Sistemi Koordinativ Polar

Në matematikë, sistemi koordinativ polar është një sistemin koordinativ dy-dimensional në të cilin çdo pikë në plan jepet nga një distancë nga një pikë e caktuar dhe një kënd nga një drejtim i caktuar.

Sistemi Koordinativ Polar
Pikat në sistemin koordinativ polar me pol O dhe bosht polar L. Me jeshile është treguar, pika me koordinatë rrezore 3 dhe koordinatë këndore 60 gradë, ose (3,60°). Me blu,është pika (4,210°).

Pika fikse (në analogji me origjinën e një sistemi kartezian) quhet poli, dhe rrezja nga ky pol me drejtim të caktuar quhet boshti polar. Distanca nga poli quhet koordinata rrezore ose rrezja, kurse këndi quhet koordinata këndore, këndi polar, apo azimuti.

Historia

Konceptet e këndit dhe rrezes përdoreshin nga popujt e lashtë gjatë mijëvjeçarit të parë para lindjes së Krishtit. Astronomi grek Hipparchus (190-120 pes) krijoi një tabelë me funksione kordash që jepte gjatësinë e cdo korde për cdo kend, ka referenca se ai përdori koordinatat polare për të llogaritur pozicionet e yjeve..Në veprën Mbi spiralet, Arkimedi përshkruan spiralen e Arkimedit, një funksion,rrezja etë cilit varet nga këndi. Matematikani grek, megjithatë, nuk e zgjeroi koncpetin në një sistem kordinativ të plotë.

Në shekullin e 9-të, matematikani persian, Habash al-Hasib el-Marwazi, përdori metodat e trigonometrisë sferike dhe projektimin gjeohapësinor në mënyrë që të konvertonte koordinatat polare në një sistem koordinativ të ndryshëm të përqëndruar në një pikë të veçantë mbi sferë, në këtë rast tek Kibla, në drejtim të Mekes. Gjeografi Persian , Abu Rayhān Bīrūnī (973-1048), zhvilloi ide të cilat janë parë si parapritëse të sistemit koordinativ polar. Rreth 1025, ai ishte i pari që përshkroi një projeksion azimutal të baraslarguar polar të sferës qiellore.

Konvencionet e zakonshme

Sistemi Koordinativ Polar 
Një rrjetë polare me kënde të matura në grada

Koordinata rrezore tregohet me simbolin Sistemi Koordinativ Polar , kurse koordinata këndore me Sistemi Koordinativ Polar  ose t.

Këndet në notacionin polar janë të shprehura në përgjithësi në gradë ose radian (2 π radian është e barabartë me 360°). Gradat janë përdorur tradicionalisht në navigacion, gjeodezi, dhe në shumë disiplina të aplikuara, ndërsa radiani është më i përdorur në matematikë dhe në fizikë matematikore.

Në shumë kontekste, një koordinatë pozitive këndore do të thotë që këndi θ matet në drejtim të kundërt të akrepave të sahatit.

Në literaturën matematikore, boshti polar vizatohet në mënyrë horizontale dhe i treguar në të djathtë.

Uniciteti i koordinatave polare

Shtimi i një numri që paraqet një rrotullim të plotë (360°) tek koordinatat këndore nuk e ndryshon drejtimin përkatës. Gjithashtu, një koordinatë rrezore negative mund të interpretohet më mirë si një distancë përkatëse pozitive e matur në drejtim të kundërt. Prandaj, të njëjtën pikë mund ta shprehim me një numër të pafund koordinatash polare (r, θ ± n×360°) ose (−r, θ ± (2n + 1)180°), ku n është një numër i plotë. Për më tepër, vetë poli koordinativ jepet nga (0, θ) për çdo kënd θ.

Kur një përfaqësim unik është i nevojshme për çdo pikë, zakonisht r kufizohet tek numrat jo-negativ (r ≥ 0) dhe θ në intervalin [0, 360°) ose (−180°, 180°] (në radianë, [0, 2π) ose (−π, π]). Gjithashtu duhet zgjedhur një azimut unik për polin, psh. θ = 0.

