29.极坐标和极坐标下的面积

1 参数方程示例

$$x=acost,y=asint$$

  • 一个明显性质是$x^2+y^2=a^2$,极限状态下$(ds)^2=(dx)^2+(dy)^2$
  • 则$ds=\sqrt{(\frac{dx}{dt})^2+(\frac{dy}{dt})^2}dt=adt$
  • 也就是$a=\frac{ds}{dt}$,$a$描述的是一种恒定速率
  • 此参数方程描述的是一种逆时针匀速圆周运动,其中圆的半径为$a$
  • 当$x=sint,y=cost$时,参数方程描述的是一种顺时针匀速圆周运动

2 极坐标 polar coordinates

极坐标是对二维平面上点的另一种坐标描述(距离$r$与夹角$\theta$)

$$(x,y)\to x=rcos\theta,y=rsin\theta$$ $$r=\pm \sqrt{x^2+y^2},\theta=arctan\frac{x}{y}$$

示例1:坐标$(x,y)=(1,-1)$的三种极坐标表示形式

  1. $r=\sqrt{2},\theta=\frac{7\pi}{4}$
  2. $r=\sqrt{2},\theta=-\frac{\pi}{4}$
  3. $r=-\sqrt{2},\theta=\frac{3\pi}{4}$

示例2:圆心在$(a,0)$并且半径为$a$的圆

  • 由原始方程$(x-a)^2+y^2=a^2$可得$x^2-2ax+a^2+y^2=a^2$
  • 带入$r^2=x^2+y^22$可得$r^2-2ax=r^2-2arcos\theta=0$
  • 化简可得$r=2acos\theta\ or \ r=0$

3 参考

MIT—单变量微积分笔记32 极坐标和极坐标下的面积

#极坐标

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