Para hacer una gráfica como la que pides tendrías que comenzar por "despejar la x" de tu desigualdad, de modo que puedas decir dónde comienza y dónde termina la flecha roja que quieres pintar en los ejes. Este trabajo deberías hacerlo tú, pues dejar que lo haga Python puede ser muy complejo. Por ejemplo, en la desigualdad que tú planteas (-2x-3>=13) si despejas te queda x<=-8. Con esta información sabemos que queremos pintar una flecha que empiece en -8 y señale a la izquierda.
Pero aún sabiendo esto, para lograr el plot todavía hay que saber muchos trucos de matplotlib como los siguientes:
- Cómo eliminar todos los ejes que matplotlib pinta por defecto alrededor del plot
- Cómo colocar un eje X horizontal que pase por cero
- Cómo poner ticks en el eje X a intervalos de 1 unidad y que las marquitas de los ticks sean más largas de lo normal.
- Cómo dibujar una línea roja (o de otro color) entre dos puntos cualesquiera del espacio de coordenadas
- Cómo añadir una punta de flecha (o un triángulo que mire a izquierda o a derecha) en cualquier punto del eje x
- Cómo añadir un círculo rojo (o de otro color) en cualquier punto del eje X para marcar el extremo del intervalo, y cómo rellenar ese círculo de blanco o no según queramos marcar que el intervalo es abierto o cerrado en ese punto.
- Cómo hacer que estas cosas que hemos pintado en rojo (líneas, triángulos, círculos) aparezcan encima de los ejes (es decir, "tapándolos") y no debajo que es donde matplotlib las pintaría por defecto.
Todo esto es muy largo de explicar, por lo que me voy a limitar a darte el código de la función que lo hace todo (con comentarios para que no sea tan misterioso). La función recibe muchos parámetros pero todos ellos tienen valores por defecto. Más adelante daré ejemplos de cómo usarla para mostrar diferentes intervalos.
def plot_interval(title="Intervalo", start=float("-inf"), end=float("+inf"), start_open=False, end_open=False, x_axis=(-10, 10), color="red"):
"""Parámetros:
- title: Lo que aparecerá encima de la gráfica
- start: punto de la izquierda del intervalo a mostrar. Si no se especifica
se usará -infinito
- end: punto de la derecha del intervalo a mostrar. Si no se espeficica
se usará +infinito
- start_open, end_open: booleanos que indican si esos extremos son abiertos
(por defecto son cerrados). Eso afecta al círculo que los representa
- x_axis: valores a mostrar en el eje x, sobre los que se pintará el
intervalo (por defecto el eje x va de -10 a +10)
- color: color de la línea, flecha y círculo que representa el intervalo
"""
# Crear la figura
fig = plt.figure(figsize= (10,1))
ax = fig.add_subplot(aspect=1)
# Eliminar todos los bordes y preparar el eje x
for borde in ["left", "top", "right"]:
ax.spines[borde].set_visible(False)
ax.spines["bottom"].set_position(("data", 0))
ax.set_xticks(range(x_axis[0], x_axis[1]+1))
ax.set_xlim(*x_axis)
ax.tick_params(which="major", axis="x", direction="inout", length=8)
# Dimensionar eje Y y quitarle los ticks
ax.set_yticks([])
ax.set_ylim(-1, 1)
# Preparar algunas variables según los extremos de los intervalos
# sean infinito o no. Las variables que se preparan son:
# x0, x1 (puntos de inicio y fin de la línea roja)
# x0shape, x1shape (si hay que poner un triángulo o círculo en cada extremo)
if start==float("-inf"):
x0 = x_axis[0] # Punto en que comienza la linea roja
x0shape = "arrow"
else:
x0 = start
x0shape = "circle"
if end==float("+inf"):
x1 = x_axis[1]
x1shape = "arrow"
else:
x1 = end
x1shape = "circle"
# Pintar la línea roja. El zorder=3 hará que se pinte encima del eje
ax.plot((x0, x1), (0,0), color=color, clip_on=False, zorder=3)
# Pintar los extremos del intervalo
if x0shape == "arrow":
# Si hay que pintar flecha, se pinta un triángulo ("<k")
# El zorder=4 hará que se pinte encima de la línea roja
ax.plot(x0, 0, "<k", color=color, markersize=10, clip_on=False, zorder=4)
else:
# Si no hay que pintar flecha, se pinta un círculo
# facecolor es el color de relleno, que depende de si el extremo es abierto o cerrado
c = plt.Circle((x0, 0), 0.2, edgecolor=color, facecolor="white" if start_open else color, clip_on=False, zorder=4)
ax.add_patch(c)
if x1shape == "arrow":
ax.plot(x1, 0, "k>", color=color, markersize=10, clip_on=False, zorder=4)
else:
c = plt.Circle((x1, 0), 0.2, edgecolor=color, facecolor="white" if end_open else color, clip_on=False, zorder=4)
ax.add_patch(c)
# Finalmente añadimos el título
ax.set_title(title)
return ax
Ejemplos de uso
Nota, siempre paso un título a todos los casos y uso fórmulas TeX en el título, de ahí los signos de dólar. Observa también que no es necesario especificar todos los parámetros. Los que no se ponen toman su valor por defecto.
plot_interval(r"$(-\infty, \infty)$")
plot_interval(r"$(-\infty, -5)$", end=-5, end_open=True)
plot_interval(r"$[3, \infty)$", start=3)
plot_interval(r"$[3, 6)$", start=3, end=6, end_open=True, x_axis=(0,10))
Y finalmente, el caso de tu ejemplo:
plot_interval(r"$-2x-3\geq13$", end=-8, x_axis=(-12,2))
Bonus. Dejando que Sympy resuelva la desigualdad
Si te parece muy complicado despejar tú mismo la x
de la desigualdad, puedes instalar Sympy, que es un procesador simbólico matemático de capacidades similares en cierta forma a las de Wolfram-Alpha.
Además, es muy sencillo integrar la solución que te da Sympy con la función que he mostrado antes. He aquí un ejemplo (fíjate que he usado >
en vez de >=
para que veas que se pinta correctamente el intervalo abierto):
from sympy.parsing.sympy_parser import parse_expr
from sympy import solveset, S, latex
ineq = parse_expr("-2*x-3 > 13")
interval = solveset(ineq, domain=S.Reals)
plot_interval(title=latex(ineq, mode="inline"),
start=interval.start, end=interval.end,
start_open=interval.left_open, end_open=interval.right_open,
x_axis=(-12, 5),
color="coral")
Resultado: