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三元相圖


TernaryDiagramTriangularGrid

三元相圖是一種三角形 ,它使用重心座標顯示總和常數的三個變數比例。 如上圖所示,這種圖的座標,其中 x 軸、y 軸和 z 軸均被縮放,使得 0<=x,y,z<=1,並且網格線表示值 x,y,z=n/6n=1,2,...,5。 在大多數情況下,三元圖繪製在等邊三角形上,如上圖所示,儘管在某些情況下,在直角三角形圖上繪製也並不少見 (West 2013)。

三元相圖有時也被稱為三元圖、三角形圖、三元圖形、單純形圖和 de Finetti 圖,儘管後一個術語通常保留給人口遺傳學中常見的一類特定的三元相圖。 這種圖經常在相平衡研究中遇到,並且在許多物理科學中也相當常見。

座標 (x,y,z)
A(0,0,0)
alpha(1/3,0,0)
beta(2/3,0,0)
B(1,0,0)
gamma(2/3,2/3,1/3)
delta(1/3,1/3,2/3)
C(0,0,1)
epsilon(0,0,2/3)
zeta(0,0,1/3)

為了方便起見,在第一張圖中,座標軸上繪製了一些“基點”。 其中包括重心 P(1/3,1/3,1/3),以及座標在上面的表格中給出的另外九個點。 請注意,圖中標記為 ABC 的點分別表示 100% A、100% B 和 100% C,這將在隨後的討論中詳細說明。

TernaryDiagramCoordinates

乍一看,似乎在三元圖上繪製的點的座標是隨機選擇的,但實際上,有許多等效的方法來計算二維 x=(x,y) 的三元座標。 最直觀的方法是以圖形方式獲得它們,這可以透過上圖所示的方式完成。 首先,繪製線段 ARBQCP,其中 P、Q 和 R 分別是線段 ABACBC 上的點,它們分別是這些線段與透過 x 且分別以 CBA 為起點的射線的交點。 這樣做後,就可以得到 A 座標、B 座標和 C 座標的關係——分別表示為 %A=%A(x)%B=%B(x)%C=%C(x),以表明實際上,這些座標通常表示組分 ABC 的加權百分比——透過以下關係

 %A=(|Rx|)/(|AR|),A
(1)
 %B=(|Qx|)/(|BQ|),B
(2)

 %A=(|Px|)/(|CP|).C
(3)

這裡,|s| 表示線段 s歐幾里得長度

TernaryDiagramCoordinates2

如上圖所示,可以使用稍微不同的幾何構造來計算點 x=(x,y) 的三元座標。 使用這種技術,可以透過在 AB 中繪製 m,o in AB、在 BC 中繪製 p,s in BC、在 AC 中繪製 n,r in AC,然後透過構造穿過 x 且分別平行於邊 BCACAB 的線段 mnoprs,來獲得每個組分 ABC 的百分比。 在這種情況下,A 的百分比等於長度 |mB|=|nC|,而 B 的百分比等於 |oA|=|pC|,C 的百分比等於 |rA|=|sB| (West 2013)。 使用這種方法,通常有利於繪製如上圖第一張圖中的三角形網格線。

一種不太直觀、更代數的方法來計算點 x 的三元座標是首先考慮三元組 (%A,%B,%C)R^3 中標準 2-單純形上的立體投影。 使用這種方法,可以將組分 ABC 的 100% 分別識別為座標 (0,0,1)(0,1,0)(1,0,0),並透過等距旋轉三個座標軸,執行從 R^3R^2 的自然立體投影。 這樣做會產生一個在 R^2 中看起來像等邊三角形的圖形,其中 100% C(0,0),100% B(1,0),100% A

 100%A=(1/2,(sqrt(3))/2).
(4)

結果是,分配給任意三元組 (a,b,c)0<=a,b,c<=1 的笛卡爾三元座標具有以下形式

 (1/2(a+2b)/(a+b+c),(sqrt(3))/2a/(a+b+c)).
(5)

將資料表示為三元相圖具有一些好處。 除了在二維圖中表示三變數資料的明顯好處外,使用三角形軸可以快速表示某些現象。 例如,在第一張圖中,平行於例如線段 BC 的網格線表示 %A 為常數的點。 類似地,在第二張圖中,包括 A、B 或 C 的線段表示其他兩個組分的比率恆定的資料; 例如,在第二張圖中,比率 B:C 沿線段 AR 固定 (Cornish)。


另請參閱

重心座標, 笛卡爾座標, 座標系

本條目由 Christopher Stover 貢獻

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參考文獻

Bogomolny, A. "重心座標,三個水罐應用。" 互動數學雜談和謎題. http://www.cut-the-knot.org/triangle/glasses.shtml.Cornish, L. "三元相圖。" http://sig.ias.edu/files/Ternary%20Phase%20Diagrams.pdf.Vaughn, W. "三元圖。" 2010. http://wvaughan.org/ternaryplots.html.West, D. 三元平衡圖,第二版 New York: Springer, 2013.

請引用為

Stover, Christopher. “三元相圖。” 來自 Web 資源,由 Eric W. Weisstein 建立。 https://mathworld.tw/TernaryDiagram.html

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