Konvertimi midis koordinatave polare dhe atyre Karteziane

Sistemi Koordinativ Polar 
Një diagram që ilustron marrëdhënien mes koordinatave polare dhe koordinatave Karteziane.

Të dyja koordinatat polare r dhe θ mund të konvertohen në koordinata Karteziane Sistemi Koordinativ Polar  dhe Sistemi Koordinativ Polar  duke përdorur funksionet trigonometrike sinus dhe kosinus :

    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 

të dyja koordinatat Karteziane Sistemi Koordinativ Polar  dhe Sistemi Koordinativ Polar  mund të konvertohen në koordinata polare Sistemi Koordinativ Polar  me anë të ekuacioneve

    Sistemi Koordinativ Polar  (si tek teorema e Pitagorës), dhe
    Sistemi Koordinativ Polar 

Të gjitha këto formula marrin parasysh se poli është origjina Karteziane (0,0), boshti polar është boshti i abshisave Sistemi Koordinativ Polar , dhe se drejtimin e boshtit i boshtit të ordinatave Sistemi Koordinativ Polar  ka azimut +π/2 rad = +90° (në vend se -π/ 2). Funksioni arcsin është inversi i funksionit sinus , i cili jep kënde në intervalin [−π/2,+π/2] = [−90°,+90°].

Formula për Sistemi Koordinativ Polar  më sipër jep një kënd në intervalin [-π/2,+3π/2) = [−90°,+270°). Për të marrë θ në intervalin [0, 2π) direkt, mund të përdorim

    Sistemi Koordinativ Polar 

Funskioni Sistemi Koordinativ Polar  është inversi i funksionit tangjent , i cili jep një kënd ne intervalin (−π/2,+π/2) = (−90°,+90°).

Për te marre Sistemi Koordinativ Polar  ne intervalin (−π, π], mund te përdorim

    Sistemi Koordinativ Polar 

Shume gjuhe programimi kane një funksion i cili llogarit koordinatën këndore korrekte θ po te kemi x dhe y, pa bere analizene e mëlartme. Për shembull, ky funksion thirret nga atan2(y,x) ne gjuhen e programimit C, dhe (atan y x) ne Lisp. Ne te dyja rastet, rezultati është ne radian ne intervalin (−π, π].

Ekuacioni polar i një kurbe

Ekuacioni që përcakton një kurbë algjebrike i shprehur në koordinata polare është i njohur si një ekuacion polar . Në shumë raste, ky ekuacion thjesht mund të specifikohet duke përcaktuar r si një funksion funksionSistemi Koordinativ Polar . Kurbë rezultante përbëhet nga pika të formës Sistemi Koordinativ Polar  dhe mund të konsiderohet si grafiku i funksionit polar r.

Format e ndryshme të simetrisë mund të merrent nga ekuacioni i një funksioni polare Sistemi Koordinativ Polar . Nëse Sistemi Koordinativ Polar  kurba do të jetë simetrike në lidhje me rrezen horizontale (0°/180°), nëse Sistemi Koordinativ Polar  ajo do të jetë simetrike në lidhje me rrezen vertikale (90°/270°), dhe nëse Sistemi Koordinativ Polar  ajo do të jetë simetrike α në drejtimi të kundërt të akrepave të sahati në lidhje me polin.

Për shkak të natyrës rrethore të sistemit koordinativ polar, shumë kurba mund të përshkruhen me një ekuacion tepër të thjeshtë polare, ndërsa forma e tyre Kartezian është shumë më e ndërlikuar. Në mes të kurbave më të njohura janë trëndafili polare, spiralja e Arkimedit, lemniskata, limaçon, dhe kardioidi .

Për rrethin, vijën, dhe trëndafilin polare më poshtë, kuptohet se nuk ka kufizime në fushën dhe rangun e përcaktimit.

Rrethi

Sistemi Koordinativ Polar 
Një rreth me ekuacionin r(θ) = 1

Ekuacioni i përgjithshëm për një rreth me qendër në Sistemi Koordinativ Polar  dhe rreze Sistemi Koordinativ Polar  është

    Sistemi Koordinativ Polar 

Kjo mund të thjeshtohet në mënyra të ndryshme, në përputhje me rastet më specifike, të tilla si ekuacioni

    Sistemi Koordinativ Polar 

për një rreth me qendër në pole dhe rreze a.

