超级画板第五篇函数图像

1、超级画板第五篇 函数图像函数及其图像，是中学数学课程的重要内容。超级画板提供了制作动态函数图像的 丰富的功能，并具有辅助教学和学习的一些附加的功能，例如在函数曲线上取点，作函数曲 线的切线，列出函数值的表格，对曲线和x轴之间的面积填充或作细分，等等。另外，还有 许多办法作出教学所需要的特殊效果，那就要了解更多的操作方法了。一 函数图像配合函数表函数通常有三种表示方法：解析表达式、图像和表格。用超级画板可以把三种表示方法紧密结合起来。输入解析表达式，画出图像，再让 图像和表格关联，以显示出函数值的表格。请看本书配套资源中的文件5-1图像和列表.zjz，如图5-1。图5-1这个课件有如下的功能:（

2、1）显示曲线所对应的函数的表达式 当鼠标指着左边对象工作区中编号为5的曲线 条目时，旁边会显示出函数的表达式。从图中看到，y是x的平方根。（2）呈现函数的定义域所画的函数曲线，函数的定义域为a,b。在左上部的两个测量 数据文本中显示出，a的当前值为0，b的当前值为9。（3）显示描点画线时所取的点和对应的函数值表函数曲线上，连同两端点共有19个 点，把自变量x的范围0，9均匀分为18份。曲线就是根据这19个点描出来的。这19个 点所对应的自变量x和函数y（x的平方根）的值可以在右上方的函数表里查出来。（4）用一个按钮控制着函数表的显示或隐藏。（5）改变描点的数目和对应的函数表描点的数目并非固定是

3、19。拖动下方参数n的 变量尺上的滑钮，可以改变描点的数目。点的数目越多，曲线就画得越准确。当点的数目变 化时，函数表也就随着改变。例如，当描点的数目减少到5时，函数表里也就只有5组数据 了。（6）可以显示或不显示曲线上所取的点 在函数曲线的属性对话框里，如图4-23，可 以在左下角勾选或不勾选画点。即使不把点显示出来，曲线仍然是根据这些点的位置而画出 来的。(7)可以选择用曲线或线段来组成图像 曲线的画法有两种方案：一种是用曲线来连 接这些点，一种是用线段来连接这些点。当前是用曲线来连接的。如图在属性对话框的右部 可以勾选或不勾选“折线段”。若勾选“折线段”，就是用线段来连接这些点了。(8)

4、在曲线上有一个样例点曲线上有一个红点A。这个点的坐标，可以在属性对话 框里查出来，是u000和u000八(1/2)。当u000变化时，点A的轨迹或踪迹比较准确地显示出 曲线的样子。在图上，我们用x来标示A的横坐标，用f(x)来标示A的纵坐标。图中看到， 点A的横坐标和纵坐标都被测量出来了，从测量数据中可以对更多的自变量x的值查出对 应的函数值，准确到10位小数。(9)可以准确地设置函数定义域和样例点为了更准确地控制参数a、b和u000,我们 制作了 3个动画按钮和参数k的变量尺，并测量出floor(k)，但测量数据命名为k。打开动 画按钮的属性对话框，可以查出动画的设置：动画的参数范围是flo

5、or(k)到pi*floor(k)；频率 小于10；类型是一次运动且为逆向运动。例如，若用变量尺把k的值调整到2至3之间， 这时测量数据显示k=2。若单击a的动画按钮的主钮，则a的值变为2；单击a的动画按钮 的副钮时，则a的值变为2n。同样方法可以把b或u000的值准确地设置为整数或n的整 数倍。如果想要a、b和u000准确地取其它数值，可以在动画按钮属性对话框里设置。(10)可以改变函数的表达式，一图百变 单击“显示或隐藏说明”按钮，出现如图 5-2所示的说明。按说明操作，可以变换函数的表达式。图5-2回忆学过的操作，可知上述功能除作函数表外都不难实现。而作函数表的功能，可以用 文本作图命令

6、中“文本”类倒3行的函数命令Grid(5,10,10,70, 20,);其中第1个参数5是 函数曲线的编号；第2，3两个参数11和8是表格的行列数目；第4，5两个参数70和20 是表格中一格的宽度和高度的像素数目。注意，表格的宽度和高度可以用鼠标拖动调整，行 列的数目可以在属性对话框里修改。这命令也适用于参数曲线、极坐标曲线和点的轨迹。你也可以把这个文件当作模板使用，只要把函数表达式和点A的坐标改一下，就能作 出你所要的带有函数表的函数的图像了。例J如，上述文件的第2页(如图5-3)，呈现出在0, 2n上的函数y=sinx的图像和函数 表，就是从第一页修改得到的。这里重要的是两点修改：在曲线的

7、属性对话框里把函数的表达式改成sin(x)；在点A的 属性对话框里把“y-参数”(即A的y坐标)改为sin(u000)。止匕外，还要把定义域调整为0, 2n。方法是先用变量尺把k调至U 2和3之间，再单击b 的动画按钮的副钮。当描点个数n=9时，得到图5-3所示曲线。q七对象列表 口?对象组:坐1：5曲线: ：75 引金：9点X：点在卫 ：1。线段:Ax ：11点);点： 12线段:Af( ：13测量:其=弓 ：14测量：f(x)= ：15点a:坐标. ：16点b:坐标.：17点F:垂直: ：18直线:aF119 AG：垂直 ：20直线:bG ：6网格:：2l g主:函粤 122动画:a运i

