当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第三章重积分 > 第三节 极坐标系及一般坐标系 > 极坐标系
好我们现在介绍坐标变换
我们先讲一个特别的坐标变换
极坐标系
那么我们来看一下所谓坐标变换
这是一个直角坐标系 x y 原点
在x y这个直角坐标系里面的任意一点
不在零点 非原点的这么一个点
我们把它叫P点 P点的坐标呢
就是x和y 其中呢我们可以知道
它在x轴的投影是x 在y轴上的投影就是y
这是我们所谓的直角坐标系
那么我们现在改变一下直角坐标系
我们找一组数 这组数呢
P这一点呢有另外一组数和它对应
我们把它叫做ρ φ
我们是这么给定义的 其中这个ρ呢
指的就是P点到原点的距离
φ呢 就是指的夹角
这个是ρ 这个是φ
那么在我们φ就是
向量OP与x轴的它的夹角
那么在我们这个定义下
我们这个ρ可以给出它的取值范围
是从0到正无穷 因为非零点
φ呢也给出一个取值范围
那么这个φ的取值范围呢
有不同的确定方法
一个是0到2π 另外一个呢
是负π到正π 这是常见的
那么我们可以发现
根据我们这个定义
ρ呢就等于根号x平方加上y平方
这个φ呢 就比较麻烦了
分不同的情况来讨论
在arctan y除以x
当x P这个点呢在第一或者说第四象限
然后当P这个点时第二个象限的时候呢
就应该是π加上arctan y除以x
P属于第三象限呢 我们还要给一个式子
那么 这个时候我们可以稍微改一下
我们把φ的取值范围改成从负π到正π
负π到正π
这样的话满足我们这个要求
如果在第四象限的话
就应该是arctan y除以x 减去π
根据不同的象限 φ呢
它的表达形式是不一样的
我们反过来来看 x可以写成什么东西呢
x等于ρcos φ y呢写成ρsin φ
这样的话我们就做到一件事情
P是一个平面上的一个点
非原点 那么P这一个点的位置
可以用两种方法来给它定出来
第一种就是x y 第二种呢 就是ρ和φ
而且我们可以知道
有一个x y可以唯一地确定一个ρ φ
有一个ρ φ 就可以唯一地确定一个x y
那么同样一个点 有不同的形式的表示
那么我们把这种不同的表示
实际上就叫做 坐标的变换
其中x y表示的是
直角坐标系下的一个坐标
ρ φ呢 就表示的是
极坐标系下的同样一点的一个坐标
而这个公式呢
恰好是我们把它称作为
坐标变换的公式
那么在我们这个坐标变换里面
我们还可以值得提出来的就是这么一点
就是x对ρ的偏导数 x对φ的偏导数
y对ρ的偏导数 y对φ的偏导数的
行列式的绝对值
当时我们在学多元函数微分的时候
就是指的是 x y ρ φ
我们可以算一下
是等于 正好是等于ρ
这是大于零的 在非原点
那这就告诉我们
从另外一个角度告诉我们
那么这个变换 是一个可逆的变换
或者说呢 是一个一一的对应
是坐标变换 在一一对应的情况下
它是有意义的
如果不是一一对应的话
你把一个点一个坐标变成好几个坐标
那实际来讲上是没有什么太大意义的
那么这就是原来我们讲的
映射和逆映射的一个微分学的一个东西
那么这是我们讲的
极坐标系和直角坐标系
极坐标系的一种坐标变换的一种过程
那么 由x y来表示ρ φ
同样一变换的话
由ρ φ可以来表示x y
那么这个坐标变换在同样一个几何形状
譬如说一个直线
或者说一个区域在不同的坐标系下
它的表示形式是不一样的
那么我们来看看 如果说
我们平面上直角坐标系下
有这么一个区域
x y x平方加y平方小于等于1
这是一个圆域 单位圆域
那么这个单位圆域
在极坐标系下是如何来表示的
那它就表示成一个D星号
ρ φ ρ呢 是大于等于0小于等于1
φ呢 是大于等于0小于2π
或者说呢
从φ也可以是大于等于负π小于π
也可以 反正是360度转一圈
至于从什么地方开始
我们当然是无所谓
根据不同的问题
那么可以有不同的处理办法
所以我们可以发现
在直角坐标系下这么一个圆域
在极坐标系下就变成很简单的一件事情
如果说在直角坐标系下
有这么一条所谓的射线
哪条射线呢 这么一条射线
假如这个角度是等于四分之π
这条射线 那么在极坐标系下
我们也可以很简单的表示
这相当于φ等于四分之π
所以呢一些平面上的一些几何体
譬如说直线 曲线 或者说呢一些区域
那么在极坐标系下
它有另外一种表达形式
那么极坐标系的优势在什么地方
也就是说我们什么样的情况下
想用极坐标系
就是对圆有关系
你想这是一个平面上的一个圆域
而这个圆域 在极坐标系的情况下
就变成了一个长方形的一个区域
所以呢 跟圆有关系的东西
用极坐标系来表示通常会简单一点
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题