等值集

更新时间:2023-01-08 12:03

等值集(level set)亦称水平集,是等高线、等高面的数学抽象,设函数f:A→R,A⊆Rn,对于常数c,集合{x∈A|f(x)=c}称为f的c等值集,简称等值集,当n=2或3时,等值集常常是曲线或曲面,称为等值线(又称等高线)或等值面(又称等高面),例如,设想f(x)为R3中的温度场,则等值面就是等温面,等值集常用于研究多元特别是二元实值函数的图象。

基本介绍

设f(P)为一函数,c为其值域内的一个数,集合{P|f(P)=c}称为此函数的c等值集。对不同的c,相应有不同的c等值集。

若P是二维的,则c等值集为{(x,y)|f(x,y)=c),一般说来,它是一条曲线。

若P是三维的,则c等值集为{(x,y,z)|f(x,y,z)=c),一般说来,它是一个曲面。

若P是更高维的,则c等值集就没有直观意义。

c等值集可以帮助我们了解f(P)随P而变的情况。

例题解析

【例1】设为已给函数f(P)。

为其4—等值集,它是个圆;

为其3—等值集,它是个圆;

为其2—等值集,它是个圆;

为其1—等值集,它是个圆。

从这些等值集可见当增加时,f(P)也增加f(P)之图像一个茶杯(图1)。

【例2】设为已给函数。

为其1—等值集,它是个圆;

为其2—等值集,它是个圆;

为其3—等值集,它是个圆;

为其4—等值集,它是个点圆。

从这些等值集可见当减小时f(P)增加,f(P)的图象像一顶草帽(图2)。

【例3】 的k等值集是=k。它是一个以(a,b,c)为球心,为半径的球面。球越大,函数值也越大。

从这个例子可见,即使我们不能画出函数的图象,但还是可以通过等值集大致地看出函数值的改变情况。

f(x,y,z)的k等值集是{(x,y,z)|f(x,y,z)=k}。如记f(x,y,z)-k为F(x,y,z),则此等值集即{(x,y,z)|F(x,y,z)=0}不管什么F(x,y,z)=0,这种集合也叫做F(x,y,z)=0的图象而F(x,y,z)=0则叫这图象的方程。

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