectory(u, theta):
    theta = math.radians(theta)
    t_flight = 2 * u * math.sin(theta) / g
    intervals = frange(0, t_flight, 0.001)
    x = [u * math.cos(theta) * t for t in intervals]
    y = [u * math.sin(theta) * t - 0.5 * g * t * t for t in intervals]
    draw_graph(x, y)


if __name__ == '__main__':
    try:
        n = int(input('How many trajectories'))
        u_list = []
        for _ in range(n):
            try:
                u = float(input('Enter the initial velocity (m/s): '))
                theta = float(
                    input('Enter the angle of projection (degrees): '))
            except ValueError:
                print('You entered an invalid input')
            else:
                u_list.append(u)
                t = t_flight(u, theta)
                with open('output3.txt', 'a') as f:
                    print(
                        f'飛行時間: {t}, 最大水平距離: {sx(u, theta, t)}, 最大垂直距離: {sy(u, theta)}',
                        file=f)
                draw_trajectory(u, theta)
        plt.legend(u_list)
        plt.savefig('sample3.svg')
    except ValueError:
        print('You entered an invalid input')

入出力結果(Terminal, Jupyter(IPython))

$ ./sample3.py < input.txt 
How many trajectoriesEnter the initial velocity (m/s): Enter the angle of projection (degrees): Enter the initial velocity (m/s): Enter the angle of projection (degrees): Enter the initial velocity (m/s): Enter the angle of projection (degrees): $ cat output3.txt 
飛行時間: 7.071067811865475, 最大水平距離: 225.0, 最大垂直距離: 51.658163265306115
飛行時間: 7.071067811865475, 最大水平距離: 300.0, 最大垂直距離: 91.83673469387753
飛行時間: 10.0, 最大水平距離: 2.7554552980815446e-14, 最大垂直距離: 103.31632653061223
$