8、：23变量:k 24 iftljfi:k= 1 125动画 bfk -26测量治=, 27测量由=1 ：28文本:改变 ：29按钮:隐崩 ：30按钮:显万 31按钮:显可 ：32按钮:隐罪 ：33按钮:显方 ：34按里:显目 35动画;uOOi “1 9日口士上，x= 2.077015323.1显示或隐藏说明f(x)= 0.S745S4064S显示或隐藏表格K o.uooo 0.7S53 L5T0T 2.3561 3.1415 3.9269 4.7123 5.49T 6.2831y 0.00U0 。71 LOUUO (u(m-O.TOTL -LUUUO -0.70TL 0.0000图5-3虽然

9、只取了 9个点，图像已相当准确了。拖动点A检查一下，便知分晓。如果减少到只用4个点，误差就大了。图5-4显示出用4个点描出的曲线和对点A的 跟踪的对比。图5-4用折线代替曲线，在描点数很多时效果相当好，在描点数很少的情形，误差比曲线大得 多。图 5-5 是取 6 点用线段连接的情形。若用曲线，要好得多。你不妨试试。图5-5习题5-1复制上述文件，利用它作为模板，分别作出适当的定义域上的二次函数，余 弦函数以及对数函数的图像和函数表。习题5-2上述文件中只能把参数a、b和u000准确地调为整数或n的整数倍。请你设 计变量尺和动画按钮，使操作者能够方便地把这些参数准确地调为分数或n的分数倍。(分

10、子分母不超过100)。二 基本的初等函数族在中学课程中，有几族函数特别重要。这包括二次函数族 y=ax2+bx+c, 指 数函数族y=ax,对数函数族y=loga x，幂函数族y=xk以及正弦函数族y=Asin（3 x+Q ）这些函数族都带有可变的参数。用超级画板作出函数图像和有关的参数尺， 拖动参数尺上的滑钮，跟踪曲线的变化，可以对函数形态和参数的关系，有非常 直观地了解。打开本书配套资源中的文件5-2二次函数与寄如图5-6。图5-6用文本作图函数命令Function(y=a*xA2+b*x+c, -6, 6,500 ,);可以作出图中的 函数曲线;用文本作图函数命令Point(a, -2,

11、 a, , , a);Point(b, -3, b,?;和 Point(c, -4, c,c );可以作出可以拖动的坐标点a、b、c，用以控制参数a，b和c；曲线和x 轴的交点x1和x2以及顶点D，也都是可以用文本作图函数命令作出的坐标点； 有关的坐标可以根据课本上的公式写出来，你也可以从点的属性对话框里查出 来。还可以用文本作图函数命令Variable(k,);作出一个参数k的变量尺，测量出 k的整数部分floor(k)并将测量得到数据命名为k。这是为了用动画按钮驱动系数 a、b、c取到整数值。这样的办法，在上一节已经用过，以后还会常用。曲线方程中的系数是动态的，可以随a、b、c的变化而变化

12、。在文本中嵌入 动态的数据，在前一章已经用过。这次算是复习吧。如果忘了是如何操作的，可 以双击方程的文本，使它进入编辑状态，就能看到原来的输入是：y=$bla,21xA2+$blb,21x+$blc,21 这就明白了。再作3个动画按钮，用来分别驱动a、b、c在一定范围变化，以便对曲线 跟踪观察。例如，当a在-5到5之间变化时，对曲线的跟踪情形如图5-7。图5-7图中还测量了判别式b2-4ac的值。当判别式为负时，曲线和x轴没有交 点。此外，这里的标题是漂亮的“可变换文本”，可以用文本作图的“文本”类 函数命令TransformText（二次函数的图像）;来实现。用可变化文本制作的文字， 可以填

13、充，可以选择后拖动角上的“把手”来改变其长宽。当我们选择了曲线并对它跟踪时，有时可能希望停止跟踪，或又恢复跟踪。 在对象工作区单击该“跟踪”条目前的小方框，可以在停止跟踪和恢复跟踪之间 切换。若不想在对象工作区操作，可以作一个按钮来实现跟踪的显示和隐藏，方 法是使用“动态alpha”功能和变量动画。在前一章也介绍过了。总之，制作动态的函数图像的所有操作都是前面讲过的。这里是复习。类似的方法，在文件5-3指数函数族,zjz中，可以看出函数y=ax的图像 当a变化时的变化情形，如图5-8.图5-8而文件5-4指数函数和对数函数.zjz则将指数函数和对数函数做了对比，如 图5-9。图5-9至于幂函数

14、，它的情形要复杂一些。随着幂指数 k 的不同，幂函数 y=xk 的定义域是不同的。当k取一般实数值时，其定义域为（0, +8）；而当k为整 数时，其定义域为（-8, +8）。文件5-5幂函数族的图像.zjz的第一页，显示了 k取一般实数值的情形。用动画按钮驱动k并对图像跟踪，如图5-10。该文件的 第2页和第3页，则对应于k为偶数或奇数的情形。图5-10在三角函数中，最有用的是一般正弦波函数y=Asin x+Q ）；作出随3 个参数改变而变化的这样的图像的方法，在不少资料中有所讨论。用超级画板作 这样的图像，不过是一个简单的常规操作。见文件5-6 一般正弦波,zjz的第一页， 如图5-11。图

