如何为Matplotlib绘制的半圆曲线添加垂直于切线的箭头？

对于圆上的点来说，切线的垂线就是半径所在的方向，所以我们可以利用这个几何特性快速绘制箭头，步骤如下：

• 计算每个点相对于圆心的方向向量（即半径方向），这就是垂直于切线的方向
• 对方向向量做归一化，保证所有箭头长度一致
• 使用Matplotlib的quiver()函数绘制箭头

修改后的完整代码如下：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

r = 2
h = 0
k = 0

x0 = h - r
x1 = h + r

x = np.linspace(x0, x1, 9)
y = k + np.sqrt(r**2 - (x - h)**2)

# 计算法线方向向量（从圆心指向点），并归一化
dx = x - h
dy = y - k
# 归一化处理，确保箭头长度统一
norm = np.sqrt(dx**2 + dy**2)
dx_normalized = dx / norm
dy_normalized = dy / norm

plt.scatter(x, y)
# 绘制垂直于切线的箭头，scale控制箭头长度，width控制箭头宽度
plt.quiver(x, y, dx_normalized, dy_normalized, scale=15, width=0.005, color='red')
plt.xlim(-4, 4)
plt.ylim(-4, 4)
# 设置坐标轴等比例，避免箭头方向因坐标轴拉伸失真
plt.gca().set_aspect('equal', adjustable='box')
plt.show()

额外调整说明 #

• 若需要箭头指向圆心（内侧），只需将方向向量取反，即使用-dx_normalized和-dy_normalized
• scale参数可按需调整，数值越大箭头显示越短；width控制箭头的粗细
• 必须设置坐标轴等比例，否则箭头的垂直关系会因坐标轴缩放出现视觉偏差

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jack