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2016年02月10日

平方根をとって1次関数的なグラフを描きます

 以前に2次関数を [1次関数 + 三角関数]で割るなどして1次関数のようなグラフを描きました。

平方根をとって1次関数的なグラフを描きます


 今回は様々な関数の平方根をとって 1次関数的 なグラフを作ってみます。それではさっそく最初のグラフを見てみましょう:

 01x^2+sinx^2平方根.gif

 緩やかに波打っていますが、(2, 2), (4, 4), (6, 6) 付近を通る1次関数的グラフです。

 sin 2x に x を掛けてみると:

 02x^2+xsinx^2平方根.gif

 左右非対称になりました。 x の効果でうねりは大きくなりますが、それでもやはり直線 y = x から大きくずれることはありません。

 お次はベッセル関数 J0(x) を組み込んでみましょう:

 03x^2+J0^2平方根.gif

 ベッセル関数は三角関数のように振動しますが、 x の増加とともにすぐに減衰してしまうので、 x 2 に対してほとんど効果を発揮しません。しかし注目すべきは J0(x) の効きが強い原点付近で綺麗な弧を描いて x の正負の変わり目をつないでいます(ご存知のように y = √x 2 = |x| は原点でカクっと折れ曲がります)。

 次は規格化されたエルミート多項式 un(x) を入れてみます。
 un(x) は次式で定義される x の多項式です:

規格化されたエルミート多項式

エルミート多項式

 多項式ではありますが、数学的な技術を使って巧妙な組み方をしてあるために原点付近で振動する関数となっています。詳しくはエルミート関数のページを見てください。ここで選択する number は n = 11 と n = 19 です:

 04x^2+u11平方根.gif

 原点付近では大きく波打ちます。 number が大きいので un(x) は激しく振動する関数なのですが、規格化されているためにその振幅は 1 以下に抑え込まれています。なのでやはり x が大きくなると x 2 の効果が勝っていくことに変わりはありません。大きな視点で見れば1次関数的であるといえます。 最後に u19(x) に x を掛けてみると・・・・・・

 05x^2+xu19平方根.gif

 がたがたと大きく揺れます。それでもやはり x → ∞ とすれば(まあ、そこまで大げさにしなくても大きな x をとれば)1次関数になります。
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