15、5-11注意这里的3个参数A、3、，在输入函数表达式、建立变量尺以及制作动画按钮时，实际用的参数是a、b、c。用动画按钮驱动a、b、c,可以得到指 定的正弦曲线。如何通过参数的变化把基本的正弦函数尸sin x的曲线变为某种 特定的正弦曲线，是中学数学教材的传统内容之一。上述文件的第2页，提供了 实现这种转化的具体操作正弦曲线的变换-1.14 1 J-10.00C10.0C如图5-12。y=a sin(bx+c)动画:削苫动画:2产3 sm(2x+ 彳)动画：al, 31图5-12在图5-12中，有5条曲线。4条虚曲线是固定不动的，它们的表达式用同色 的文本框分别标出在右上角。一条实曲线是可以变

16、化的 , 表达式在上方，就是 尸a sin(bx+c)。自上而下顺次单击3个动画按钮的主钮，驱动3个参数a、b、c 分别变化，则红色的实曲线通过向左平移、沿x轴压缩、沿y轴放大由一条曲线 顺次变为另外3条；再自下而上顺次单击3个动画按钮的副钮，则曲线通过沿y 轴压缩，沿x轴放大，向右平移而复原。从属性对话框中，可以查到这些曲线的方程和定义域。注意，可变化的实曲 线，它的定义域是可变化的参数。习题5-3观察下面的一列文本作图函数命令，这些命令运行时将作出那些 对象？命令中的数字有何意义？其中哪些命令可以用智能画笔和菜单操作实现 (这些命令文本见文件“5-2二次函数.zjz”第2页)？Functi

17、on(y=a*xA2+b*x+c, -6, 6, 200,);Point(a, -2, a, , , a);Point(b, -3, b, , , b);Point(c, -4, c, , , c);Point(-b-(bA2-4*a*c)A(1/2)/(2*a), 0, , , , x_1);Point(-b+(bA2-4*a*c)A(1/2)/(2*a), 0, , , , x_2);Point(-b/(2*a), (4*a*c-bA2)/(4*a), , , , D);Variable(k, 0, 20, );TransformTextU次函数的曲线)；Foot(6, 3, )；Foot

18、(7, 3, )；Foot(8, 3, )；Segment(6, 14, )；Segment(7, 15, )；Segment(8, 16, )；MeasureExpress(floor(k),k)；MeasureExpress(bA2-4*a*c, bA2-4ac);Text(y=$bla,21xA2+$blb,21x+$blc,21);Trace(5, );AnimationVar(a, a: a-5);AnimationVar(b, b: b-5);AnimationVar(c, c: c-5);AnimationVar(a, a: -k-k);AnimationVar(b, b: -k

19、-k);AnimationVar(c, c: -k-k);请把这些命令复制到文本作图的对话框的适当的栏里运行一遍，以证实自己 的结论。习题5-4用一列文本作图函数命令，实现图5-12所示的课件。三 正弦曲线和正切曲线的生成任意角的三角函数的定义和单位圆上的点密切相关。让点在单位圆上运动， 利用单位圆上对应线段随动点的变化而变化的情形，动态地画出三角函数的图 像，是多媒体教学的传统内容之一。使用超级画板的文本作图功能，很容易生成 这样的课件。打开本书配套资源中的文件5-7正弦和正切曲线的生成的第一页，单击动画 按钮，可以看到点6在单位圆上运动，点7在x轴上运动，过点6而平行于x 轴的直线和过点7

20、而垂直于x轴的直线交于点8,点8的踪迹在正弦曲线上。如 图5-13。图5-13上述课件可以由执行下列系列文本命令而生成：CircleOfRadius(1, 1, );Point(cos(t), sin(t), , , , 6);Point(t, 0, t, , , 7);Point(t, sin(t), , , , 8);Locus(7, , , 8 );TransformText(正弦曲线的生成)；Segment(1, 6, );Segment(7, 8, );Segment(6, 8, );Trace(8, );AnimationVar(t,);单击该课件中的“文本命令”按钮，可以看到上述

21、命令。将其复制再粘贴 到文本作图的对话框里，单击“运行命令”按钮，就可以作出图5-13所示的各 个对象。再将对象的属性如轨迹和动画的变量范围、文本和曲线的颜色适当设定 就可以了。上述命令所作出的对象，编号从5开始，因为坐标系已经使用了0到4的编 号。而点(或其它后面可能使用的对象)就用编号来命名，这样后面的命令中引 用时就方便得多。实际上，也可以只用前面6行文本作图命令，因为后面5行可 以用智能画笔或菜单来实现。文件5-7正弦和正切曲线的生成的第二页，用类似的方法生成正切曲线，如 图5-14。图 5-14对应的文本作图命令，单击该课件中的“文本命令”按钮，可以看到相关命令, 共18行：Circ

22、leOfRadius(1, 1, );Point(cos(t), sin(t), , , , 6);Point(1, tg(t), , , , 7);Point(t, 0, t, , , 8);Point(t, tg(t), , , , 9);Locus(8, , , 9 );Point(-pi, 0, , , , -n);Point(pi, 0, , , ,n );Point(2*pi, 0, , , ,2n );Point(3*pi, 0, , , ,3n );TransformText(正切曲线的生成)；LineOfEquation(x=1, );Segment(1, 6, );Segm

