(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates


Polar Coordinates 极坐标系

极坐标系,大家都知道,就不扯了
(感觉英文名字,比中文名字好理解多了)


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第1张图片

简单对称:


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第2张图片

而用θ表示对应的 x,y


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第3张图片

我们简单计算,可以得到:


可以换成另一种表达形式:


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第4张图片

例子2


把极坐标的点, 化成 笛卡尔坐标
转换一下即可


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第5张图片

所以,对应的 笛卡尔坐标为:



例子3


笛卡尔的点,化成 极坐标点:
我们只要确定 半径 和 角度 即可


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第6张图片

这个时候, 角度可能为 - π/4 或者 7π/4
对应的结果为



或者

Polar Curves 极曲线

一个等式,满足条件的点和图像,可以理解为 极曲线


例子4


这个时候,我们知道半径r = 2
所有的角度都是适合的
我们很容易得到一个圆:


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第7张图片

例子5


画出 θ = 1 的极曲线
我们知道满足 θ = 1 的角度, 这个角度上面半径多少都是适合的
(r < 0 也行)
可以得到:


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第8张图片

例子6


(a)
画图,先填表,描点,再画图


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第9张图片

跟进表格,描点


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第10张图片

(b)



我们可以得到:



得到笛卡尔坐标点:

对应的图像,大体为:


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第11张图片

例子7


对应的 r 和 θ 的关系
(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第12张图片

我们用极坐标表示对应的点, 可以得到:
(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第13张图片

这个图像,很像一个心
可以叫做 cardioid 心形


例子8


我们简单可以得到 笛卡尔图像
(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第14张图片

根据笛卡尔的点,在极坐标上面描点,可以得到:
(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第15张图片

这个图像叫做 four-leaved rose, 四叶玫瑰(还真浪漫, 一个心,一个玫瑰)


Symmetry 对称

这个要看对应的周期性,大体是这3种类型


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第16张图片

Tangents to Polar Curves 极曲线的斜率

我们把极坐标,用函数的方式表示:



根据链式求导,我们有:


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第17张图片

例子9

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我们用 r 去表示 x, y后, 可以得到等式


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(a)
当θ = π / 3 的时候


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第20张图片

(b)
因为上面有题目画过图像,这里只是贴一下图:


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第21张图片

也就是


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第22张图片

即对应的切线是 横线,竖线。

Graphing Polar Curves with Graphing Devices 用设备画极曲线

这里,只是简单应用
所以,贴一下图


例子10


这个图像,如果是笛卡尔坐标图像,大家都很常见
而对应的 极坐标图像,由于有视觉差, 所以看起来很漂亮


(10.3)James Stewart Calculus 5th Edition:Polar Coordinates_第23张图片

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