- ベストアンサー
極座標に変換する二重積分について質問です。
- みんなの回答 (2)
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
dxdy=J(r,θ)drdθ です。詳しくは、解析学の書物で確認すると良い。 J(r,θ)をヤコビアンといい、 x=rcosθ,y=rsinθ の場合、 J(r,θ)は、行列式で、 J(r,θ) |∂x/∂r , ∂y/∂r| =|∂x/∂θ ,∂y/∂θ| |cosθ, sinθ| =|-rsinθ,rcosθ| =r(cosθ)^2+r(sinθ)^2 =r したがって、dxdy=rdrdθ となります
その他の回答 (1)
- Tacosan
- ベストアンサー率23% (3656/15482)
それは「ヤコビアンというものが何を意味するのかわからない」と解釈していい?
補足
そういうことです。 なぜヤコビアンを使うのかわかりません。
関連するQ&A
- 積分の変数変換について
積分の変数変換に関する質問です。一番簡単な直交座標から極座標への変換を例にします。 x = x(r,θ) = rcosθ. y = y(r,θ) = rsinθ. であるとき f(x,y) = 1 を x^2 + y^2 ≦ R^2 という円内を積分領域して積分すれば ∫∫f(x,y)dxdy = ∫∫dxdy = ∫∫rdrdθ ・・・・・・ (#) となり円の面積が求められます。つまり直交座標から極座標に変換して積分するときは dxdy →drdθ ではなく、 dxdy →rdrdθ としなければならないと、どんな参考書にも書いてあります。つまり r を余分に付け加えるわけですが、これは ┌ ┐ ┌ ┐┌ ┐ |dx|=|cosθ -rsinθ||dr | |dy| |sinθ rcosθ||dθ| └ ┘ └ ┘└ ┘ |J| =|cosθ -rsinθ|= rcos^2θ- (-rsin^2θ) = r |sinθ rcosθ| のように行列式|J|でも求めることができ、|J|をヤコビアンと呼ぶということも参考書に載っています。 一方で rdrdθ= rdθ*dr は極座標における面積要素ですから(#)の変換は直感的にも納得できます。θは角度ですから drdθでは面積になれないわけです。(#)は具体的には ∫[0~2π]∫[0~R]rdrdθ で計算できます。この式だけじーっと見ていると、いつのまにか r とθが極座標の変数であることが忘れ(笑)、あたかもθを縦軸、r を横軸とする '直交座標' において関数 θ= r を積分していると見なせます。 で、ここからが質問なのですが・・・ 直交座標から任意の座標に変数変換して積分するということは、結局のところ、その任意の座標を直交座標と見なして計算することであると考えてよいのでしょうか? たとえば x = x(u,v,w) y = y(u,v,w) z = z(u,v,w) ┌ ┐ ┌ ┐┌ ┐ |dx| |∂x/∂u ∂x/∂v ∂x/∂w ||du| |dy|=|∂y/∂u ∂y/∂v ∂x/∂w||dv| |dz| |∂z/∂u ∂z/∂v ∂z/∂w||dw| └ ┘ └ ┘└ ┘ |∂x/∂u ∂x/∂v ∂x/∂w| |J| =|∂y/∂u ∂y/∂v ∂x/∂w| |∂z/∂u ∂z/∂v ∂z/∂w| であるとき dxdydz = |J|dudvdw という変数変換は、 u、v、w がどんな座標の変数であれ、最終的には u、v、w の '直交座標' で計算することであると考えてよいのかということです。 任意の座標同士の変数変換というのはどうなるのでしょうね。ちょっと想像しかねます。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 2重積分の変数変換について
2重積分について質問です。 ∬D (x^2+y^2)dxdy (D:(x/a)^2+(y/b)^2≦1) と与えられた場合に、極座標に変換して求めようと思うのですが、 x/a=rcosθ y/b=rsinθ という変換の仕方で求まるのでしょうか? また、初歩的な質問ですが、この積分で求まるのは楕円の面積なのでしょうか? 自分なりに解いてみたのですが、楕円の面積πabに一致しなかったので疑問に思いました。計算間違いでしょうか?それともそもそも2重積分の意味を勘違いしているのでしょうか? ご回答よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 2重積分 変数変換をする場合 どなたか教えていただけないでしょうか?
1.∫∫(x^2+y^2)dxdy D={(x,y)|(x-1)^2+y^2≦1} 2.∫∫e^(-(x^2+y^2))dxdy D={(x,y)|0≦x,0≦y} 上記の問題について、変数変換を使用するんだろうなとは解るのですが、そこから実際どうやって解いていくのかわかりません。 1については(x-1)=rcosθ,y=rsinθとして変数変換するのでしょうか? 2については、x=rcosθ,y=rsinθとして考えてみたのですが、Dの領域が座標変換した場合にどうなるのかさっぱり見当が付きません。 変数変換をするところから答えを導出するまで、詳しい過程を教えていただける方がいらっしゃいましたら、よろしくお願いいたします。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 2重積分を極座標を利用して求めよ
∬[D]log√(x^2+y^2)dxdy D: 1≦x^2+y^2≦4, x≧0, y≧0 詳しい解説お願いします。 x=rcosθ, y=rsinθ と置いた時のrとθの範囲がわかりません。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 3重積分 楕円体での変数変換
3重積分において普通の球座標の変数変換は理解できるのですが D{ (x,y,z) | 楕円体 x^2/a^2+y^2/b^2+z^2/c^2≦1 (a,b,c>0) } で x=arsinθcosφ,y=brsinθsinφ,z=crcosφと変換しますが 球座標の変換 x=rsinθcosφ,y=rsinθsinφ,z=rcosφにa,b,cがつく理由を教えてください
- ベストアンサー
- 数学・算数
お礼
回答ありがとうございました。 dxdy=J(r,θ)drdθの後は理解できました。 dxdy=J(r,θ)drdθについてはまた調べてみようとおもいます。