23、ent(7, 6, );Segment(7, 9, );Segment(8, 9, );Trace(9, );AnimationVar(t, );其中后面的7行可以用智能画笔或菜单命令来做，可不用文本命令。注意在上述两段程序中，点(第一段程序的点7和第二段的点8)的x拖动 参数为t ,不能省略。因为后面作轨迹时要把这个点作为主动点。另外，文本作图的命令也可以粘贴到左面的程序工作区来运行。操作方法 是把鼠标的光标放在最后一行的末尾，按着Ctrl键打Enter键即可。但是，当粘 贴程序时，就生自动生成一个文本对象，所以程序中生成的所有对象的编号都要 加1。如果不想修改程序，还是在文本作图对话框里运

24、行为好。如果想把正弦曲线描点作图的过程表现得更具体更生动，可以参看本书配 套资源中的文件5-8画正弦曲线，如图5-15。图5-15XyXy0.00000.00003.6652-0.50000.52360.50001.04720.86601.5 70SU.99992.09440.S6592.61800.49993.14160.000027rx单击“描点”按钮，圆周上的点7、x轴上的点8开始运动，过点7而平行 于x轴的直线和过点8而垂直于x轴的直线交于点9。每当点7在圆上走过圆周 的12分之一时，点8相应地向右走过n/6的距离，它们就暂停一下，点9就此 留下正弦曲线上的一个点。随着点的增多，右上方

25、函数表中的数据也相应地增加， 直到点7回到起点，一条通过各点的正弦曲线就出现了。再单击“画线过程”按钮，曲线消失而后自左向右重画一次，如图5-16。描点|画线过程| 函数表|XyKy0.00000.00003.6652-0.50000.52360.50004.1SSS-0.S6601.04720.SG604.7124-0.99991.57080.99995.2360-0.S6592.09440.S6605.7596-0.49992.G1S00.49996.28320.00003.14160.0000图5-16制作这样的课件，有3个难点。一个是点的运动如何走走停停；再者是所 描各点如何能依次出现

26、；还有就是函数表里的数字如何能依次出现？下面给出具体的操作方法。单击“文本命令”按钮，可以看到如下程序：CircleOfRadius(1, 1, );MeasureExpress(floor(t/2)+(t-2*floor(t/2)*sign(1,t-2*floor(t/2)+sign(t-2*floor (t/2),1);Point(cos(m000*pi/6), sin(m000*pi/6), , , , 7);Point(m000*pi/6, 0, , , , 8);Point(m000*pi/6, sin(m000*pi/6), , , , 9);Point(cos(s), sin(s

27、), s, , , 10);Segment(1, 10, 11);Locus(10, ,11);Function(y=sin(x), 0, floor(m000)*pi/6+0.0001, m000+1, );Function(y=sin(x), 0, u, 50, );Point(pi/6, sin(pi/6), , , , );Point(pi/3, sin(pi/3), , , , );Point(pi, 0, , , , n);Point(2*pi, 0, , , , 2n);TransformText(画正弦曲线)；Grid(13, 8, 4, 70, 20, );Segment(1

28、, 7, )；Segment(7, 9, )；Segment(9, 8, )；AnimationVar(t,描点)；AnimationVar(u,画线过程);我们仔细读读这一系列文本作图命令，再运行 它。第1条命令CircleOfRadius(1, 1,);很清楚，就是画一个以原点为心的单位圆。第2条命令是此课件的关键一招。根据命令，测量出带有参数t的一个表达 式，命名为m000。其特点是：当t从奇数增长到偶数时，m000和t同比例地增 长1；而当t从偶数增长到奇数时，m000保持不变。根据函数sign(x,y)和floor(x) 的定义，不难理解这个特点。一时不明白也无妨，需要用这样性质的表

29、达式，从 这里复制就是了。第 3 条命令 Point(cos(m000*pi/6), sin(m000*pi/6), , , , 7);作出圆周上的动点 7。当参数t从0变到24时，m000交替增长和暂停增长，从0变到12；所以点 7正好在圆上运动一周，每走过圆周的12分之一时暂停一下。第4条和第5条命令，作出在x轴上走走停停的点8和停下来就作点的点9； 由于坐标中基本的变量仍是m000,其运动状态和点7同步。第6条和第7条命令，作出圆周上的点10 (注意要填拖动参数s,下面才能 作线段11的轨迹)和它到圆心的线段11。目的是为了下一步作线段11的轨迹。 不这样做，就要作出圆周的12个分点和1

30、2条线段，要麻烦得多。第8条命令，作出线段11的轨迹。在轨迹的属性对话框里，将其频率设置 为13,参数范围设置为0到2*pi，就得到了等分圆周的12条半径。点10和线 段11可以隐藏了。第 9 条命令，又是关键一招。所作出的正弦曲线其定义区间的右端点 floor(m000)*pi/6是动态的，它随着m000的增长而增长；描点的数目m000+1。 再在曲线的属性对话框里勾选“画点”，并且把间断点最小值设置为0.1，使得当 所描的相邻两点距离超过0.1时，两点之间就不再用曲线连接。这样，曲线的图 像就只剩下至多13个孤立的点了。设置情形见图5-17。图 5-17在这样的设置下，如果是注册版的超级画

31、板，只要把表格和此曲线关联(选 择表格和曲线，执行菜单命令对象I曲线和表格关联”)，则当t从0增长到24 时，随着点的增加，表格中的数据也同步增长。第10条命令作出0,u上的正弦曲线，当参数u从0变到2n时，曲线就 自左而右画出来了。第11、12两条命令作出了两个点。这是因为按软件的内部设置，曲线上的 点至少要有4个(对应地，函数表里至少要有4个数据)，当点数少于4时，即开 始2个点描点的效果出不来，特别多作两个点来弥补。这两个点出现的效果，是 使用动态alpha的功能来实现的。其动态alpha参数分别为255*sign(t,2)和 255*sign(t,4)，即它们分别在t2和t4时出现，即

