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球坐标系

下一节:球坐标系例题

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球坐标系课程教案、知识点、字幕

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

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-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

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-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

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--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

--梯度向量的概念与计算

-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

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--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)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-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

--极值点的概念和必要条件

--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

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-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

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-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

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-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

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--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

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-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

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-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

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-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

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-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

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-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

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-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

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--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

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

球坐标系笔记与讨论

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