ベストアンサー 極座標変換後の積分範囲 2016/07/25 20:45 大学の微積分の質問です。 添付画像(理工系の数学入門コース 微分積分/岩波書店p150)のように極座標変換を行った後の積分範囲でθとΦに関して 0≦θ≦π、0≦Φ≦2π とどの教科書でも指定されています。 0≦θ≦2π、0≦Φ≦πとしても積分範囲は良さそうに思えるのですが、 実際にこの範囲で計算するとヤコビアンr^2sinθのsinθ項の積分が0になってしまい、答えが求められません。 なぜうまくいかないのでしょうか? 画像を拡大する 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 ベストアンサー f272 ベストアンサー率46% (8530/18260) 2016/07/25 20:55 回答No.1 x=rsinθcosΦ y=rsinθsinΦ z=rcosθ となっていることからθは緯度,Φは経度を表しています。 緯度は180度分しか動かないし,経度は360度動くのです。 質問者 お礼 2016/07/25 21:55 自分で座標をいろいろ考えてみるとうまくいかないことがよくわかりました。 通報する ありがとう 0 カテゴリ 学問・教育数学・算数 関連するQ&A 極座標変換を用いる3重積分なんですが 極座標変換を用いる3重積分なんですが D:0<x≦y z≧0 ∬∫D e^(-x^2-y^2-z^2)/x^2+y^2+z^2 dxdydz これを極座標表示をすると ∬∫E e^(-r^2)sinθ drdθdφ となったんですが 積分範囲Eがわかりません・・。 どなたかご教示お願いします・・。 『楕円球体の三重積分を極座標変換を用いて解く』がわかりません。 楕円球体の三重積分が ∫∫∫dxdydz で 積分領域が K={(x,y,z)|(x^2/a^2)+(y^2/b^2)+(z^2/c^2)≦1} と、与えられています。 この問題を極座標変換を使って解けと教科書に書いてあるのですが、 x=r(sinθ)(cosφ) y=r(sinθ)(sinφ) z=r(sinθ) というように、変数(r,θ,φ)に変換したときの積分領域K’がわかりません。 θやφについては 0≦θ≦π 0≦φ≦2π になるだろうとなんとなく予想できるのですが、 rに関してはどのような範囲になるか全くわかりません。 どなたか説明も入れてよろしくお願いします。 積分の変数変換について 教科書で、”M⊂U⊂R^n (M,Uともに開集合)、F(x1,・・・,xn)はR^nのある微分方程式の積分でC^1級関数で、U上で∂F/∂x1≠0とする。また、Mと積分 F=τの交わりをMτとするとM=∪[α<τ<β]Mτとなる。これらより、陰関数定理からF=τをx1について解くことができて、 ∫M dx1dx2・・・dxn=∫[α,β]dτ{∫Mτ|J|dx2・・・dxn}となる。 (∫Mは開集合M上で積分するという意味、Jはヤコビアン)” と書かれているのですが、何故、右辺の積分範囲にMτが出てくるのかわかりません。Mτというのは元々(x1,・・・,xn)という座標系で表されていた集合なので、右辺の∫Mτ|J|dx2・・・dxnというのは、Mτに対応する(x2,・・・、xn)の集合Dτ上で積分しろという風に解釈すればいいのでしょうか? どなたかよろしくお願いします。 大学の物理の授業で使う数学の範囲 大学一年生です。高校のときは数1・Aだけしかしていませんでした。 今、大学で初めて物理を習い始めたのですが、さっぱりわかりません。 まずは、高校数学の習得が必要だと思ったのですが、どこの範囲を勉強したらよいのでしょうか。 一応、必要だと思っているのは数IIの範囲では微分・積分とベクトル、三角関数、指数、対数で 数IIIの範囲は予測がつきません。 数IIの範囲で上に上げたもの以外で、大学物理に必要な単元を教えて頂きたいです。 後、物理入門コースの物理の数学という本を書店でパラパラとめくってみたのですが、難しそうに感じました。 こういう本は、まず高校数学を習得することが前提なのでしょうか。 よろしくお願いします。 二重積分の定積分? ∬exp(-sinθ/r)dθdr (-π≦θ≦0), (2≦r≦9) といった問題というか論文の考察なんです。rが0から∞までなら解けるような気がするんですが、デカルト座標に直してもいまいちわかりませんでした。こういった場合、教科書に載っているように定積分は求められないのでしょうか? 何か近似でもあると助かるんですが、数学が得意な方、よろしくお願いします。 