32、点9经过时出现。(本来要做 12个这样的点，现在主要用第9条命令所作的曲线代替了。)第13、14两条命令作出了 x轴上的两个点，用以标明正弦曲线周期为2n。第15条命令作出可变换文本的标题。第16条命令Grid(13, 8, 4,70, 20,);作出和编号为13的曲线(第9条命令所 作)关联的表格。这又是关键的一招。表中的数据会随着曲线上描点的数目的增 加而增加。以下的命令不必用文本作图也能实现了。最后的两条是作出t和u的动画按 钮，设置都可以从属性对话框里查出。习题 5-5模仿文件“5-3正弦曲线的生成”，完全使用文本作图命令，作 出生成余弦函数图像的动画。四 分段函数的图像常用的分段函数

33、，如整数部分函数floor(x),符号函数sign(x,y),绝对值函数 abs(x)等，直接使用文本作图命令即可作出。可参看本书配套资源中的文件“5-9 分段函数的图像.zjz”的第一页。如图5-18。图5-18要把这些图像画准确，必须注意其属性的设置。有断点的函数如y=floor(x) 和y=sign(x,0)，描点数目要足够多，断点附近才画得准；为避免在断点处连线， 要把间断点最小值设置小一些。像绝对值函数y=abs(x)这样的偶函数，描点数目 要设置为奇数，否者会显示出较大的误差。图5-18中，函数y=floor(x)的图像上还根据定义画出了每条线段的左端点。 这可不是作函数曲线的命令

34、的效果，而是另外添加的。你能从对象工作区查出来 这个效果是如何实现的吗？一般的分段函数，可以利用符号函数sign(x,y)来写出它的表达式，再用文本 作图命令来画出其图像。例如，如果函数 贻)在-3, 0上的表达式为(x+1)，在 (0,n )上的表达式为cos(x)，在n，6上的表达式为(x-n )A2-1,则下面就是函 数f(x)在-3，6上的统一的表达式：f(x)=(1-sign(x,0)*(x+1)+sign(x,0)*sign(pi,x)*cos(x)+(1-sign(pi,x)*(x-pi)A2-1)注意，这里使用(1-sign(x,0)和(1-sign(pi,x)而不用 sign

35、(0,x)ff sign(x,pi),是为 了正确地给出分界处的函数值。按上面的表达式，可得f(0)=1；如果把(1-sign(x,0) 换成518口(0,。则有f(0)=0,就不对了。对表达式作测量，就知分晓。上述文件的第二页，如图5-19，就是这个分段函数的图像。图5-19像这样分成3段的函数的图像，也可以分成三个函数的图像来画。这样便于 对每段设置不同的颜色，见上述文件第3页。习题5-6在上一节制作图5-16中的动画时，测量过一个表达式：floor(t/2)+(t-2*floor(t/2)*sign(1,t-2*floor(t/2)+sign(t-2*floor(t/2),1)把此表达式

36、中的t改为X,作出此表达式的函数图像(参看上述文件第4页， 如图5-20)。习题5-7利用符号函数sign(x,y)，用分段表达式在极坐标下写出一个正三 角形周界的方程，再用文本作图命令画出图像(参看上述文件第5页，如图5-21)。文本作图命令;Function(y=floor( )+(x-2*floor(y)*sign(l,x-2*floor(y)+sign(x-2*floor(y),1), 0,12,1000,);图 5-20图5-21五 函数的导数和定积分要作出函数曲线上某点处的切线，需要计算出函数的导数。在程序工作区可以求函数的导数。要计算函数f(x)对x的导数，只要执行 命令Df(f

37、(x),x)；就行了。在第一篇的第5小节里提到过这一操作，在图1-83 中有所显示。本书配套资源中的文件“5-10函数曲线的切线”，说明了作出函数曲线切线 的全过程，如图5-22。图5-22单击图中“显示或隐藏文本作图命令”按钮，可看到制作过程的文本命令 如下：Function(y=aAx*sin(b*x+c), -4*pi, 4*pi, 1000, 5);Variable(a, 6);Variable(b, 7);Variable(c, 8);Point(x,aAx*sin(b*x+c) , x, , , 9);LineOfPointSlope(9, b*(a)A(x)*cos(b*x+c)

38、+sin(b*x+c)*(a)A(x)*ln(a) , );Animation(9, );TransformText(函数曲线的切线)；这里第1行命令，是要求作函数y=axsin(bx+c)在区间-4n ,4n 上的图像， 描点数为1000；最后的参数5注明其编号为5,此时对象的名字与编号保持一致， 便于后面引用。第2、3、4行，分别作出参数a、b、c的变量尺。第5行，作出曲线上的一个点，编号为9。第6行，作出点9处曲线的切线。切线的斜率：b*(a)A(x)*cos(b*x+c)+sin(b*x+c)*(a)A(x)*ln(a) 是在程序工作区这样计算出来的：Diff(aAx*sin(b*x+

