極座標変換

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の関係式を用いて、直交座標から極座標へ座標変換するとき、

面積計算の都合上、どのような変化が起こるのでしょうか?



一般に、x と y が、u と v を用いて、



と表されるとき、x の増加量 x2 - x1 と、y の増加量 y2 - y1



となり、行列を用いて表すと、



よって、座標変換によって ( u2 - u1 )( v2 - v1 ) という面積は | guhv - gvhu | 倍されることになります。

(※)「面積と行列」を御参照ください。

この guhv - gvhu を「ヤコビ行列式」と言い、「 J 」で表します。



z = f(x, y) という2変数関数があり、この2重積分により体積を求めるイメージは

(微小な底面積 dxdy )×(高さとしての、そのエリア内の関数値 f(x, y) )

を、該当領域すべてにわたって足し合わせる感じです。



したがって、これを ( x, y ) の代わりに ( u, v ) で表すと、



となります。



極座標変換では、



ですから、ヤコビ行列式が



となります(こちらも参照)。よって、



となります。・・・さぁ、いよいよ、次回は最終目的達成へ!


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