• ベストアンサー

二次元極座標と微小距離

点(r,θ)と点(r+dr,θ+dθ)の間の距離lを表したいのですが、 余弦定理より     l^2=r^2+(r+dr)^2-2r(r+dr)cosdθ また、cosdθ=1-(1/2)dθ^2+..... だから、微小量の最低次をとってcosdθ=1としてよくて、これを上の式に代入すると  l^2=(dr)^2 ⇒ l=dr と考えたのですが、結局drになるのがどうも納得いきません。 どこか間違っていますか??

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • rnakamra
  • ベストアンサー率59% (761/1282)
回答No.1

2次の項を無視してはいけません。 実際、ここでのlとは微小量dlとあらわすべきですので (dl)^2=r^2+(r+dr)^2-2r(r+dr)cosdθ となります。左辺が(dl)^2ですので右辺も2次の項までは無視できないのです。もちろん、3次以上は無視しましょう。 ちなみに、dr=0とすると dl=rdθ となりますのでdθが残らないとおかしい、ということになります。

vengeance
質問者

お礼

>左辺が(dl)^2ですので右辺も2次の項までは無視できないのです なるほど!そういうことなのですね! ありがとうございます!!

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。

関連するQ&A

  • 2次元極座標の速度

    2次元平面内を運動する物体がある。この物体の運動をデカルト座標を 用いて表すと、その速度は v(t)={dx(t)/dt}i+{dy(t)/dt}j  (v(t)は速度ベクトル) と表せる。但し、i,jはx軸y軸それぞれの単位ベクトルを表すものとする。 同様のことを2次元極座標を使って表すと、動径方向の単位ベクトルをer(t)、 角度方向の単位ベクトルをeθ(t)として、 v(t)={dr(t)/dt}er(t)+r{dθ(t)/dt}eθ(t) と書けることを示せ。但し、r(t)=√{x(t)^2+y(t)^2}とし、角度θ(t)は x軸から測った角度とする。(x(t)=r(t)cosθ(t),y(t)=r(t)sinθ(t)) という問題ですが、 (解)(長くなるので途中の式は省きます。) dx(t)/dt={dr(t)/dt}cosθ(t)-r(t){dθ(t)/dt}sinθ(t) dy(t)/dt={dr(t)/dt}sinθ(t)+r(t){dθ(t)/dt}cosθ(t) とそれぞれ求め、v(t)={dx(t)/dt}i+{dy(t)/dt}jに代入すると v(t)={dr(t)/dt}{cosθ(t)i+sinθ(t)j}+r(t){dθ(t)/dt}{-sinθ(t)i+cosθ(t)j}・・・ア と表せる。 er(t)=Ai+Bj eθ(t)=Ci+DjとおいてA,B,C,Dをもとめると er(t)=cosθ(t)i+sinθ(t)j・・・イ eθ(t)=-sinθ(t)i+cosθ(t)j・・・ウ アイウよりv(t)={dr(t)/dt}er(t)+r{dθ(t)/dt}eθ(t)と表せる。 という解き方をしたんですが、適切ですか? お願いします。もっといい解き方があれば教えてください。

  • 3重積分を3次元極座標を用いる場合

    ∫∫∫[D]x^2*y^2*dxdydz、D={(x,y,z):x^2+y^2+z^2≦1} という問題を3次元極座標を用いて計算するのですが、途中式で ∫[0→1]r^6dr∫[0→π]sin^5θdθ∫[0→2π]cos^2φ*sin^2φdφ になると思います。その時のθとφについての積分の計算方法が分かりません・・・。 助けてください!お願いします><

