如何绘制带有标签和阴影区域的函数？

Question

我花了整个下午的时间来绘制一个函数，正如你在这张图上看到的那样：

我以为这不会太难。但我错了。我已经向谷歌寻求帮助，我只知道，我必须使用tikz。现在我得到的答案真是太可耻了：

\documentclass{article} 

\usepackage[svgnames]{xcolor}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{pgfplots}

\begin{document}
\begin{tikzpicture}
\draw[->] (-0.2,0) -- (5.5,0) node[right] {$x$};
\draw[->] (0,-0.2) -- (0,5.5) node[right] {$u_1$};
\end{tikzpicture}
\end{document}

对此我深感抱歉，但我不知道。有人能帮我吗？任何回复我都非常感谢！！

PS：函数由 2*x-1 和 -2*x+1 描述

Answer 1

正如 Ignasi 所建议的，解决方案是pgfplots...它并不像纯 TikZ 解决方案那么简单，但是它基于我对类似您的问题的回答并保留了绘画风格（如果这很重要）：

\documentclass[border=3mm,multi]{standalone}
\usepackage{pgfplots}
    \pgfplotsset{width=8cm, compat=1.13}

\begin{document}
    \begin{tikzpicture}[
every pin edge/.style={<-,draw=black}
                        ]
  \begin{axis}[
axis y line=left,                   % <-- left y axis
ylabel style={at={(0,1)},rotate=-90,anchor=south},
ylabel=$u_1$,
ytick={0, 1},
yticklabels={$-1$, $1$},
%
axis x line=bottom,                 % <--
xlabel style={at={(1,0)},anchor=west},
xlabel=$x$,
xtick={0, 1},           
xticklabels={$0$, $1$},
%
domain=0:1,
xmin=0,xmax=1.1,ymin=0,ymax=1.1,
clip=false
                ]
    \addplot[draw=none] {x}; % <-- dummy line, 
                             % instead it can be drawn some function 
                             % (this is not clear from question)
% 
\draw[very thick, draw=red, fill=red!30]
    (0,0) -- (0.5,0.5) -- coordinate[pin=above right:{$u(x,R)$}] (ur) (1,0);
\draw[very thick]
    (0,1) -- (0.5,0.5) -- coordinate[pin=below right:{$u(x,L)$}] (ul) (1,1);
%
\draw[dashed]   (0,1)  -| (1,0);
\draw[dashed,draw=red]
                (0,.50)  node[left]  {$V=0$}  -| (0.5,0)  node[below] {$\frac{1}{2}$};
    \end{axis}
    \end{tikzpicture}
\end{document}

生成的图像：

编辑： 除了在 中绘制线条外pgflots，还可以使用addplot宏来执行此操作：

    \begin{axis}[ .... ]
\addplot[very thick, draw=red, fill=red!30]
        coordinates {(0,0) (0.5,0.5) (1,0)};
\addplot[very thick, draw=black]
        coordinates {(0,1) (0.5,0.5)  (1,1)};
\node[pin=below right:{$u(x,L)$}] at (0.75,0.75) {};
\node[pin=above right:{$u(x,R)$}] at (0.75,0.25) {};
    %
\draw[dashed]   (0,1)  -| (1,0);
\draw[dashed,draw=red]
                    (0,.50)  node[left]  {$V=0$}  -| (0.5,0)  node[below] {$\frac{1}{2}$};
\end{axes}

如果文档中有更多pgfplots图片，您可以定义常用预设，然后在特定图片中调用这些预设。这样，图片代码就会变得更加简洁（请参阅我关于绘图集）

Answer 2

TiKZ含有 的纯净物（不含）的溶液pgfplots：

\documentclass{article} 

\usepackage[svgnames]{xcolor}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{tikz}
%\usepackage{pgfplots}

\begin{document}
\begin{tikzpicture}[scale=2]
\draw[->] (0,-1) -- (1.5,-1) node[right] {$x$};
\draw[->] (0,-1) -- (0,1.5) node[above] {$u_1$};
\draw[dashed] (0,-1) rectangle (1,1);
\draw (0,1) node[left] {1} -- coordinate (aux) coordinate[near end](aux2) (1,-1) node[below] {1};

\draw (0,-1) node[left] {-1} node[below]{0} --coordinate[pos=0.7] (aux3) (1,1);
\filldraw[thick, red, opacity=.5] (0,-1)--(aux)--(1,-1)--cycle;
\draw[red, thick,dashed] (0,0) node[left] {$V=0$} -| (0.5,-1) node[below]{$\frac{1}{2}$};

\draw[<-] (aux2) --++(15:1cm) node[right]{$u(x,R)$};
\draw[<-] (aux3) --++(-15:1cm) node[right]{$u(x,L)$};

\end{tikzpicture}
\end{document}