017-GeoGebra基礎篇-微積分函數求解圓弧面積問題

基礎篇慢慢的走進尾聲,今天給大家帶來一個小項目,是關于高中數學微積分部分的展示,這個項目主要包含了函數的介紹、函數與圖形繪制的區別、區域函數圖像的繪制、積分函數的應用、動態文本的調用、嵌套滑動條的應用等等,以及其他常用的技能和比較容易踩到的坑。那就,開始吧!

一、項目展示

因為項目已經不是一兩個功能,所以簡要說明一下還是有必要的!

1. 項目目標


  1. 將圓弧與X軸之間的面積劃分為N個小矩形,N可以動態調節;
  2. 繪制矩形要同時包含外圍繪制和內圍繪制;
  3. 逐步繪制出第i個小矩形;
  4. 計算0-i個小矩形的面積,動態顯示;
  5. 計算外圍小矩形面積總和與內圍小矩形面積總和之差;
  6. 顏色搭配合理、布局清晰;
  7. 最終結果插入PPT中,播放時進行交互式操作。

2. 逐步繪制出第i個小矩形動圖展示

在這里插入圖片描述

3. 增加小矩形個數后的動圖展示

在這里插入圖片描述

二、涉及內容

  1. 函數解析式的使用;
  2. 分段函數的使用;
  3. 嵌套滑動條的制作;
  4. 圓弧上動點的繪制;
  5. 積分函數的使用;
  6. 動態文本的調用。

三、項目步驟

1. 編寫解析式;

f(x)=sqrt(1-x^(2))
g(x)=-sqrt(1-x^(2))

在這里插入圖片描述

上邊的弧形用來做積分圖像,下邊的弧形形用來做分段函數(只有上邊一半不會很好看,起到襯托補全的作用)

2. 制作分段函數;

h(x)=If(-1≤x≤-0.6, g(x), ?)
p(x)=If(0.6≤x≤1, g(x), ?)

在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述

分段函數可以使用If語句進行操作,If(條件表達式,若是真該怎么辦,若是假該怎么辦),這樣就可以完美實現不要[-0.6,0.6]這部分的圖像。

3. 制作嵌套滑動條;

在這里插入圖片描述

注意,滑動條可以進行嵌套操作,也就是說,上一個條的值,可以作為這個滑動條的最大值或者最小值(比如上邊的滑動條標簽是n,那我們可以直接將第二個滑動條的最大值設置為n);

4. 設置曲線上的點A;

A=(((i)/(n))*2-1,f(((i)/(n))*2-1))
i_{1}: PerpendicularLine(A,xAxis)

在這里插入圖片描述

注意:這里有一個邏輯難點,如何根據“正在繪制的第i個矩形”,計算出“第i個矩形弧線上點的位置”,也就是點A。

  1. n當前是總的細分矩形個數;
  2. i是當前正在繪制的第i個矩形;
  3. i/n就是繪制完成的比例,用這個比例乘以(-1,0)和(1,0)之間的距離,就是點A從(-1,0)移動的距離在X軸的投影長度;
  4. 那么就可以計算出A點的橫坐標:((i)/(n))*2-1;
  5. 將橫坐標代入到f(x)中,可以得到點A的坐標:(((i)/(n))*2-1,f(((i)/(n))*2-1)),這個坐標始終都在弧線f(x)上。

可能有人好奇為什么要設置點A,因為我們要用到點A的橫坐標來卡積分的范圍,一起繼續往下看。

5. 積分函數的使用;

S1=UpperSum(f(x),-1,x(A),i)
S2=LowerSum(f(x),-1,x(A),i)

在這里插入圖片描述

S1 是外圍積分,S2是內圍積分,積分函數很簡單,但是需要看清楚里邊的參數設置(函數,起始位置,終止位置,細分段數)
注意,第一個是函數,而不是表達式(區別會在文章末尾單獨列出)

6. 動態文本的插入;

動態文本的插入在之前的文章寫過,具體可以見編號015,這里簡單過一下。
在這里插入圖片描述

  1. 這里雖然是用+號連接符連接起來的變量,但是強烈不建議在這里直接寫,有幾個坑需要注意;
  2. 直接輸入中文有時候會輸入不進去,這是個bug;
  3. 如果直接在這里寫,中英文切換時會產生錯誤符號,最終導致算式編寫失敗;
  4. 建議先選擇文本輸入,然后寫上111占位就可以了。

在這里插入圖片描述

寫完111后默認是隱藏的,點擊前面的小圓形即可顯示文本,然后雙擊文本進行編輯;

在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述
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唯一需要注意的是,這個地方可以寫公式,也可以輸入特殊符號

在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述

7. 項目嵌入PPT;

嵌入PPT的操作也不過多贅述了哈,可以參見文章編號003,里邊介紹了如何將GeoGebra無縫嵌入到PPT里。

四、關于函數與表達式

1. 什么是函數,什么是表達式?

越高級的函數,里邊的參數就越強調使用函數,而不是表達式,如果使用表達式軟件就會進行無休止的報錯,那么什么是什么是函數,什么是表達式?

(1)這個是函數
在這里插入圖片描述

有自變量,有因變量,這個是函數。

(2)這個是表達式
在這里插入圖片描述

直接繪制出來一個圓,沒有把因變量單獨取出來,這個叫表達式

2. 函數和表達式有什么區別

老實說沒有什么區別,畢竟兩者可以相互轉換,但是對于GeoGebra來說,區別可就大了,因為前者可以作為其他函數的參數,后者就只能繪制一個圖形,對于積分函數而言,它的第一個參數就要求使用函數。

其他特點可以參考這個表格:

特點函數表達式
特點精確:這種方法非常精確,允許用戶通過精確的數學表達式定義圓的半徑、位置等屬性。
代數表達:這種方法屬于代數表達方式,適合需要通過代數式精確定義圖形的場景。
不易調整:由于是通過代數式定義的,調整圓的屬性需要修改代數表達式,而不是通過鼠標拖動。
直觀:這種方法非常直觀,可以通過鼠標點擊直接定義圓的位置和大小。
這種方法屬于幾何構造方式,適合需要通過可視化操作繪制圖形的場景。
通過拖動定義點,可以手動調整圓的大小和位置。
應用場景適用于需要精確繪制圓的情況,尤其是在數學建模、函數圖像繪制等需要精確控制圖形屬性的場景中。適用于需要快速、直觀繪制圓的情況,尤其是在需要根據特定點來確定圓的位置和大小時。

總之呢,表達式作圖適合需要直觀、快速繪制的場景,操作簡單,適用于幾何構造和可視化調整。通過函數作圖,適合需要精確控制圖的屬性,適用于數學建模和函數圖像繪制。

五、文章最后

本篇文章內容稍微有些復雜,這里已經將源文件進行保存,若有需要歡迎自取,告訴客F領一下017號文件即可。
在這里插入圖片描述

當然,若有任何問題都可以在這個鋪子詢問,也會有資源相送,GeoGebra、PPT、平面動畫、3D動畫等各種技術都可以,祝好!
在這里插入圖片描述

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