  • 3次元空間での2直線の交点の求め方

    悩んでおります.御力添えを願います. 以下の条件下にて,2つの直線式を求め,その交点を求めようとしております. 1.点p(a0,b0,c0)と点q(a1,b1,c1)の座標は既知. 2.点s(d,e,f)は,座標は未知であるが,点p,点qへ向けて2つの直線を延ばしており,それぞれの直線の傾きが既知. 以上の条件をもとに,点s(d,e,f)の座標を求めようとしています. 私の考えた手法は,以下の物ですが上手くいきません. 1.点sから伸びる2つの直線の方向余弦を求める. 例)vx = r * cosα,vy = r * cosβ, vz = r * cosγ (上記の様に2点へと伸びる直線の方向余弦をそれぞれ求める) 2.求めた方向余弦と,点p,点qを用いて2つの直線式を表す. 例)x = a0 + vx0 * t, y = b0 + vy0 * t, z = c0 + vz0 * t x = a1 + vx1 * s, y = b1 + vy1 * s, z = c1 + vz1 * s    3.誤差を考慮し,2直線間の距離が1番小さくなる2点を求める. 例)(距離)^2 = {a0 + vx0 * t - a1 - vx1 * s}^2 = {b0 + vy0 * t - b1 - vy1 * s}^2 = {c0 + vz0 * t - c1 - vz1 * s}^2     上記の式をs,tに関して偏微分してやり,それぞれを0として連立 方程式を解き,s,tを求める.   求めたs,tを各直線式に代入してやり,2直線間の距離が最も短く なる2点を求める. 4.その2点の線分上の中点を求め,点s(d,e,f)とする. 上記手法で求めようとしましたが,どうも点sの座標が求まりません. 点sで方向余弦を求めるのが駄目なのでしょうか? 2直線間の距離が最も短くなる2点の求め方が駄目なのでしょうか? 幾何学初心者なため,混乱しております. 宜しくお願いいたします.

  • ケプラーの法則より万有引力を導く

    初投稿、大学生をやってます。課題が出たのですが上手く解けないのでどなたかアドバイスをお願いします。 ケプラーの第一法則より楕円を極座標で表すと l/r=1+εcosθ ・・・(1) r:太陽からの距離、θ:方位角、l,ε:定数 rとθを時間の関数とみなし、この式を時間で微分し、ケプラーの第二法則、面積速度一定 r^2*dθ/dt=H=CONST(一定)   ・・・(2) を用いた後、再度時間で微分を取ることにより、θを含まないrの時間に関する2回微分方程式を導き、力が距離rの事情に反比例することを示せ。 (1)式を整理してtで一回微分する。 0=dr/dt+dr/dt*cosθ+r*-sinθ ・・・(3) dr/dtについて考える、↓(2)式を整理して代入する dr/dt=dr/dθ*dθ/dt  → =h/(r^2)*dr/dθ  (4) (3)式にdt/dr(4)式を代入する。 -h*h/(r^2)*dr/dθ-h*h/(r^2)*dr/dθ*cosθ-rsinθ=0 さらにtで微分する。・・・微分が上手くできません。 後、この問題での力ってどういう方程式で表せばいいのでしょうか? f(r)=^Gmm/r^2を使ってしまうとそのまま答えなので駄目だと思ってるのですが・・・

  • 極座標系の3次元熱伝導方程式の解法

    上記の式dT/dt=(a/r^2)(d/dr)(r^2(dT/dr))の解法をご存知の方がいらっしゃいましたら、教えてください。“d”はラウンド・ディーのつもりです。“a”は熱伝導率などを含んだ定数と扱ってよろしいです。

  • 三点の座標から求める三角形の面積

    座標平面上の3点A(4,5)B(2,1)C(6,2)を頂点とする三角形ABCにおいて 頂点Aから辺BCにおろした垂線をAHとするとき、三角形ABHの面積を求めよ 自分が思っているやり方としては、 (1)AB、BC,CAの距離を求める (2)余弦定理を使いcosΘ、相互関係の式からsinΘを出す。 (3)S=1/2・二辺・その間のなす角で面積を出す。 (4)S=底辺×高さ×1/2の公式に(3)でだした面積を代入し高さであるAHの値を求める。 ここからどういう風に求めていけばいいのかわかりません。 まず、上の自分の考え方があってるかどうか教えて下さい。それから解説解答をお願いいたします。

