拉普拉斯:两个方向相加

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f = x² + y²
向上的碗的曲面与截线蓝色是 x 方向截线,红色是 y 方向截线,黄色是中心和四个邻点。各方向的二阶导数为 2,和为 4。
x 截线y 截线● 五点采样
解析fxx = 2fyy = 2Δf = 4
差分x: 2y: 2Δₕf = 4
C 中心0E +x0.36W −x0.36N +y0.36S −y0.36

四邻均值 μ = 0.36;μ − fC = 0.36
Δₕf = 4(μ − fC)/h²;绝对误差 0

两个方向都向上弯曲,2 + 2 = 4。

公式与操作说明

固定 y = y₀ 得到蓝色 x 截线;固定 x = x₀ 得到红色 y 截线。高度显示 f(x, y),各曲面使用同一坐标范围、视角和高度比例。

x 方向差分:(fE − 2fC + fW)/h²;y 方向差分:(fN − 2fC + fS)/h²。这里的邻均不包含中心 C。E/W 指定义域 x 的正/负方向,N/S 指 y 的正/负方向;与旋转后的屏幕方向无关。

三个二次曲面与斜平面的差分恰好等于解析值(浮点舍入误差除外)。选“四次函数”,可看到 Δf = 3x₀² + 3y₀²,Δₕf = Δf + h²;h 减半,误差缩小到四分之一。二阶导数相加为零不代表曲面是平面。

滑块可用方向键调整,所有视角按钮可用键盘操作。默认不捕获触摸拖动;打开“拖动”后可旋转,结束后关闭即可继续滑动正文。放大缩小请用 + / −。如果 WebGL 或网络不可用,SVG 投影仍支持所有参数和视角按钮。网址加 ?renderer=svg 可主动使用无网络版本。