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关于常值函数f:ℝ²→ℝ,f(x,y)=i的图像的技术问询

关于常值函数$f:\Bbb{R}^2\longrightarrow \Bbb{R}$,$f(x,y)=i$的图像的技术问询

嘿,同学,你的这个问题提得特别棒,能留意到函数定义域和值域的细节,说明你真的在用心思考!咱们一步步把这个问题理清楚:

首先,先看你给出的函数定义:$f:\Bbb{R}^2\longrightarrow \Bbb{R}$,这个符号的意思是,这个函数是从二维实数平面(输入是$(x,y)$,x和y都是实数)映射到实数集(输出必须是一个实数)的。但你写的函数值是$f(x,y)=i$,这里的$i$是虚数单位(也就是$\sqrt{-1}$),它并不属于实数集$\Bbb{R}$——这就好比你规定一个函数只能输出整数,但你让它输出1.5一样,不符合函数值域的要求,所以这个函数的定义其实是“不合法”的哦。

那如果我们调整一下函数的定义,把值域改成复数集$\Bbb{C}$(也就是$f:\Bbb{R}^2\longrightarrow \Bbb{C}$),这个常值函数$f(x,y)=i$的“图像”是什么样的呢?

  • 通常我们画函数图像时,输入的维度决定了需要多少个坐标轴来表示:这里输入是$(x,y)$,所以需要x轴和y轴(都是实数轴)。
  • 输出是复数$i$,复数可以用复平面来表示(实轴+虚轴),但如果要把这个函数的完整图像画出来,需要用到四维空间(x、y是输入的两个维度,实部、虚部是输出的两个维度),这是我们没法直接可视化的。
  • 不过如果我们简化一下,只关注输出的虚部(因为这里输出的实部是0,虚部是1),把z轴设为虚部的数值,那这个函数的图像就可以看成是三维空间里z=1的平面——这个平面和x-y平面平行,x和y可以取任意实数,所有点的z坐标都是1。这应该就是你想象中“z是虚轴”的情况啦。

最后给你总结一下:

  • 严格按照你最初写的$f:\Bbb{R}^2\longrightarrow \Bbb{R}$来定义的话,$f(x,y)=i$是无效的,因为$i$不是实数。
  • 如果把值域改成复数集,这个常值函数的完整图像在四维空间里,没法直接画;但简化到三维空间的话,就是平行于x-y平面的z=1平面。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者user1179665

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