实验06高层绘图操作第5章.docx
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实验06高层绘图操作第5章
附参考答案：
实验06高层绘图操作
（第5章MATLAB绘图）
一、实验目的
1.掌握绘制二维图形的常用函数。
2.掌握绘制三维图形的常用函数。
3.掌握绘制图形的辅助操作。
二、实验内容
1.绘制函数的曲线
设
，在x=0~2π区间取101点，绘制函数的曲线。
程序：
x=linspace（0,2*pi,101）;
y=（0.5+3*sin（x）./（1+x.^2））.*cos（x）;
plot（x,y）;
图形:
2.在同一窗口中绘制多个图形
已知三个函数y1=x2，y2=cos（2x），y3=y1×y2，完成下列操作：
2.1在同一坐标系下用不同的颜色和线型绘制三条曲线
程序（提示：
x可取0~2π，取101个点）：
x=linspace（0,2*pi,101）;
y1=x.^2;y2=cos（2*x）;y3=y1.*y2;
plot（x,y1,'b-'）;
holdon;
plot（x,y2,'g:
'）;plot（x,y3,'r--'）;
holdoff;
图形:
2.2以子图形式绘制三条曲线
程序（提示：
x可取0~2π，取101个点）：
x=linspace（0,2*pi,101）;
y1=x.^2;y2=cos（2*x）;y3=y1.*y2;
subplot（1,3,1）;plot（x,y1）;
subplot（1,3,2）;plot（x,y2）;
subplot（1,3,3）;plot（x,y3）;
图形:
2.3分别用条形图、阶梯图、杆图和填充图绘制三条曲线
（1）y1=x2，程序和图形：
程序（提示：
x可取0~2π，取10个点。
注意：
点太多时图形变形）：
x=linspace（0,2*pi,10）;
y1=x.^2;
subplot（2,2,1）;bar（x,y1）;%条形图
subplot（2,2,2）;stairs（x,y1）;%阶梯图
subplot（2,2,3）;stem（x,y1）;%杆图
subplot（2,2,4）;fill（x,y1,'g'）;%填充图
图形:
（2）y2=cos（2x），程序和图形：
程序：
x=linspace（0,2*pi,10）;
y2=cos（2*x）;
subplot（2,2,1）;bar（x,y2）;%条形图
subplot（2,2,2）;stairs（x,y2）;%阶梯图
subplot（2,2,3）;stem（x,y2）;%杆图
subplot（2,2,4）;fill（x,y2,'g'）;%填充图
图形:
（3）y3=y1×y2，程序和图形：
程序：
x=linspace（0,2*pi,10）;
y1=x.^2;y2=cos（2*x）;y3=y1.*y2;
subplot（2,2,1）;bar（x,y3）;%条形图
subplot（2,2,2）;stairs（x,y3）;%阶梯图
subplot（2,2,3）;stem（x,y3）;%杆图
subplot（2,2,4）;fill（x,y3,'g'）;%填充图
图形:
3.绘制分段函数的曲线
已知
在-5≤x≤5区间绘制函数曲线。
（注意：
本曲线不连续！
）
程序：
fplot（'（x+sqrt（pi））/exp
（2）',[-5,0]）;
holdon;
fplot（'log（x+sqrt（1+x^2））/2',[0,5]）;
axis（[-5,5,-0.5,1.5]）;
gridon;
holdoff;
图形:
4.绘制极坐标曲线
ρ=asin（b+nθ），并分析参数a、b、n对曲线形状的影响（每种情况输出4个不同的图形即可）。
4.1a变，b和n不变
程序（参考：
a=1,2,3,4，b=0,n=1）：
theta=0:
0.01:
2*pi;
a=[1,2,3,4];b=0;n=1;
fori=1:
4
subplot（2,2,i）;
rho=a（i）*sin（b+n*theta）;
polar（theta,rho）;
end
图形（在同一窗口中显示4个子图）：
4.2b变，a和n不变
程序（参考：
b=0,π/2,π,3π/2，a=1,n=1）：
theta=0:
0.01:
2*pi;
a=1;b=[0,pi/2,pi,3*pi/2];n=1;
