Matplotlibで2つの曲線間の領域を塗りつぶして可視化する方法

Matplotlibで描画した2つの曲線の間の領域（面積）を求めたい場合、fill_between()メソッドを使うのが最も簡単な方法です。この記事では、実際のコード例を通じて、2つの曲線間の領域を色やハッチングパターンで塗りつぶして可視化する手順を解説します。

実装の手順

• 図のサイズを設定し、サブプロット間および周囲の余白（パディング）を調整します。
• NumPyを使ってx、c1、c2のデータポイントを作成します。
• plot()メソッドを使用して、(x, c1) と (x, c2) の2つの曲線をプロットします。
• fill_between()メソッドを使い、2つの曲線c1とc2に挟まれた領域をグレー色・ハッチング「|」で塗りつぶします。
• show()メソッドを呼び出して図を表示します。

コード例

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

x = np.linspace(0, 1, 100)
c1 = x ** 2
c2 = x

plt.plot(x, c1)
plt.plot(x, c2)
plt.fill_between(x, c1, c2, color="grey", alpha=0.3, hatch='|')

plt.show()

コードのポイント解説

np.linspace(0, 1, 100)は、0から1までの範囲を100等分した配列を生成します。ここでは、曲線c1としてy = x²（放物線）、曲線c2としてy = x（直線）を定義しています。0から1の範囲では常にc2がc1より大きいため、両曲線の間に領域が生まれます。

fill_between(x, c1, c2)は、第1引数に共通のx値、第2・第3引数に上下のy値を渡すことで、その間を塗りつぶします。主なオプション引数は以下の通りです。

• color="grey"：塗りつぶしの色を指定します。
• alpha=0.3：透明度を指定します（0〜1）。小さいほど薄く表示されます。
• hatch='|'：ハッチング（斜線などの模様）パターンを指定します。「|」以外にも「/」「\」「*」「o」「+」などが使えます。

数値的に面積の値そのものが必要な場合は、NumPyのnp.trapz(c2 - c1, x)（台形則による積分）を併用すると、塗りつぶした領域の面積を計算することもできます。

出力結果

上記のコードを実行すると、放物線 y = x² と直線 y = x の間の領域が、半透明のグレーに縦線のハッチングパターンで塗りつぶされたグラフが表示されます。