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cosθやsinθの入った微分 (極座標)

KENZOUの回答

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  • KENZOU
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回答No.3

u=rcosθ, v=rsinθの式の全微分をとると du=(∂u/∂r)dr+(∂u/∂θ)dθ  =cosθdr-rsinθdθ   (1) dv=(∂v/∂r)dr+(∂v/∂θ)dθ   =sinθdr+rcosθdθ   (2) そこで dudv=(cosθdr-rsinθdθ)(sinθdr+rcosθdθ)   =r(cos^2θ-sin^2θ)drdθ    +cosθsinθ(dr)^2-r^2sinθcosθ(dθ)^2   ≒r(2cos^2θ-1)drdθ  (3) ここでdr^2、dθ^2の2次の微小量はカットしました。ところでdu・dvはuv空間での微小面積ですからこれをrθ空間(極座標)に写像した面積(3)も微小面積ですね。すると2辺を挟む角θは微小ですからcosθ≒1と近似することができます。これを(3)に入れると du・dv≒rdrdθ (4) と近似することができ、ご質問の式がでてきます。上の近似の具体的なイメージは#2のsiegmuntさんが書かれているとおりです。尚、上のようにuv空間の微小面積をrθ空間(極座標)に写像した微小面積への換算係数は#1のRossanaさんの言われているヤコビアンとなり、この簡単な説明はこのサイトの http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=633126 に載っていますので参照してください。参考URLはヤコビアンの詳しい説明がのっています。

参考URL:
http://www.toyama-mpu.ac.jp/la/math/kyouzai/2-var-change/

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