fori=1:
4
subplot（2,2,i）;
rho=a*sin（b（i）+n*theta）;
polar（theta,rho）;
end
图形（在同一窗口中显示4个子图）：
4.3n变，a和b不变
程序（参考：
n=1,2,3,4，a=1,b=0）：
theta=0:
0.01:
2*pi;
a=1;b=0;n=[1,2,3,4];
fori=1:
4
subplot（2,2,i）;
rho=a*sin（b+n（i）*theta）;
polar（theta,rho）;
end
图形（在同一窗口中显示4个子图）：
5.绘制函数的曲面图和等高线
其中x的21个值均匀分布在[-5，5]范围，y的31个值均匀分布在[0，10]，要求使用subplot（2,1,1）和subplot（2,1,2）将产生的曲面图和等高线图画在同一个窗口上。
程序：
x=linspace（-5,5,21）;
y=linspace（0,10,31）;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=cos（X）.*cos（Y）.*exp（-sqrt（X.^2+Y.^2）/4）;
subplot（2,1,1）;surf（X,Y,Z）;
subplot（2,1,2）;contour3（X,Y,Z）;
图形:
6.绘制曲面图形，并进行插值着色处理
程序：
s=linspace（0,pi/2,20）;t=linspace（0,3*pi/2,60）;
[s,t]=meshgrid（s,t）;
x=cos（s）.*cos（t）;y=cos（s）.*sin（t）;z=sin（s）;
colormap（autumn）;
surf（x,y,z）;
shadinginterp;
图形:
三、实验提示
四、教程：
第5章MATLAB绘图（1/2）
5.1二维绘图p83
5.1.1绘制二维曲线的基本函数
1.plot函数的基本用法
plot（x,y）
x和y为同长的向量，分别存储横和纵坐标数据。
例5.1在0≤x≤2区间内，绘曲线p83
y=2e-0.5xsin（2πx）
x=0:
pi/100:
2*pi;
y=2*exp（-0.5*x）.*sin（2*pi*x）;
plot（x,y）
例5.2绘制参数方程的曲线p84
t=-pi:
pi/100:
pi;
x=t.*cos（3*t）;
y=t.*sin（t）.^2;
plot（x,y）;
plot的其他用法：
①x是向量，y是有一维与x同维的矩阵
绘出曲线条数等于y的另一维数，x是曲线共同的横坐标。
x=linspace（0,2*pi,100）;%线性划分出100个点
y=[sin（x）;cos（x）];
plot（x,y）
②x,y是同维矩阵
以x,y对应列元素为横、纵坐标分别绘曲线，条数是矩阵的列数。
t=linspace（0,2*pi,100）;%线性划分出100个点
t=t';x=[t,t];
y=[sin（t）,cos（t）];
plot（x,y）
③plot只含一个输入参数：
plot（x）
☞x是实向量。
以元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标。
（x,y）=（下标，元素值）
☞x是复数向量。
以元素实部和虚部为横、纵坐标。
（x,y）=（实部，虚部）
☞x是复数矩阵。
按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标。
（x,y）=（实部，虚部）
☞x是实矩阵。
按列绘制每列元素值相对其下标的曲线。
（x,y）=（下标，元素值）
例输入为复数数据，绘制一个单位圆和三个同心圆p85
%一个单位圆，一个复数参数
t=0:
0.01:
2*pi;
x=exp（i*t）;%cos（t）+i*sin（t）
plot（x）;axisequal;
%三个同心圆，一个复数矩阵参数
t=0:
0.01:
2*pi;
x=exp（i*t）;
y=[x;2*x;3*x]';
plot（y）;axisequal;
2.含多个输入参数的plot函数
plot（x1,y1,x2,y2,…,xn,yn）
①输入参数都为向量
xi和yi组成一组向量对，每对长度可不同。
每对绘出一条曲线。
x=linspace（0,2*pi,100）;
