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 > 一般坐标系
好我们来看看我们所谓一般的坐标变换
一般坐标变换
在平面上 一般的一个坐标变换
指的就是一个
x是(u,v)的函数
y是(u,v)的函数
(u,v)呢 在某一个uv区域
满足一定的条件下
我们把它叫做一个坐标变换
条件呢是这么一个条件
不等于零
这个条件到底是如何用
为什么要有这个条件
那么多元函数微分学告诉我们
在这个条件得到满足的情况下
这个变换是可逆的
也就是说这个变换它一定可以得到
u呢是可以写成是x y的函数
v呢是可以写成是x y的函数
如果说满足这个条件
那么我们把这个坐标变换
叫做一般的一个坐标变换
所以说从这个角度上来讲
我们讲过的极坐标变换
就是一般的一个坐标变换的特例
也就相当于x是等于ρcosφ
y就等于ρsinφ
那么我们知道
x y对ρφ的就等于ρ
当然是大于零的 在非原点
所以呢我们讲极坐标系的话
是一个特殊的一种坐标系
那么这个呢
是更广泛的一般的一个坐标系
我们给一个例子
非极坐标系的一个坐标系
很简单的例子
x等于a乘上ρcosφ
y等于b乘上ρsinφ
其中a b呢 当然都是等于零的
ρ呢 取值范围大于零
φ取值范围呢 是大于负π
小于等于π都可以
那么这个坐标系
这当然也是一个坐标变换
你可以发现这时候
x y对ρφ就等于
ab乘上ρ
这个是一个大于零的数 在非原点
所以它也是一个坐标变换
当a不等于b的时候
那么我们把这个坐标变换
叫做椭圆坐标变换 坐标系
那么这个坐标系可以把一个椭圆
变成一个长方形
那么类似的 处理椭圆的时候
这是一个非常好的一种坐标系
我们还可以有一系列的坐标变换
x等于au加上bv
y就等于cu加上dv
a b c d是常数
使得a b c d是不等于零的常数
这也是一个坐标变换
它把x y 在行列式不等于零的情况下
这是一个可逆的
它把x y变成u v
同样 如果说
已经知道x y 我可以求出u v
已经知道u v 我可以求出x y
那么我们把这个呢 叫做仿射坐标系
所以这些都是一些常见的坐标系
所以我们讲什么叫坐标系
或者坐标系之间的一个变换
就是满足特定条件的一个向量值函数
我们把这个就叫做一个坐标系
或者说坐标变换
那么我们介绍了坐标变换
我们现在这一节呢是二重积分
所以我们很关心
坐标变换在二重积分上的应用
我们来看看有一个D区域
是一个平面的有界区域
我们写成Dxy
这表示这个区域是在
直角坐标系下的一个区域
那么经过我们的坐标变换
x是(u,v)的函数
y呢是(u,v)的函数
我们知道 这是一个坐标变换
我们还要加条件
条件呢 我们写在这
这是一个可逆的 是不等于零的 在这条件下
那么我们来看看
在Dxy这个区域上的
f(x,y)这二元函数的二重积分
其中呢dσxy呢
表示直角坐标系下的面积元素
或者说呢 我们也可以写成dxdy
这都是一样的
我们来看看通过这么一个坐标变换
我们这些二重积分里面的因素到底起了什么变化
我们先来看看函数 被积函数
f(x,y)是被积函数
这时候被积函数要变成什么呢
变成一个复合函数
x是(u,v)的函数
y是(u,v)的函数
第二 积分区域要改变了
刚才我们讲 极坐标系下
把一个单位圆变成了一个长方形
所以呢 一般的一个坐标变换
的积分区域通常要改变
变成Duv 一个新的积分区域
第三件事情要改变的
就是面积微元要改变
它要变成了dσuv
也就是说 面积元素会发生改变
所以呢 一个坐标变换可以把一个二重积分里面的
被积函数要发生改变
积分区域也要发生改变
面积元素也要发生改变
而我们可以发现这个几个变换里面
前面那个变换是比较简单的
因为它就是一个复合函数
中间那个呢
实际是一个最最复杂的一个事情
也就是说
为什么我们要选择合适的坐标系
那么这就是我们想希望把一个复杂的区域
变成一个简单的区域
比如说直角坐标系变成极坐标系之后
可以把看上去比较复杂的一个圆域
变成极坐标系里面一个长方形的区域
所以呢 这也就是我们坐标变换
它的目的就在这
想把区域变得简单
那么这两个呢都是很好说的
那么第三件事情
就是这个面积元素如何发生改变
这就是我们要讨论的
也就是面积元素经过你这个坐标变换之后
是如何发生改变的
-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
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--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
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--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
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-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
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--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
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--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
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--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