Vija

Sistemi Koordinativ Polar 
Një trëndafil polar me ekuacionin r(θ) = 2 sin 4θ

Vijat radiale (ato që kalojnë përmes polit) paraqiten nga ekuacioni

    Sistemi Koordinativ Polar ,

ku Sistemi Koordinativ Polar  është këndi i ngritjes të vijës; pra, Sistemi Koordinativ Polar  ku m është pjerrësia e vijës në sistemin koordinativ Kartezian. Vijat jo-rrezore që kryqëzohen me vijën radiale Sistemi Koordinativ Polar  pingul tek pika Sistemi Koordinativ Polar  kanë ekuacionin Sistemi Koordinativ Polar 

Trëndafili polar

Një trëndafili polar është një kurbë e famshme matematike që duket si një petal luleje, që mund të shprehet me anë të një ekaucioni të thjeshtë polar,

    Sistemi Koordinativ Polar 

për çdo konstante Sistemi Koordinativ Polar  (përfshirë 0). Nëqoftëse Sistemi Koordinativ Polar  është një numër i plotë , këto ekuacione do të japin një trëndafil me Sistemi Koordinativ Polar -petale nëqoftëse Sistemi Koordinativ Polar  është tek, ose një trëndafil me 2 Sistemi Koordinativ Polar -petale nëqoftëse Sistemi Koordinativ Polar  është çift. Nëqoftëse Sistemi Koordinativ Polar  është numër thyesor por jo numër i plotë, do të marrim një formë që i ngjason trëndafilit por me petale që janë mbi njëri tjetrin. Vini re se këto ekuacione kurrë nuk përcaktojnë një trëndafil me 2, 6, 10, 14, etc. petale. Ndryshorja a paraqet gjatësinë e petaleve të trëndafilit.

Spiralja e Arkimedit

Sistemi Koordinativ Polar 
Njëri krah i një spiraleje të Arkimedit me ekuacion r(θ) = θ për 0 < θ < 6π

Spiralja e Arkimedit është një spirale e famshme që u zbulua nga Arkimedi, e cili mund të shprehet me anë të një ekuacioni të thjeshtë polar. Ajo është e përfaqësuar nga ekuacioni

    Sistemi Koordinativ Polar 

Ndryshimi i parametër a e ndryshon drejtimin e spirales, ndërsa b kontrollon distanca në mes të krahëve, të cilat për një spirale të caktuar janë gjithmonë konstante. Spiralja e Arkimedit ka dy krahë, një për Sistemi Koordinativ Polar  dhe një për Sistemi Koordinativ Polar . Të dyja krahët janë të lidhura tek poli. Po të marrim imazhin pasqyrë të një krahu përgjatë vijës 90° / 270° marrim krahun tjetër. Kjo kurbë është e famshme për faktin se qe një nga kurbat e para, pas seksioneve konike , e cila u përshkrua në një traktat matematikor, dhe si një shembull kryesor i një kurbe që është e përcaktuar më mirë nga një ekuacion polar (në krahasim me formën karteziane).

Prerjet konike

Sistemi Koordinativ Polar 
Ellipsi, tregon vatrat dhe dy gjysëm boshtet

Një prerje konike me një vatër në njërin pol dhe tjetrën diku në një rreze që fillon nga 0° (në mënyrë që boshti madhor i konikut shtrihet përgjatë boshtit polar) jepet nga :

    Sistemi Koordinativ Polar 

ku e është jashtëqëndërsia dhe Sistemi Koordinativ Polar  është semi-latus rectum (distanca pingule nga vatra tek boshti madhor i kurbës). Nëqoftëse e > 1, ky ekaucion përcakton një hiperbolë; nëqoftëse e = 1, ai përcakton një parabolë; dhe nëqoftëse e < 1, ai përcakton një elips. Rsti special i e = 0 rastit të lartëm rezulton në një rreth me rreze Sistemi Koordinativ Polar .