plot（x,sin（x）,x,2*sin（x）,x,3*sin（x））
②输入参数有矩阵
配对的x,y按对应列元素为横、纵坐标分别绘曲线，曲线条数是矩阵的列数。
x=linspace（0,2*pi,100）;
x=x';
y1=sin（x）;
y2=2*sin（x）;
y3=3*sin（x）;
X=[x,x,x];
Y=[y1,y2,y3];
plot（X,Y,x,cos（x））
3.含选项的plot函数
绘图选项用于确定所绘曲线的线型、颜色和数据点标记符号，它们可以组合使用。
例如，
“b-.”表示蓝色、点划线。
“y:
d”表示黄色、虚线、菱形符标记数据点。
选项省略时：
☞线型一律用实线。
☞数据点不标记。
☞颜色将根据曲线的先后顺序依次按表5.1给出的前7种颜色。
表5.1线型、颜色和标记符号选项
线型
颜色
标记符号
-实线
:
虚线
-.点划线
--双划线
b蓝色
G绿色
r红色
c青色
m品红色
y黄色
k黑色
w白色
.点
o圆圈
x叉号
+加号
*星号
s方块符
d菱形符
v朝下三角符号
^朝上三角符号
<朝左三角符号
>朝右三角符号
p五角星符
h六角星符
注：
在命令窗口用helpplot可查到
设置曲线样式
plot（x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…,xn,yn,选项n）
例5.3用不同线型和颜色在同一坐标内绘制曲线及其包络线
y=2e-0.5xsin（2πx）
x=（0:
pi/100:
2*pi）';%可以不用转置操作
y1=2*exp（-0.5*x）*[1,-1];%y1=[1;-1]*2*exp（-0.5*x）;
y2=2*exp（-0.5*x）.*sin（2*pi*x）;
x3=（0:
12）/2;y3=2*exp（-0.5*x3）.*sin（2*pi*x3）;
plot（x,y1,'k:
',x,y2,'b--',x3,y3,'rp'）;
4.双纵坐标函数
plotyy（x1,y1,x2,y2）
☞x1,y1对应一条曲线，x2,y2对应另一条曲线。
☞横坐标的标度相同。
☞左纵坐标用于x1,y1数据对，右纵坐标用于x2,y2数据对。
例5.4用不同标度在同一坐标内绘制曲线p87
y1=e-0.5xsin（2πx）0≤x≤2π
y2=1.5e-0.1xsin（x）0≤x≤3π
x1=0:
pi/100:
2*pi;
y1=exp（-0.5*x1）.*sin（2*pi*x1）;
x2=0:
pi/100:
3*pi;y2=1.5*exp（-0.1*x2）.*sin（x2）;
plotyy（x1,y1,x2,y2）;
5.1.2绘制图形的辅助操作p88
1．图形标注
有关图形标注函数的调用格式为：
title（图形名称）
xlabel（x轴说明）
ylabel（y轴说明）
zlabel（z轴说明）
text（x,y,图形说明）
legend（图例1,图例2,…）
说明文字使用的字符：
Ø标准的ASCII字符
ØLaTeX格式的控制字符
Ø用\bf、\it、\rm控制字符分别定义黑体、斜体和正体字符。
Ø受LaTeX字符串控制部分要用{}括起来。
例图形标注文字
text（0.3,0.5,'Theusefull{\bfMATLAB}'）
text（0.3,0.3,'sin（{\omega}t+{\beta}）'）
表5.2常用的LaTeX字符p89
标识符
符号
标识符
符号
标识符
符号
\alpha
α
\upsilon
υ
\sim
~
\beta
β
\phi
φ
\leq
≤
\gamma
γ
\chi
χ
\infty
∞
\delta
δ
\psi
ψ
\clubsuit
♣
\epsilon
ɛ
\omega
ω
\diamondsuit
♦
\zeta
ζ
\Gamma
Γ
\heartsuit
♥
\eta
η
\Delta
Δ
\spadesuit
♠
\theta
θ
\Theta
Θ
\leftrightarrow
↔
\vartheta
ϑ
\Lambda
Λ
\leftarrow
←
\iota
ι
\Xi
Ξ
\uparrow
↑
\kappa
κ
\Pi
Π
\rightarrow
→
\lambda
λ
\Sigma
Σ
\downarrow
↓
\mu
µ
\Upsilon
ϒ
\circ
º
\nu
ν
\Phi
