两个函数之间的切线答案

【问题标题】：Tangent Line Between Two Functions两个函数之间的切线
【发布时间】：2018-05-17 06:44:02
【问题描述】：

给定两个函数，我想找到它们之间的切线。如果给定两个任意函数 f(x) 和 g(x)，则其公式/系统为：

f(x)-x*f'(x)-g(y)+y*g'(y)=0
f'(x)-g'(y)=0

当求解时，假设 x=a 和 y=b，给出两个点：(a,f(a)) 和 (b,g(b))，这样就可以在它们之间画一条线。我想找到之间切线的函数是 x^-x 及其一阶导数 (x^-x(-ln(x)-1))。我的代码是：

import sympy as sp
import numpy as np
import scipy.optimize as opt

n=1
s1,s2=sp.symbols('s1 s2')

def f1(z1):
return z1**-z1


def myFunction(z):
   x=z[0]
   y=z[1]
   q1=f1(s1)-s1*sp.diff(f1(s1),s1,n)- 
   sp.diff(f1(s2),s2,n)+s2*sp.diff(f1(s2),s2,n+1)
   q2=sp.diff(f1(s1),s1,n)-sp.diff(f1(s2),s2,n+1)

   F=np.empty((2))
   F[0]=abs(q1.subs([(s1,x),(s2,y)]))
   F[1]=abs(q2.subs([(s1,x),(s2,y)]))
   return F
zGuess=np.array([0.6,1.3])
z=opt.fsolve(myFunction, zGuess)
print(z)

解决方案应该是 x=0.59515 和 y=1.37866，但它显示“无法计算 0.6 的一阶导数”。在分别对 x 和 y 求导后，我不知道如何让它输入求解系统的初始值。我如何在能够改变 n 的同时解决这些值，以便在一阶导数和二阶导数之间也可以找到切线，依此类推？这是一张显示它的样子的图片。

【问题讨论】：

嘿@Mr. T，我意识到我必须使用虚拟变量进行微分，然后使用 subs 函数根据 x 和 y 获取它，但现在它说“不能将复数转换为浮点数”。这些功能很复杂，但并不复杂。（即实数和虚数）python 甚至可以解决像这样的长方程吗？这些就是系统方程的样子。 -xx**(-x)*(-log(x) - 1) + yy**(-y)*((log(y) + 1)**2 - 1 /y) - y**(-y)*(-log(y) - 1) + x**(-x) , -y**(-y)*((log(y) + 1)** 2 - 1/y) + x**(-x)*(-log(x) - 1)

标签： python-3.x system derivative

【解决方案1】：

我想出了如何解决这个问题。以下是解决方案。

import sympy as sp
import numpy as np
import scipy.optimize as opt
s1,s2=sp.symbols('s1 s2')

def f1(z1):
    return z1**-z1

def myFunction(z,n):
    x=z[0]
    y=z[1]

    if n % 2 ==0:
        w1=1
        w2=-1

    else:
        w1=-1
        w2=1
    q1=w2*sp.diff(f1(s1),s1,n-1)-w2*s1*sp.diff(f1(s1),s1,n)- 
w1*sp.diff(f1(s2),s2,n)+w1*s2*sp.diff(f1(s2),s2,n+1)
    q2=w2*sp.diff(f1(s1),s1,n)-w1*sp.diff(f1(s2),s2,n+1)

    F=np.empty((2))
    F[0]=abs(q1.subs([(s1,x),(s2,y)]))
    F[1]=abs(q2.subs([(s1,x),(s2,y)]))
    return F


j1=1
j2=10
z=np.empty((j2+1,2))
for i in range(j1,j2+1):
    n=i
    a=float(0.5211*n+0.184)
    b=float(0.916745*a+0.794333)
    zGuess=np.array([a,b])
    z[i,:]=opt.fsolve(myFunction, zGuess, n, maxfev = 6000)
    print(z[i,:])

这个解决方案给出了前十对点。完成后的输出是

[ 0.59515445  1.37866112]
[ 1.19255583  1.87697191]
[ 1.75662656  2.37914507]
[ 2.29484826  2.87469058]
[ 2.81278951  3.36119549]
[ 3.31426591  3.83840029]
[ 3.80198665  4.30671276]
[ 4.277955    4.76673553]
[ 4.74370426  5.21909897]
[ 5.20044161  5.66440097]

【讨论】：