39、c),x); b*(a)A(x)*cos(b*x+c)+sin(b*x+c)*(a)A(x)*ln(a) #第7行作出点9的动画；第8行作出可变换文本的标题。将上面的8行命令复制粘贴在文本作图对话框里运行时，要注意当前的对象编 号最大为4。否则，要将文本命令中的对象编号作相应的改变。对于新建的文档， 对象的编号最大总是4。如果复制粘贴在程序工作区运行，即使是新建的文档， 也要将文本命令中的对象编号都加1，因为把程序向工作区粘贴时，会自动生成 一个编号为5的文本对象。新的高中课程标准中，要求讲一些有关定积分的内容。为配合这部分内容， 超级画板提供了函数图像的积分分割表示，以及积分和的测量。打开本

40、书配套资源中文件“5-11曲边梯形的条形分割”，如图5-23。图5-23图中显示出函数y=x2在区间-1, 2上的积分分割。拖动n的变量尺上的滑 钮，可以改变分割的数目；积分下和和上和随着变化。这里，对图像分割并测量出对应的积分和以及定积分，是新的操作。文件中显示的 7 行程序，提供了测量出对应的积分和以及定积分的文本命 令。Function(y=xA2, -1, 2, n, 5);Variable(n, );MeasureLowerArea(5);MeasureUpperArea(5);NumIntegral(5);Text(曲边梯形的条形分割)；Text(y=xA2, x -1,2);上述

41、第1、2行命令是作函数图像和变量尺，是司空见惯的了。第3、4、5 行，分别测量出对应的积分下和、积分上和以及定积分，其中的参数5是函数曲 线的编号；这些函数的名称在软件的文本作图对话框里没有，是本书特别为读 者提供的。后面两条命令，作出两个文本对象，不用文本作图也能做。怎样作出条形分割的图示呢？这在上面的文本命令中看不出来。为了作出这 个效果，只要在曲线的属性对话框里勾选“x轴区域”就可以了。习题5-8作出函数y=cos(x)的图像和曲线上一个动点的切线。为切线设置 动态颜色，使在函数递增处切线为红色，递减处为蓝色(参看文件“5-10函数曲 线的切线”的第2页，如图5-24)。确定直线 画笔

42、埴充渐变文本线型实线。虚统端点线帽 。平坦 r击锯颜色类型0 RGB (jredj green, blue)颜色空间O HLS (hub, ligh.tnesEj saturation)颜色空间o静容颜色 动态颜色Red(Hub)：声：1藕,mi国 p 55- (0 - 255)Green(Li ghtness)Blue (Saturati on)55*signi：min(K),匚 0|2559-255)色厂线宽、颜色1 1I颜色.文本作图命令：Fimction(ycos(x)s-10,10, 500,);Poiiit(K, cos(x), x,)；LineOfPniiitSlope(6, -

43、sin(x),);Animation3,);随函数增减变色的切线唐任平庵算国产值-南笔I取消I动态歌色对象的属性动画图5-24六 函数图象的翻转和旋转很多函数之间存在联系，譬如说函数y=x-2与函数尸？互为反函数，它们关于y=x直 线对称，我们该怎样来表现这一动态翻折过程呢？在文本作图框输入“Function(y=xC2,T0,10,100,);Function(x=y2,-10,10,100,);LineOfEquation(y=x,);” ,点击运行即可得到图 5-25。在函数y=x-2的图象上作点A,依次选择点A,直线y=x,点击【变换】|【关于直 线的对称图形工得到点B,连接AB；在A

44、B上作点C,选择点C,单击右键，点击“动画”弹出对话框后，将动画类型改 为“一次运动”，点击确定。在文本作图框输入工0$(8,11);”，点击运行即可得到当点A运动时，点C的轨迹；凡是牵涉到函数图象关于直线对称都可以采用此法，譬如y=(1/2厂x与y=2x关于y 轴对称，y=log(2,x)与y=log(1/2,x)关于x轴对称，都可以依样处理，甚至几何图形也如 此：作4ABC和线段DE；在文本作图框输入“PointOnPolygon(5,6,8,);，运行后4ABC的边上多处点F；依次选择点F和线段DE,点击【变换】|【关于直线的对称图形】，得到点G,连接FG；在FG上作点H,选择点H,单击

45、右键，点击“动画”弹出对话框后，将动画类型改 为“一次运动”，点击确定；在文本作图框输入“工0$(14,17)；”，点击运行即可得到当点F运动时，点H的轨 迹；但此时的轨迹只是一条线，双击这条线，弹出属性对话框，将最大值那一栏的 的“1”改成“3”，点击确定即可得到图5-27；点击动画，就可以看到4ABC关于线段DE作翻转运动。图5-27用的比较多的函数图象的变换除了翻转，就是关于点旋转了。譬如说：在圆锥曲线的教 学中，总是要分焦点在x轴上和在y轴上讨论，其中以抛物线最麻烦，因为抛物线的开口方 向有4种的不同情况，它的标准方程也有4种形式。(1)在文本作图框输入“ConicOfEquation

46、(yC2=2*x, );ConicRightFocus(5,);Directrix(5, , );”，点击运行即可得到图5-28。(2)在文本作图框输入“0=2=6(5, 1, t);Rotate(6, 1, t);Rotate(7, 1, t)；，点击 运行即可得到图5-29。在文本作图框输入“MeasureNormalOfConic(8);”，运行后测量出新得到抛物线的标准方程；作出参数t的动画，将动画类型改为“一次运动”，将参数范围的最小值改为0，最大值改为pi/2，点击确定。图5-29点击动画按钮左边部分，当动画停止时(图5-30)，我们看到抛物线的方程为x2 = 2*1.0000*