Φ
\pm
±
\xi
ξ
\Psi
Ψ
\geq
≥
\pi
π
\Omega
Ω
\propto
∝
\rho
ρ
\forall
∀
\partial
∂
\sigma
σ
\exists
∃
\bullet
•
\varsigma
ς
\ni
∍
\div
÷
\tau
τ
\cong
≅
\neq
≠
\equiv
≡
\approx
≈
\aleph
ℵ
\Im
ℑ
\Re
ℜ
\wp
℘
\otimes
⊗
\oplus
⊕
\oslash
∅
\cap
∩
\cup
∪
\supseteq
⊇
\supset
⊃
\subseteq
⊆
\subset
⊂
\int
∫
\in
∈
\o
ο
\rfloor
ë
\lceil
é
\nabla
∇
\lfloor
û
\cdot
·
\ldots
...
\perp
⊥
\neg
¬
\prime
´
\wedge
∧
\times
x
\0
∅
\rceil
ù
\surd
√
\mid
|
\vee
∨
\varpi
ϖ
\copyright
©
\langle
〈
\rangle
〉
\bf
黑体
\it
斜体
\rm
正体
^
上标
_
下标
上标和下标
Ø上标引导符^
Ø下标引导符_
例上标和下标
e^{axt}标注效果为eaxt
e^axt标注效果为eaxt
X_{12}标注效果为X12
2.坐标控制
调用格式：
axis（[xminxmaxyminymaxzminzmax]）
常用的格式：
axisequal：
纵、横坐标轴采用等长刻度。
axissquare：
产生正方形坐标系（缺省为矩形）。
axisauto：
使用缺省设置。
axisoff/on：
取消/显示坐标轴。
网格线和边框
Øgridon/off命令控制是否画网格线。
Øboxon/off命令控制是否加边框线。
无参数的命令在两种状态间切换。
例5.5绘制分段函数曲线并添图形标注p90
x=linspace（0,10,100）;
y=[];
forx0=x
ifx0>=8
y=[y,1];
elseifx0>=6
y=[y,5-x0/2];
elseifx0>=4
y=[y,2];
elseifx0>=0
y=[y,sqrt（x0）];
end
end
plot（x,y）
axis（[01002.5]）%设置坐标轴
title（'分段函数曲线'）;%加图形标题
xlabel（'变量X'）;%坐标轴说明
ylabel（'变量Y'）;
text（2,1.3,'y=x^{1/2}'）;%在指定位置添加图形说明
text（4.5,1.9,'y=2'）;
text（7.3,1.5,'y=5-x/2'）;
text（8.5,0.9,'y=1'）;
3.图形保持
holdon/off命令控制是保持原有图形还是刷新原有图形。
无参数的hold命令在两种状态间切换。
例5.6用图形保持功能在同一坐标内绘制曲线及其包络线p91
y=2e-0.5xsin（2πx）
x=（0:
pi/100:
2*pi）';
y1=2*exp（-0.5*x）*[1,-1];
y2=2*exp（-0.5*x）.*sin（2*pi*x）;
plot（x,y1,'b:
'）;
axis（[0,2*pi,-2,2]）;%设置坐标
holdon;%设置图形保持状态
plot（x,y2,'k'）;
legend（'包络线','包络线','曲线y'）;%加图例
holdoff;%关闭图形保持
grid%网格线控制
4.图形窗口的分割
subplot（m,n,p）
Ø将当前图形窗口分成m×n个绘图区。
Ø区号按行优先编号，且选定第p个区为当前活动区。
Ø在每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形（子图）。
例5.7在图形窗口中，以子图形式同时绘制多根曲线p92
绘制正弦、余弦、正切、余切曲线。
%2×2分割
x=linspace（0,2*pi,60）;%自变量
y=sin（x）;%第1个函数
z=cos（x）;%第2个函数
t=sin（x）./（cos（x）+eps）;%第3个函数
ct=cos（x）./（sin（x）+eps）;%第4个函数
subplot（2,2,1）;%第1个子图
plot（x,y）;
title（'sin（x）'）;axis（[0,2*pi,-1,1]）;