Numrat kompleks

Sistemi Koordinativ Polar 
Një ilustrim i një numri kompleks z i dhënë në planin kompleks
Sistemi Koordinativ Polar 
Një ilustrim i një numri kompleks i dhënë në planin kompleks duke përdorur formulën e Ojlerit

Çdo numër kompleks mund të paraqitet si një pikë në planin kompleks, kështu që ajo mund të shprehet ose duke specifikuar koordinatat e pikës karteziane (kjo quhet forma Karteziane) ose koordinatat polare të pikës (kjo quhet forma polare). Numri kompleks Sistemi Koordinativ Polar  mund të paraqitet në formë karteziane si

    Sistemi Koordinativ Polar 

ku i është njësia imagjinare, ose në mënyrë alternative mund të shkruhet në formë polare (përmes formulës së konvertimit e dhënë më lart) si

    Sistemi Koordinativ Polar 

si dhe

    Sistemi Koordinativ Polar 

ku e është numri i Ojlerit, të cilat janë të njëvlershme siç tregohet nga formula e Ojlerit. (Vini re se kjo formulë, si të gjitha ato që përfshijnë eksponente këndesh, merr parasysh që këndi θ është shprehur në radian.) Në mënyrë që të konvertojmë midis formës polare dhe karteziane të një numri kompleks, formula e konvertimit më lart mund të përdoret.

Për veprimet e shumëzimit, pjesëtimit, dhe ngritjes në eksponent të numrave kompleksë, në përgjithësi është më e lehtë të punohet me numra kompleksë t shprehur në formë polare krahasuar me formë Karteziane. nga ligji i ngritjes në eksponent:

  • Shumëzimi:
      Sistemi Koordinativ Polar 
  • Pjestimi:
      Sistemi Koordinativ Polar 
  • Ngritja në eksponent (Forumala e De Moivre):
      Sistemi Koordinativ Polar 

Analiza

Teknikat e analizës mund të zbatohen mbi ekuacionet e shprehura në koordinata polare.

Koordinata polare θ është shprehur në radian përgjatë këtij seksioni, kjo paraqet konvencionin e zakonshëm në përdorimin e analizës.

Analiza diferenciale

Po të përdorim Sistemi Koordinativ Polar  dhe Sistemi Koordinativ Polar , ne mund të derivojmë një relacion midis derivateteve në koordinata polare dhe Karteziane. Për një funksion të dhënë , Sistemi Koordinativ Polar , del se

    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 

ose

    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 

Nga kjo marrim formulën e mëposhtme:

    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 

Për të gjetur pjerrësinë Karteziane të një vije tangjente me kurbën polare Sistemi Koordinativ Polar  në çdo pikë të dhënë, kurba jepet si një sistem ekuacionesh parametrike.

    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 

Duke diferencuar të dyja ekuacionet në lidhje me θ marrim

    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 

Po të pjesëtojmë ekuacionin e dytë me të parin marrim pjerrësinë Karteziane të vijës tangjente me kurbën tek pika Sistemi Koordinativ Polar :

    Sistemi Koordinativ Polar 

Analiza integrale

Sistemi Koordinativ Polar 
Rajoni i integrimit R është i kufizuar nga kurba r(θ) dhe rrezet θ =a dhe θ = b .

Le të shënojmë me Sistemi Koordinativ Polar  rajonin e rrethuar nga një kurbë Sistemi Koordinativ Polar  dhe rrezet Sistemi Koordinativ Polar  dhe Sistemi Koordinativ Polar , ku Sistemi Koordinativ Polar . Sipërfaqja e Sistemi Koordinativ Polar  është

    Sistemi Koordinativ Polar 
Sistemi Koordinativ Polar 
Rajoni Rështë i përafruar me n sektorë (këtu,n = 5).
Sistemi Koordinativ Polar 
Një planimetër, i cili llogarit mekanikisht integralet polare
Sistemi Koordinativ Polar 
Wikibooks:Category
Wikibooks ka më shumë informacione për ketë temë:


Ky rezultat mund të gjendet si më poshtë. Së pari, intervali [a, b] është i ndarë në n nën-intervale, ku n është një numër i plotë pozitiv arbitrar. Kështu Sistemi Koordinativ Polar , gjatësia e çdo nën-intervali, është e barabartë me ba (kohëzgjatja e përgjithshme e intervalit), e ndarë sipas n, numri i nën-intervaleve . Për çdo nën-interval i= 1, 2, ...,n, le të jetë Sistemi Koordinativ Polar  pika e mesit e nën-intervalit, tani le të ndërtojmë një sektor rrethor me qendër në pole, rreze ri),,kënd qendrore Δθ dhe gjatësi harku ri)Δθ.. Zona e secilit sektor të ndërtuar është e barabartë me

    Sistemi Koordinativ Polar 

Kështu, zona e përgjithshme e të gjithë sektorëve është

    Sistemi Koordinativ Polar 

Ndërsa numri i nën-intervaleve n rritet, përafrimi i zonës vazhdon të përmirësohet. Në kufirin kur Sistemi Koordinativ Polar , shuma bëhet shuma Rimaniane për integralin e mëlartëm.

Një pajisje mekanike që llogarit integrale sipërfaqësore është planimetri, i cili mat fushën e një plani: kjo replikon integrimin në koordinatat polare duke shtuar shfrytëzuar teoremën e Greenit, çka bën konvertimin e integrale kuadratike polare në integrale lineare.

Përgjithësime

Duke përdorur koordinatat Karteziane, një element infinitezimal i sipërfaqes mund të llogaritet si dA = dx dy. Rregulli i zëvendësimit për integrale të shumëfishta pohon se, kur përdorim koordinata të tjera, përcaktori Jakobian i formulës së konvertimit të koordinatave duhet të merret në konsidertaë:

    Sistemi Koordinativ Polar 

Pra, një element sipërfaqësor në koordinata polare mund të shkruhet si

    Sistemi Koordinativ Polar 

Tani , një funksion që është i dhënë në koordinata polare mund të integrohet si më poshtë:

    Sistemi Koordinativ Polar 

Këtu , R është i njëjti rajon si më lartë, pra, rjoni i rrethuar nga kurba r(θ) dhe rrezet θ = a dhe θ = b.

Formula për sipërfaqen e R e përmendur më lart gjendet duke marrë f identikisht të barabartë me 1. Një zbatim interesant i këtij rezultati jep integralin Gausian

    Sistemi Koordinativ Polar 

Analiza vektoriale

Analiza vektoriale mund të zbatohet gjithashtu mbi koordinatat polare. Për lëvizjen në një plan , le të jetë Sistemi Koordinativ Polar  vektori i pozicionit Sistemi Koordinativ Polar , ku r dhe θ kanë varësi kohore t.

Le të përcaktojmë vektorët njësi

    Sistemi Koordinativ Polar 

në drejtimin e r dhe

    Sistemi Koordinativ Polar 

në planin e lëvizjes pingul me drejtimin rrezor, ku Sistemi Koordinativ Polar  është vektori njësi pingul me planin e lëvizjes.

Pra

    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 
    Sistemi Koordinativ Polar 
      Sistemi Koordinativ Polar 

ku h është impulsi këndor specifik.

Termat centrifugale dhe termat e Koriolisit


Termi Sistemi Koordinativ Polar  zakonisht quhet termi centrifugal, ndërsa termi Sistemi Koordinativ Polar  referohet si termi i Koriolisit. Për shembull, shih Shankar. Edhe pse këto ekuacione mbajnë disa ngjashmëri në formë me forcën centrifugale dhe efektin e Koriolisit që gjenden në kënde reference në rrotullim, nuk ka një lidhje fizike midis këtyre fenomeneve. Për shembull, forca centrifugale dhe ajo e Koriolisit shfaqen vetëm në kënde reference joinerciale të referimit. Në të kundërt, këto terma shfaqen kur nxitimi është shprehur në koordinatat polare janë rrjedhoja matematike të diferencimit, këto terma duken kudo ku janë përdorur koordinatat polare. Në veçanti, këto terma duken edhe kur koordinatat polare janë përdorur në kënde inerciale të referimit , ku nuk shfaqen forcat centrifugale dhe efekti i Koriolisit.