47、j ；点击动画按钮中部分，动画停止后，抛物线的方程为J2 = 2*1.0000* x ；双击动画按钮的绿色部分，弹出动画属性对话框，将参数范围的最小值改为t,最大值改为t+pi/2；点击动画按钮左边部分得到图5-31,继续点击得到图5-32；图5-31图5-30图5-32我们还可以测量出焦点坐标，准线方程以及圆锥曲线的一般方程等，那么当参数t变化 时这些测量值都会随之改变。参看配套资源“5-12函数图象的翻转.zjz和 5-13函数图 象的旋转.zjz”。第五篇的小结本篇说明了与函数曲线有关的基本功能。要注意掌握的,首先是作出函数曲线的文本命令中的参数的意义：函数表达式、变 量的下界、变量的上

48、界以及描点的个数。这些参数都可以使用字母和数学表达式。函数曲线的属性设置对话框里，提供了丰富的变化。在本篇中用到了 “画点”、“x 轴区域”、“间断点最小值”、“曲线的点数”以及“折线段”,请注意体会这些功能的作 用。对于函数曲线，可以通过Grid命令作出函数表；还可以借助程序工作区的求导运 算作出动态的切线；以及作出积分分割、测量积分和等。本篇中有一些技巧和新出现的文本作图命令,特别注意加强练习。附录：函数作图软件的评价和选择1选择软件很重要在中学特别是高中课程中,涉及函数作图的内容很多。用计算机作函数图象,不但快捷精确美观,而 且具有很强的交互性,能够产生种种动态效果；如果使用得当,有助于

49、减轻教师负担,提高学生兴趣,帮 助学生理解数学概念,开阔思路,培育探索精神。近年来，有关使用计算机软件作函数图象的文章屡见不鲜，所涉及的软件五花八门。有动画软件Flash, 课件制作平台Authoware,常用程序语言VB，儿童学习编程语言LOGO,文稿演示软件PPT,数学软件如Matlab、 Mathematica、Maple，统计图表软件Excel,面向数学教学的动态几何软件几何画板和基于动态几何的 多功能教学软件超级画板等等。此外，还有些作者推荐用图形计算器；在网上也能搜索到大量的以函 数作图为主要功能的免费或共享软件。这些文章有的涉及教学设计，有的讲解具体操作，有的论述教育价值。但具体

50、说来，常常是根据其作 者的实际体验，推荐一种软件作为函数作图的工具。至于为何推荐某种软件，作者总说是功能强大，容易 学习，使用方便。至于强大的功能具体在何处，是不是教学上要用的；容易学习和使用到什么程度，如何 界定和比较，则避而不谈，语焉不详。有些文章标题说的是“轻轻松松”画某种函数图象，实际上所介绍 的方法非常繁琐。原因可能是文章的作者对函数作图软件知之甚少，只是说说自己的体会而已。常有老师看了这些文章后莫衷一是，就问：究竟用哪种软件来画函数图象最好？有一种意见认为，各种软件都差不多，软件的选择应当多样化。这是不了解实际情况的说法。不同的 软件差别可以很大。有些软件虽然有函数作图的功能，但主

51、要不是为中学教学而设计的，很多教学上的需 求它不予支持，花时间精力学了，后来又发现不够用，再换另一种软件，就很不合算。至于学习软件的时 间精力投入，以及作图操作的效率，不同的软件差别很大。函数作图是经常要用的，选择软件不恰当，将 导致成倍甚至几十倍的时间和精力的浪费，影响教与学的效率和效果。就上面所提到的种种方案中，多数老师看到有关Flash, Authoware, VB, LOGO以及PPT等操作较复杂 的软件的文章后，一般就知难而退，不会选择这些软件来画函数图象。当然，如果是特别想学习这些软件， 又当别论。这些软件各有自己的长处,但不擅长画函数图象。用于函数图象的教学和学习活动,费时费力。

52、至于图形计算器,在没有条件使用计算机时,不失为一种选择。有条件使用计算机,还是用计算机效 果好得多。比起图形计算器来,计算机操作方便,图形细致美观,还有种种扩展功能。只是一定要有合适 的软件,否则就反而不如图形计算器了。下面，结合上文提及的另几种软件(数学软件如Matlab等，统计图表软件Excel，动态几何软件几 何画板和基于动态几何的多功能教学软件超级画板),讨论一下选择函数作图软件的要点。2选择函数作图软件的要点许多文章都提到了选择软件的理由。例如,有篇文章就列举了这样5条理由：(1)软件的普及性高；(2) 入门操作容易；(3)同步性好；(4)省时省力；(5)功能强大。这些理由已经相当全

53、面,足以作为评价和选择 函数作图软件甚至一般教学软件的基本纲领。但为了便于将几种软件作具体的对比,有必要将这5个条件 归类和细化。这5条中实际上包含了3个方面的要求：一是要求软件容易得到,容易安装。容易得到的最高标准是免费下载或复制,容易安装的最高标准是 即插即用。这样要求比“普及性高”更具体。普及性高当然好,但是也要看是如何普及。如果是合法正版, 或开发商支持教育,免费复制,当然欢迎。如果是因非法复制而普及,则不宜提倡。使用盗版是有风险的。 既有法律上的风险,也有道德上的风险,对学生的思想品德有潜移默化的腐蚀作用。再者是要求软件易学易用。这包含了5条中的入门操作容易和省时省力两条。易学易用的