subplot（2,2,2）;%第2个子图
plot（x,z）;
title（'cos（x）'）;axis（[0,2*pi,-1,1]）;
subplot（2,2,3）;%第3个子图
plot（x,t）;
title（'tangent（x）'）;axis（[0,2*pi,-40,40]）;
subplot（2,2,4）;%第4个子图
plot（x,ct）;
title（'cotangent（x）'）;axis（[0,2*pi,-40,40]）;
%灵活分割
x=linspace（0,2*pi,60）;
y=sin（x）;
z=cos（x）;
t=sin（x）./（cos（x）+eps）;
ct=cos（x）./（sin（x）+eps）;
subplot（2,2,1）;%第1个子图
stairs（x,y）;%阶梯图
title（'sin（x）_1'）;axis（[0,2*pi,-1,1]）;
subplot（2,1,2）;%第2个子图
stem（x,y）;%杆图
title（'sin（x）_2'）;axis（[0,2*pi,-1,1]）;
subplot（4,4,3）;%第3个子图
plot（x,y）;
title（'sin（x）'）;axis（[0,2*pi,-1,1]）;
subplot（4,4,4）;%第4个子图
plot（x,z）;
title（'cos（x）'）;axis（[0,2*pi,-1,1]）;
subplot（4,4,7）;%第5个子图
plot（x,t）;
title（'tangent（x）'）;axis（[0,2*pi,-40,40]）;
subplot（4,4,8）;%第6个子图
plot（x,ct）;
title（'cotangent（x）'）;axis（[0,2*pi,-40,40]）;
5.1.3绘制二维图形的其他函数p94
1.其他形式的线性直角坐标图
Øbar（x,y,选项）条形图
Østairs（x,y,选项）阶梯图
Østem（x,y,选项）杆图
Øfill（x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…）填充图
其中，fill
按向量元素序号顺序用线段连接x、y对应元素定义数据点；
折线不封闭时，把折线的首尾连接；
填入指定颜色。
例5.8分别以条形图、填充图、阶梯图和杆图形式绘制曲线p94
y=2e-0.5x
x=0:
0.35:
7;
y=2*exp（-0.5*x）;
subplot（2,2,1）;bar（x,y,'g'）;%条形图
title（'bar（x,y,''g''）'）;axis（[0,7,0,2]）;
subplot（2,2,2）;fill（x,y,'r'）;%填充图
title（'fill（x,y,''r''）'）;axis（[0,7,0,2]）;
subplot（2,2,3）;stairs（x,y,'b'）;%阶梯图
title（'stairs（x,y,''b''）'）;axis（[0,7,0,2]）;
subplot（2,2,4）;stem（x,y,'k'）;%杆图
title（'stem（x,y,''k''）'）;axis（[0,7,0,2]）;
2.极坐标图
polar（theta,rho,选项）
☞theta为极坐标极角。
☞rho为极坐标矢径。
☞选项的内容与plot函数相似。
例5.9绘制极坐标图p95
ρ=sin（2θ）cos（2θ）
theta=0:
0.01:
2*pi;
rho=sin（2*theta）.*cos（2*theta）;
polar（theta,rho,'k'）;
3.对数坐标图形
Ø绘制半对数坐标曲线的函数：
semilogx（x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…）
semilogy（x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…）
Ø绘制对数坐标曲线的函数：
loglog（x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…）
例5.10绘制对数坐标图并与直角线性坐标图比较p95
y=10x
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