Sistemet bashkë-rrotulluese

Lidhja midis koordinatave sferike dhe polare

Koncepti i sistemit koordinativ polar zgjerohet në tre dimensione me dy sisteme të tjera koordiantive, sistemin koorinativ sferik dhe atë cilindrik.

Aplikime

Koordinatat polare janë dy-përmasore dhe në këtë mënyrë ato mund të përdoren vetëm ku pozicionet e pikave shtrihen në një plan të vetëm dy-dimensional. Ato janë më të përshtatshme në çdo kontekst ku fenomen i marrë në konsideratë është i lidhur me drejtimin dhe gjatësine nga një pikë qëndrore. Siç duket, shembujt më lart tregojnë se si ekuacionet polare elementare mjaftojnë për të përcaktuar kurba të tilla si spiralja e Arkimedit ekuacioni i të cilit në sistemin koordinativ Kartezian do të ishte shumë më i ndërlikuar. Për më tepër, shumë sisteme fizike, të tilla si ato që kanë të bëjnë me trupa që lëvizin rreth një pikë qendrore apo me fenomene që rrjedhin nga një pikë qendrore janë më të thjeshta dhe më të kuptueshëm për tu modeluar duke përdorur koordinatat polare. Motivimi fillestar për futjen e sistemit polar ishte studimi i lëvizje rrethore dhe asaj orbitale.

Pozicioni dhe navigimi

Modelimi

Shikoni gjithashtu

  • Lista e transformimeve koordinative kanonike

Referime

Lidhje të jashtme

Tags:

Sistemi Koordinativ Polar HistoriaSistemi Koordinativ Polar Konvencionet e zakonshmeSistemi Koordinativ Polar Konvertimi midis koordinatave polare dhe atyre KartezianeSistemi Koordinativ Polar Ekuacioni polar i një kurbeSistemi Koordinativ Polar RrethiSistemi Koordinativ Polar VijaSistemi Koordinativ Polar Trëndafili polarSistemi Koordinativ Polar Spiralja e ArkimeditSistemi Koordinativ Polar Prerjet konikeSistemi Koordinativ Polar Numrat kompleksSistemi Koordinativ Polar AnalizaSistemi Koordinativ Polar Lidhja midis koordinatave sferike dhe polareSistemi Koordinativ Polar AplikimeSistemi Koordinativ Polar Pozicioni dhe navigimiSistemi Koordinativ Polar ModelimiSistemi Koordinativ Polar Shikoni gjithashtuSistemi Koordinativ Polar ReferimeSistemi Koordinativ Polar Lidhje të jashtmeSistemi Koordinativ PolarDistancaKëndiMatematikaPika

🔥 Trending searches on Wiki Shqip:

Marie CurieADNKalaja e GjirokastrësDemencaTurkmenistaniShkrimet e para shqipeFibroza kistikeQeniGianni RodariRrezet ultravjollcëQyteti i KukesitApoloniaMatjaRiciklimiAlgjebraMali i ZiDeti AdriatikKafshëtEnergjiaRelieviBarazia gjinoreAleksandri i MadhUjëvarat e MirushësPushtimi italian i ShqipërisëKolesteroliTrombocitiLUPUSMeshariAziaMesjetaGjeografia e KosovësHistoria e ShqipërisëPashallëku i ShkodrësAmerika JugoreShpallja e Pavarësisë së ShqipërisëGjendja agregateNepotizmiDialektet e gjuhës shqipeGjithësiaNATOBasketbolliKujdesi shëndetësorLui PastërHënaMajlinda KelmendiWikipediaRimaLista e shteteve të EvropësHemoglobinaFiset ilireGurguricaGrupet e gjakutRënia e komunizmit në ShqipëriUshtria Çlirimtare e KosovësElbasaniHidrocentraletEklipsi i HënësDita e ÇlirimitKongresi i Manastirit24 PrillEmra pellazgëNeurologjiaTigriUniversiteti i PrishtinësIzet MexhitiFluturaRrotullimi i TokësTeatriLufta e vitit 2001 në MaqedoniIbrahim KodraHistoria e gjeometrisëIlir MetaBletaNumrat dhjetorBallkaniLejlekuPejgamberët në IslamMorfina🡆 More