很多人一提到Excel,脑子里蹦出来的就是密密麻麻的格子,是财务报表,是数据清单。死板,枯燥,对不对?要是跟你说,这个天天跟数字打交道的家伙,其实骨子里是个隐藏的艺术家,能画出超级漂亮的函数图像,你信吗?
别不信。这事儿,还真能办到,而且比你想象的要简单得多。忘掉那些专业的绘图软件吧,什么Mathematica,什么MATLAB,对于咱们日常的学习或者工作汇报,杀鸡焉用牛刀?Excel,足够了,而且能玩出花来。
今天我就把压箱底的这点小伎俩给你掰扯明白,怎么用Excel画出那些在数学课本里让你头疼的函数曲线。
核心思想:先喂饱它,再让它画
你得先明白一个底层逻辑,一个Excel跟专业数学软件最大的不同点。Excel它……怎么说呢,它有点“笨”。你直接给它一个 y = x² 这样的公式,它是不认识的。它看不懂这个抽象的、代表着无穷可能性的“函数关系”。
Excel只认具体的东西,那就是“点”。
没错,就是点!一个一个具体的坐标点 (x, y)。你给它一个点 (1, 1),它知道。你再给它一个点 (2, 4),它也知道。你给它成百上千个这样的点,它就能把这些点连起来,用一条平滑的线串联起来,然后,duang!函数图像就出来了。
所以,咱们在Excel里画函数的整个过程,本质上就是一个 “造点” 然后 “连线” 的过程。这个思想,是所有操作的基石,你得先把它刻在脑子里。点构成线,这就是Excel的绘图哲学。
实战演练:就拿最经典的二次函数 y = x² - 2x + 1 开刀
理论说再多都虚,直接上手。咱们就拿这个大家都很熟悉的抛物线来练练手。
第一步:铺设X轴,也就是“造”出自变量
打开一个空白的Excel表格。找一列,比如A列,咱们就用它来存放所有的 x 值。
你总得给函数一个定义域吧?就是 x 的取值范围。咱们先画个 -5 到 5 之间的图像看看。
你不会真想一个一个手动输入 -5, -4.9, -4.8 吧?那也太瞧不起Excel了。
在 A1 单元格里,输入表头,比如就叫 “x值”。
在 A2 单元格里,输入我们起始的x值:-5。
接下来,是关键。你想让图像多精细?这就取决于你x值的步长。步长越小,点越密集,画出来的线就越平滑。咱们先用 0.1 的步长试试。
所以在 A3 单元格里,输入 -4.9。
然后,见证奇迹的时刻。同时选中 A2 和 A3 这两个单元格,看到右下角那个小小的、黑色的实心方块了吗?那个叫填充柄,它简直是Excel的灵魂之一。
把你的鼠标光标移到那个填充柄上,光标会变成一个黑色的“+”号。按住鼠标左键,往下拖!一直拖!拖到你看到数值变成 5 为止。松开手,一整列从 -5 到 5,步长为 0.1 的 x 值就瞬间生成了。
爽不爽?这就是Excel的魅力。咱们的“骨架”就搭好了。
第二步:计算Y值,把函数关系“翻译”给Excel听
现在我们有了 x,该求对应的 y 了。
在 B1 单元格,输入表头 “y值”。
然后在 B2 单元格,也就是对应 x=-5 的那个y值单元格,我们要输入公式了。记住,Excel里的公式都以等号 = 开头。
我们的函数是 y = x² - 2x + 1。在Excel的语言里,x 就是它左边的 A2 单元格。所以,公式应该这么写:
=A2^2 - 2*A2 + 1
或者写成这样也行,更规范:
=A2*A2 - 2*A2 + 1
那个 ^ 符号就是次方的意思,在英文输入法下按 Shift + 6。输入完后,敲回车。你会看到 -5 对应的 y 值 36 就自动算出来了。
接下来,又是那个填充柄大显神威的时候了。选中 B2 单元格,鼠标移动到右下角的填充柄上,变成黑色“+”号,这次不用选中两个了,直接双击!或者按住往下拖,拖到和你A列数据一样长的地方。
松手的一刹那,所有的 y 值,哗啦一下,全都算好了。每一个 B 单元格里的公式,都会自动地、智能地引用它左边对应的 A 单元格。B3 用的就是 A3,B10 用的就是 A10。Excel帮你搞定了一切。
到现在,我们已经“造”出了一百多个坐标点 (x, y)。准备工作,全部完成。
第三步:召唤图表,见证图像诞生
这是最激动人心的一步。
选中你刚刚创建的所有数据,也就是从 A1 到 B 列最后一个数据,把这两列都选中。
然后,在Excel顶部的菜单栏里,找到 “插入” 选项卡。
在“插入”里面,找到 “图表” 那一块区域。这里有很多图表类型,千万别选错。画函数图像,最最推荐,也是最正确的是 “散点图”!
