 |
Funktion (z+1)(z−i)2(z−1+i)3 kuvaaja |
|
Tyyppiä
y=f(x) olevia funktioita havainnollistetaan helposti xy-tasoon piirrettävillä kuvaajilla. Samantyyppisellä idealla voidaan havainnollistaa tyyppiä
z=f(x,y) olevia funktioita, mutta nyt tarvitaan kolmiulotteinen xyz-avaruus.
Entä sitten vaikkapa kompleksimuuttujan kompleksiarvoinen funktio
w=f(z)? Tässä siis on
z=x+iy ja funktio voidaan hajottaa reaali- ja imaginaariosaksi:
w=u(x,y)+iv(x,y). Esimerkiksi
f(z)=z2=(x+iy)2=(x2−y2)+2ixy, jolloin
u(x,y)=x2−y2 ja
v(x,y)=2xy. Kuvaajan piirtämisen kannalta kyseessä on funktio
R2→R2, missä
(x,y)↦(u,v). Kuvaajaa varten tarvittaisiin siis neliulotteinen xyuv-avaruus. Toki tällaisistakin voisi piirtää kuvia projisioimalla neliulotteisen kuvaajan kolmiulotteiseen avaruuteen vaikkapa yhdensuuntaisprojektiolla ja tästä edelleen kaksiulotteiseksi tasokuvaksi. Tai suoraan neljästä ulottuvuudesta kahteen.
Muunkinlaisia keinoja löytyy. Jos tarkastellaankin funktion
f(z) itseisarvoa
|f(z)|=√u(x,y)2+v(x,y)2, kyseessä on tavallinen kahden muuttujan funktio, jonka kuvaaja --- jonkinlainen pinta --- voidaan muodostaa kolmiulotteiseen avaruuteen. Tällöin toki on hukattu informaatiota eikä kuvaaja periaatteessakaan kerro kaikkea. Mukaan voidaan kuitenkin liittää kuvapisteen
w=u(x,y)+iv(x,y) välillä
]−π,π] oleva napakulma värittämällä kuvaajapinta kohdan
(x,y) yläpuolella napakulman ilmaisevalla värillä. Jokin värikartta tarvitaan, ja tällaiseksi sopii esimerkiksi hue-värimäärittelyn ympyrä (kuva alla). Tällöin kuvaaja sisältää periaatteessa kaiken informaation. Esimerkkinä on jutun alussa oleva funktion
(z+1)(z−i)2(z−1+i)3 kuvaaja.
 |
Hue-värimäärittely |
Yllättävän havainnollinen kuva saadaan myös jättämällä itseisarvo huomiotta ja tarkastelemalla vain napakulmaa, ts. vain kaksiulotteista värikarttaa (= em. kuvaaja katsottuna suoraan ylhäältä). Alla on esimerkkeinä kaksi funktiota. Miten näissä näkyvät funktion nollakohdat ja navat? Miten kertaluku ilmenee?
 |
(z+1)(z−i)2(z−1+i)3 |
|
 |
(z+1)(z−i)2/(z−1+i)3 |
|
Tämän postauksen innoittajana on ollut American Mathematical Societyn Notices-lehden kirjaesittely
Frank A. Farrisin teoksesta
Creating Symmetry: The Artful Mathematics of Wallpaper Patterns (
http://www.ams.org/notices/201511/rnoti-p1350.pdf), jossa keskitytään symmetrisiin (ja kauniisiin) kuvioihin. Näitäkin toki kokeilin, esimerkkinä alla oleva.
 |
a(z5ˉz5)+b(z6ˉz+zˉz6)+c(z4ˉz−6+z−6ˉz4), a=i, b=2−i, c=1+i |
Lopuksi ongelma lukijalle: Mitä tunnettua alkeisfunktiota esittää oheinen kuvaaja? Tässä on siis otettu huomioon sekä itseisarvo että napakulma.
 |
Mikä funktio? |
2 kommenttia:
Eikös tuo hue ole suomeksi ihan vain värisävy?
Sitähän se kai sanana on, mutta siihen voi liittyä myös sävyn muuttuminen välillä [0,1] (tai ympyrän tapauksessa [0,2\pi]) olevan parametrin funktiona.
Lähetä kommentti