使用Mathematica观察多形式根的分布随参数的变化

news2025/6/5 11:16:48

有两种方式观察多项式的根随着参数变化:(1)直接制作一个小的动态视频;(2)绘制所有根形成的痕迹(locus)。

制作动态视频:

(*Arg-plane plotting routine with plotting range and point size*)
CRPlot[z_List, range_List, size_] :=
 Module[{r},
  r = Map[{Re[#], Im[#]} &, z];
  ListPlot[r, PlotStyle -> PointSize[size],
   AspectRatio -> 1, PlotRange -> {range, range},
   PlotRegion -> {{0.05, 0.95}, {0.05, 0.95}}
   ]
  ]
  
  (* function, to extract complex roots of a polynomial equation*)
PolySolver[poly_] := z /. NSolve[poly == 0, z]

(*pylynomial: a simple quintic*)
mypoly[z_, \[Lambda]_] := z^5 + z^3 + z^2 + z + \[Lambda];

(*to create a movie*)
Manipulate[
 CRPlot[PolySolver[mypoly[z, \[Lambda]]], {-2, 2}, 0.05],
 {\[Lambda], 0, 4, 0.2}
 ]

这里有个好处:可以直接观察到根的分布随着参数改变是怎样变化的。

绘制Root Locus:将二维的复数点列延展成一维的复数点列,然后使用CRPLot进行绘制。

CRPlot[
 Flatten[
  Table[PolySolver[mypoly[z, \[Lambda]]], {\[Lambda], 0, 4, 0.2}]
  ],
 {-2, 2}, 0.008
 ]

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