- ベストアンサー
回転放物面の面積要素
- みんなの回答 (1)
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
>表面積Aは∫∫_DdSと表すことができる。 >このときの面積要素dSをr,θを用いて表すとき、 >ヤコビアンを考えてrdrdθになります。 これは間違いです。 参考URL: ttp://w3e.kanazawa-it.ac.jp/math/category/sekibun/zyuusekibun/henkan-tex.cgi?target=/math/category/sekibun/zyuusekibun/taiseki-kyokumenseki.html dS=√{1+(z_r)^2+(1/r^2)(z_θ)^2} |J|drdθ です。 z=(x^2+y^2)/2=(1/2)r^2, z_r=r,z_θ=0 ヤコビアン|J|=r なので dS=√(1+r^2) rdrdθ です。
関連するQ&A
- ヤコビアンについて
図のヤコビアンの説明はマセマの参考書に載っていたものですが、ヤコビアンの説明で図のⅱのような表現は妥当なものなのでしょうか? 確かに直交座標と極座標の微小な積分要素の関係は形式的には dxdy → rdrdθ という変換になっていますし、実際に積分計算を実行するときはヤコビアン r のおかげで r とθが極座標の変数であることを忘れ、あたかもr軸とθ軸による '直交座標' にある領域を定義域とする z = f(r,θ) を積分しているような気分になってはきますが、だからといって「極座標系」における領域D'なるものを、あからさまにr-θの「直交座標」で表していいものかどうかしっくりきません。 x = x(r,θ) = rcosθ y = y(r,θ) = rsinθ という座標変換を考えるとき、確かにr もθも任意の実数をとるけれども、θは位相を表すことを前提にしており、 drdθでは面積にならないことがわかっているわけで、そんなことを考えると、図のⅱはこれでいいのかと思ってしまうのです。
- 締切済み
- 数学・算数
- 回転放物面 z=x^2+y^2 の面積を求める。
回転放物面 z=x^2+y^2 (D:x^2+y^2≦1)の面積を 極座標(r,θ)を用いて x=rcosθ y=rcosθ z=r^2 を用いて計算していったところ 7π/3 となりました。 途中式の不安から質問に至るのですが、これでよいのか・・・考え中です。 もし違うなら捕捉で途中式を追加していきます。 お助けよろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 重積分の問題なのですが・・・。
重積分の問題なのですが・・・。 ∬(y-6)(x^2+y^2)^(1/2)dxdy 積分区間はx^2+y^2<=4です。 x=rcosθ, y=rsinθとおいて、積分区間の条件より 0<=r<=2, 0<=θ<=2πとおける さらにこのときdxdy=rdrdθとなる 与式=∫[o<-2π]∫[0<-2]{rsinθ-6)(r^2cos^2θ+r^2sin^2θ)^(1/2)}rdrdθ =∬{(rsinθ-6)r^2}drdθ =∫[1/4sinθr^4-2r^3](0<-2)dθ =∫(4sinθ-16)dθ =[-4cosθ-16θ](0<-2π) =(-4-32π)-(-4) =-32π とマイナスになってしまいました、どこが間違えているのでしょうか? すみませんがよろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 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
- 重積分を使って曲面積を求める問題でわからないところがあります。
重積分を使って曲面積を求める問題でわからないところがあります。 球面x^2+y^2+z^2=a^2の円柱x^2+y^2=axで切りとられる部分の曲面積を求めよ(a>0) 自分の解法は z(>0)について解いてz=√(a^2-x^2-y^2),積分領域D:x^2+y^2<=axの上にある曲面積を2倍して Zx=-x/(a^2-x^2-y^2), Zy=-y/(a^2-x^2-y^2)より 求める曲面積s=2∬D √(1+Zx^2+Zy^2)dxdy ここでx=rcosθ,y=rsinθと置くとJ=r,積分領域DはM:0<=r<=acosθ,-π/2<=θ<=π/2 S=∫(-π/2→π/2)∫(0→acosθ)ar/√(a^2-r^2)drdθ =2a^2[θ+cosθ](-π/2→π/2)=2a^2π となったのですが、解答は D:x^2+y^2<=a^2,y>=0の上にある曲面積を4倍して求めていて、 S=4∫∫D a/√(a^2-x^2-y^2)dxdy ここでx=rcosθ,y=rsinθと置いて、M:0<=r<=acosθ,0<=θ<=π/2 S=4∫(0→π/2)∫(0→acosθ)r/√(a^2-r^2)drdθ =4a^2[θ+cosθ](0→π/2)=4a^2(π/2-1) となって答えが違ってしまうのですが、何故だかわかる方がいたら助けてください。
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 極座標での上端・下端の求め方は?
こんにちは。 [問] Use polar coodinates to find the volume of the region bounded below by the interior the curve r=2sin2θ in the first quadrant,and bounded above by the surface z=yx^3+xy^3. という問題です。意味は 「第一象限でのr=2sin2θの内部で下の閉じ込められる領域と曲z=yx^3+xy^3の上に閉じ込められる領域の体積を極座標を使って求めよ。」 つまり、r=2sin2θは閉曲線で曲面z=yx^3+xy^3をz軸の正方向からxy平面に向かってr=2sin2θで切り抜いた立体(つまり、柱)の体積を求めよ。という事だと思います。 解答は私なりに ∫∫(R,yx^3+xy^3)dydx=∫∫(R,xy(x^2+y^2))dydx (但し、Rはr=2sin2θの内部) =∫∫(R,rcosθ・rsinθ・r^2・rdrdθ) (∵x=rcosθ,y=rsinθ,dydx=rdrdθより) =∫∫(R,r^5cosθsinθ)drdθ そして、rの区間は最小が0、最大で2なので0≦r≦2, θの区間はθからπ/2で一周するので0≦θ≦π/2 =∫{θ=0 to θ=π/2,∫(r=0 to r=π/2,r^5cosθsinθ)dr}dθ と考えたのですが後ろの解答には ∫∫(R,r^5cosθsinθ)drdθ =∫{θ=0 to θ=π/2,∫(r=0 to r=2sin2θ,r^5cosθsinθ)dr}dθ =254/105 という式が書かれてます。私のとrの上端が異なってます。 積分区間の上端・下端はどうやって求めるのでしょうか? 最大・最小の所ではダメなのでしょうか?
- ベストアンサー
- 数学・算数
お礼
分かりました。回答ありがとうございました。