当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第三章重积分 > 第四节 三重积分 > 球坐标系
好 我们现在讨论三重积分计算球坐标系
三重积分我们来看看球坐标系
那么球坐标系是另外一类
空间中常见的坐标系
那么它和直角坐标系的坐标
变换公式是这么一个公式
x等于rsinθcosφ
y等于rsinθsinφ
z等于rcosθ
其中r θ φ的变化范围是这么规定的
r是大于零小于正无穷
φ是大于等于零小于2π
仍然是有有选择的地方
φ可从零到2π之间
也可以从负π到正π之间
都是360度绕一圈
θ是大于等于零小于等于π
我们来看看直角坐标系和球坐标系
它的变换几何上是怎么来看的
在直角坐标系上xyz
有一个点P点
我们还是假设P点不在z轴上
它的直角坐标就是(x,y,z)
P点到原点就有一个距离
我们把这个距离叫做r
那么这作为一个向量又有一个夹角
我们把这个夹角叫做θ
然后P点在xy上就有一个投影点
这个投影点构成了xy平面上的一个向量
这个向量和x轴的夹角
我们把它叫做φ
所以我们可以发现
那么r θ φ实际上都是有几何意义的
我们来看一下一些常见的曲面
比如说我们来看看θ是等于常数
在直角坐标系上是什么意思呢
θ等于常数就是这么一个圆锥
θ如果是0到二分之π的一个锐角
就是开口向上的一个圆锥
如果θ是钝角的话
就是开口向下的一个圆锥
那φ等于常数是什么东西
φ等于常数就是一个半平面
这个半平面就像一道门似的
一边可以无限延伸
上下也可以无限延伸
这是φ等于常数
r等于常数是什么东西
r等于常数就是半径为r
原点为中心的这么一个球面
这就是r等于常数
同样我们也可以看出来
一些常见的曲面
它在球坐标系下一些简单的表达形式
比如说原点为球心的这么一个球面
以及原点不在球心的
原点在z轴上的这么一个球面
圆锥面和平面在球坐标系下的方程
那么对于这么一个球坐标系的坐标变换
同样我们也可以看一看xyz对于rφθ的
它的Jacobi行列式的绝对值
这个绝对值就等于
一个是行列式x对r的偏导数
x对φ的偏导数
x对θ的偏导数
y对r的偏导数
y对φ的偏导数
y对θ的偏导数
z对r的偏导数
z对φ的偏导数
z对θ的偏导数
这是行列式的绝对值
我们把xyz按这个变换公式
代进去之后仔细计算一下
它就等于r乘上sinθ
这是一个不等于零的数
所以根据坐标变换的原则
我们可以知道
球坐标系确实是一个坐标变换
因为它这个因子是不等于零的
那么一个三维空间中的三重积分
Ω区域f(x,y,z)dxdydz
在球坐标系的作用下
它可以换算成另外一个三重积分
积分区域我们可以做一些改变
变成另外一个区域
被积函数当然就是
rsinθcosφ rsinθsinφ rcosθ
变成一个复合函数
同样体积微元之间
它也有一个比例因子
我们刚刚算过
就是r平方sinθdrdφdθ
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-第三章重积分--第二节练习题
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--三重积分的定义
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