为什么是散点图?因为散点图是唯一一个会严格按照 (x, y) 坐标来定位点的图表。如果你选了折线图,它可能会把你的x轴当成 1, 2, 3... 这样的序号,画出来的东西就完全不对了。
点击“散点图”,你会看到好几个子选项。比如“仅带数据点的散点图”、“带平滑线和数据点的散点图”、“带平滑线的散点图”。
为了得到一条优美的曲线,我们就选 “带平滑线的散点图”。
点击下去的瞬间,一张漂亮的、平滑的抛物线图像,就出现在你的工作表里了。
是不是很有成就感?你亲手“创造”了一个函数图像。
进阶玩法:挑战更复杂的函数
掌握了基本功,什么函数画不出来?
三角函数 y = sin(x)
这个有点小坑。Excel里的三角函数,比如 SIN(),COS(),它们吃的参数是弧度,不是我们习惯的角度。
所以,你在造 x 值的时候,可以从 0 开始,步长设为 0.1,一直拉到 6.28 左右(也就是 2π)。
y 值的公式就是:=SIN(A2)。如果你的 A 列是角度,比如 30°,45°,那公式就得写成 =SIN(RADIANS(A2)),用 RADIANS() 函数把角度转成弧度。
分段函数
这个就得请出Excel里的逻辑大神——IF函数了。
比如这个函数:
当 x < 0 时,y = x + 2
当 x ≥ 0 时,y = x²
假设 x 值还是在A列。那么B2单元格的公式就可以这么写:
=IF(A2<0, A2+2, A2^2)
这个公式的“人话”翻译就是:如果 A2 的值小于0,那么 y 就等于 A2+2,否则(也就是A2大于等于0的情况),y 就等于 A2的平方。
把这个公式往下一拖,分段函数的点也就造好了。再用同样的方法插入“带平滑线的散点图”,一条在 y 轴处发生转折的神奇曲线就诞生了。
美化你的图表:让它从“能看”到“好看”
Excel默认生成的图表,说实话,有点丑。蓝色的线条,简单的网格,跟论文里的插图比差远了。
但别急,这玩意儿的可塑性极强。
- 双击图表标题,就能改成你想要的名字,比如“函数
y = x² - 2x + 1图像”。 - 点击坐标轴,右键选择“设置坐标轴格式”,你可以修改最大最小值、主要单位(网格线的疏密),还能加上数轴的箭头。
- 点击图表区右上角的“+”号,可以添加坐标轴标题(给x轴和y轴命名)、图例(如果你画了多条线)、网格线等等。
- 双击那条函数曲线,在右边弹出的“设置数据系列格式”里,你可以把线条的颜色、粗细、样式全都改个遍。想改成热情的红色?没问题。想改成虚线?也可以。
一通捣鼓下来,一张专业、美观、完全属于你个人风格的函数图就出炉了。
说到底,用Excel画函数图,考验的不是你有多懂数学,而是你能不能理解它那个有点实在、甚至有点笨拙的“造点”逻辑。一旦你抓住了这个核心,把抽象的函数关系,转化为它能听懂的一列x和一列y,那剩下的,就只是鼠标点一点、拖一拖的体力活了。
下次再面对一个复杂的函数,别怵。打开Excel,给它一点耐心,喂给它足够多的点,它就能为你描绘出那个函数的“模样”。这个过程,本身就充满了创造的乐趣,不是吗?
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