  • 長さがマイナスの答えのとき、どう解釈すればよいのか

    △ABCで、AB=15,BC=9,CA=4√6、のとき、 △ABCの外接円の点Cにおける接線と直線ABとの交点をDとする。 BDの長さを求めよ。 正しい図は、交点Dが点Bを延長した側にある。 これを間違えて、点Aを延長した側に点Dがあるとして計算を次のようにしました。 DBをxとおいて、CDをyとして 方べきの定理から、x^2-15x=y^2 △DBCに余弦定理をつかってy^2=x^2+9^2-2・x・9・(7/9) (余弦定理からcosB=7/9) 2つの式から、x=-81とでました。 ここから次のように解釈して答えとしていいでしょうか。よろしくおねがいします。 xの値がマイナスだから、xの表す向きはマイナスで、交点Dが点Bを延長した側にある。 よって、BDは81

  • 電磁気学の問題です。

    次の問題がよくわかりません。 自分なりの解答を考えてみたのですがこれであっているのかどうか、 詳しい方、アドバイスしていただければと思います。 [問題] 座標平面上、(d/2,0)の点に電気量+Q[C]の点電荷、 (-d/2,0)の点に電気量-Q[C]の点電荷があるとする。 この空間は真空であるとし、誘電率はε0であるとする。 点Pを(rcosθ,rsinθ)とするとき (1)P点での電位Vを求めよ。 (2)r>>dのとき,(1)のVはどうなるか。 (3)(2)のときPでの電界のr方向成分とθ方向成分を求めよ。 [自分なりの解答] (1) Pと+Qとの距離は、余弦定理より (r^2+(d/2)^2-rdcosθ)^(1/2) Pと-Qとの距離が余弦定理から (r^2+(d/2)^2+rdcosθ)^(1/2) よってP点での電位は 一般に距離がr,電荷がqの電位がq/(4πεr)であることを用いて V=Q/(4πε0(r^2+(d/2)^2-rdcosθ)^(1/2))-Q/(4πε0(r^2+(d/2)^2+rdcosθ)^(1/2))・・・・(答) (2)r>>dなので 1>>d/rである。 よって V=Q/(4πε0(r^2+(d/2)^2-rdcosθ)^(1/2))-Q/(4πε0(r^2+(d/2)^2+rdcosθ)^(1/2)) =Q/(4πε0r(r+(d/2r)^2-(dcosθ/r))^(1/2))-Q/(4πε0r(r+(d/2r)^2+(dcosθ/r))^(1/2)) ≒Q/(4πε0r(1-(dcosθ/r))^(1/2))-Q/(4πε0r(1+(dcosθ/r))^(1/2)) (ここで(d/r)^2 ≒0とした) =Q((1-(dcosθ/r))^(-1/2))/(4πε0r)-Q((1+(dcosθ/r))^(-1/2))/(4πε0r) ≒{Q(1+(dcosθ/2r))}/(4πε0r)-{Q(1-(dcosθ/2r))}/(4πε0r) (ここで1>>αのときの近似式 (1+α)^β=1+αβを用いた) ={Qdcosθ}/(4πε0(r^2))・・・(答) (3)電界はどうすればいいのかわかりません。 電位を何かで微分すればいいのでしょうか?

  • 余弦定理からどうして…

    1/a = (r^2 + b^2 - 2rbcosA)^(-1/2) = 1/r + 1/rΣ{_n=1~∞}(b/r)^n * Pn(cosA), r>b     はじめの式が余弦定理から得たというのはわかるのですが、次の式がどうして導かれたのか分かりません。「これを使ったからこうなった」というヒントを頂けないでしょうか。よろしくお願い致します。

  • 球に関する質問です。

    球の表面で、北極と南極を選び北極から南極に測地線(2点間の最短距離)を引いてグリニッジ子午線とすることで極座標系を張り巡らせることができる。もしrを北極からの距離、θを本初子午線からの方位角とすると、点(r,θ)と近傍の点(r+dr,θ+dθ)の間の距離dsは関係式 ds^2=dr^2+R^2sin^2(r/R)dθ^2 によって与えられる。 なぜですか?途中式が書いていないためわかりません。

このQ&Aのポイント
  • 結婚報告年賀状で旧姓を記載したいのですが、名前下になってしまい、名前の左側の最初の文字に合わせられません。
  • 結婚報告年賀状で旧姓を名前の最初の文字に合わせたい方法を教えてください。
  • 結婚報告年賀状の旧姓を名前の先頭の文字に合わせるための方法を教えてください。
回答を見る