54、通俗说法就 是傻瓜化,要画函数图象,输入函数表达式,自变量区间,以及样本点的个数就够了(或者更简便：只输 入表达式,另外两项缺省,必要时由用户修改)。如果表达式中含有字母参数,仍照数学表达式的习惯输入 就是,计算机见到命令就作图。如果不仅要画图还要作函数表,就用作表的命令。如果要连续改变参数观 察图形的动态变化,再输入一个命令即可。这叫傻瓜化。但是,傻瓜化也要用不同命令告诉计算机不同的 操作,命令多了就不便记忆,最好是把命令和自然语言联系起来,利用联想的办法来掌握命令。要作函数 表就用命令hsb,要作变量尺就用命令blc,如果对应的汉字多了，还可以用前2后1等规则，例如作参数方 程曲线就用命令

55、csx,这叫联想化。考虑到用户习惯不同，同一件事由于教学要求不同也许要用不同的模式， 有时用菜单,有时用对话框,有时用文本命令等,所以应当有多种模式供用户选择,即多样化。所以,易 学易用可以具体落实到操作傻瓜化,命令联想化和模式多样化。其中最基本的要求是操作傻瓜化。重要的是软件的功能要够用。5 条中的同步性好也是功能问题。其实只要能够随需应变,要同步就同 步,要异步就异步,要单步就单步,教学的需求可以充分满足就好。函数图象的教学几乎贯穿高中3年, 有许多需求,不仅仅是列表描点连线。例如,在函数曲线上作动点,从动点向两坐标轴作垂足,拖动动点 观察自变量的变化和函数值的变化的联系；作出含参数的函数

56、图象，让参数连续变化，跟踪函数图象对函 数族进行观察；利用函数曲线上的两个动点动态地呈现二分法计算零点的过程；对函数曲线作平移、反射 和放缩等变化，以观察一个函数如何连续地转化为另一个函数；过曲线上一点作切线，观察切线斜率的符 号和函数增减性的关系；对曲线形成的曲边梯形作积分分割，计算积分和观察它趋向于定积分的过程；为 了让学生自主探索，还应当有动态测量功能，能够实时测量出点的坐标，直线的斜率等等。即使是列表描 点连线，也可能有更多的需求，例如让样本点的个数由少到多变化，考察所画曲线的准确程度和样本点个 数的关系。总之，对教学中可能出现的与信息技术有关的创意，应当力求支持。软件应当服务于教学的

57、需 求，而不应让教师学生适应软件的已有的功能。有些看来是细节，但却反映了软件是否服务于教学需求的 问题。例如，用Excel作函数表时，函数表达式中的自变量x要用A1代替，参数也不能原样输入。对编程 人员来说，直接根据数学表达式列表作图是很容易的事，为何不让老师学生更方便一些呢？为了清楚简便，下面笔者用表格的方式，将对上述几种软件的有关函数图象教学的功能的考察结果列 出。对每个功能的实现，分为容易、能够和困难三个等级。这几种软件的扩展能力都很强，理论上能实现 的功能很多。这里所谓困难，是说非常繁琐或笔者还不知道如何实现；所谓能够，是指可以组合软件的几 个操作步骤来实现；所谓容易，是指简单的一两步

58、就能傻瓜式的实现。Excel常用数学软件几何画板超级画板免费版是否免费否Maxima免费否是能否即插即用否不详能能列函数表容易能够能够容易画函数图象容易容易容易容易描点数目动态变化困难困难困难容易带参数动态曲线作图能够能够容易容易函数曲线上作动点困难困难容易容易对曲线跟踪困难困难容易容易对曲线作几何变换困难不详能够容易曲线上作动态切线困难困难能够容易曲边梯形积分分割困难不详能够容易几何量的动态测量困难困难容易容易表中最后一行“几何量的动态测量”，主要指测量点的坐标和直线的斜率。表中第一行“常用数学软件”， 包括Matlab、Maple、Mathematica和Maxima。这类软件的操作方式大

59、同小异，函数命令极为丰富，笔者 未能充分了解，因此表中有些项就填上“不详”。从表上看出，选择有关函数图象的教学辅助软件，首选我国自主开发的超级画板。已经会用几何 画板的老师，继续使用它也是一种选择。若想更为省时省力，不妨试一试超级画板。至于Excel,本 不是为教学设计的，用起来事倍功半，不少要做的事难以入手。看了上表，会不会有读者认为制表人对超级画板有偏爱之嫌呢？用它实现表中的功能就都那么容 易？容易到什么程度？让我们来具体了解一下吧。3用超级画板辅助有关函数图象的教学用超级画板画函数图象或造函数表，实现的方法有好几种。下面说的方法操作更加简单，适合初学 者使用。超级画板免费版本的不少操作，

60、要用文本命令执行。为了容易记忆命令，软件特别配备了一个可 以免费下载的“方便空白页面”文档 （由教育部教育信息技术工程研究中心开发，目前仍在进一步扩展之 中），文件名取简称为“方便面.zjz”。该文档有10个空页面可供使用，其程序区支持100多个简单而容易 记忆的命令。命令的构造规律如下：汉字命令不超过3个字时，取拼音的第一个字母组成英文命令。例如：函数表就是hsb,旋转就是xz, 平移就是py。汉字命令长度超过3个字时，取前面2个字和最后一个字的拼音的第一个字母组成英文命令。 例如：函数曲线就是hsx,极坐标曲线就是jzx,圆内接正n边形就是ynx,等等。这样很快就可以记着命 令。少数命令要