広義積分教えてください 次の問題説いてください (1) 空間上の(x,y,z)を極座標(r,θ,φ) x=rsinθcosφ , y=sinθsinφ , z=rcosθ に変換するときヤコビアンを求めよ (2) 広義積分 I(a)=∫∫∫(exp-(x^2+y^2+z^2))/((x^2+y^2+z^2)^a) dxdydz 積分範囲はすべて-∞~+∞ についてa=1/2の時のI(1/2)を求めよ (3) I(a)が収束するaの範囲を求めよ (4) 広義積分 J(a,b)=∫∫∫1/((x^2+y^2+z^2)^a)*(|log(x^2+y^2+z^2)|^b) dxdydz が収束するようなa,bの満たすべき条件を求めよ 積分範囲B B={(x,y,z);x^2+y^2+z^2<1/4} (1)のヤコビアンは 行列式 ∂(x,y,z)/∂(u,v,w) を解いて(r^2)sinθ というところまではとけるのですがその後がわかりません よろしくお願いします 大学の微積の教科書が読めるくらいの数学のレベルは? 現在大学1年のものです。 理系なのですが受験時に数学を使わずに来てしまったため、数学が全然出来ません。授業もさっぱりで微積の単位も落としました。この夏は何とか挽回してやろうと思って高校の数学に戻って勉強をはじめたのですが、高校数学でも上限がないのでいったいどの程度のレベルを目標にすればいいのかと疑問が生じています。 受験の偏差値なんかで表してくれるととてもわかりやすいのですが、例えば「理工系の数学入門コース(微積)」や微分積分読本などの基本的な教科書を読めるようになるくらいのレベルってどれくらいなのでしょうか。ちなみに僕は数学の偏差値が50未満でしたが、これらの教科書を読んでも理解できません。 高専からの大学編入 微積分 下位高専(偏差値60くらい)から大学編入を目指す一年ですが 微分積分の予習がしたいです 入門書 微分積分30講 やさしい微積分 どちらが分かりやすいですか? そして解放演習が難しいなと感じたんですが 実力つける用の本でいいやつありますか? 我が儘ですが上の入門書二冊どっちかから、いきなり『高専の数学』は難しいですよね 三重積分の極座標変換のときのrの範囲が分からない 大学数学の解析で分からない問題があります。 A={(x, y, z)∈R^3 | x^2/a^2 + y^2/b^2 + z^2/c^2 ≦ 1, x, y, z ≧0}のとき、∫A (x^2 + y^2 + z^2)dxdydz を求めよ。(∫AのAは領域のことです。) 三次元極座標変換をして ∫(x^2 + y^2 + z^2)dxdydz = ∫r^2(r^2sinθdrdθdΦ)となり、積分自体はできるのですが、rの積分範囲が分からず困っています。 x^2/a^2 + y^2/b^2 + z^2/c^2 ≦ 1 , x, y, z ≧0より 0≦x≦a, 0≦y≦b, 0≦z≦c, 全辺二乗して足せば、 0≦x^2+y^2+z^2≦a^2+b^2+c^2 つまり 0≦r^2≦a^2+b^2+c^2 0≦r≦(a^2+b^2+c^2)^(1/2) と考えたのですが、計算が合いません。 θやΦも 0≦θ≦π/2 0≦Φ≦π/2 と考えたのですがあっていますでしょうか? ちなみに答えは、πabc(a^2+b^2+c^2)/30となるようです。 そもそも方針が間違っているのでしょうか? ご教授いただければ幸いです。 積分可能性について 一般に 「ある閉区間で連続な関数は、その閉区間で積分可能である」 という定理があって、それは高校数学の範囲では証明できないそうなのですが 「平均値の定理を使えば、微分可能な関数の積分可能性が証明できる」 とありました。 ある閉区間で微分可能かつ単調増加な関数が積分可能であることを示すのならわかるのですが、 「ある閉区間で微分可能な関数はその区間で積分可能」 というのはどう示せばいいのでしょうか? tanとlogの積分 いつもお世話になっています。 独学で数学を勉強し始めて、積分の範囲をやっていたのですが、 tanとlogの積分は区分求積法でも出来ず、 微分と積分が逆ということを知った後でも 基本的な関数の中でtanとlogの積分だけがわかりませんでした。 少し先を見て、部分積分をやるところでlogの積分、 置換積分をやるところでtanの積分の結果が載っていました。 私は自分で思いつく前に教科書の結果を見てしまったのですが、 logの積分で係数の1をxの微分とすることなどは思いつくものなのでしょうか? 自然な流れで思いつくのか、技巧的なのかがわからないので 皆さんの印象を教えてください。 数学の微分積分の問題がわかりません。 数学の微分積分の問題がわかりません。 aを実数とする。関数f(x)=ax+cosx+(sin2x)/2が極値をもたないように、aの値の範囲を求めよ。 わかりません。、 お願いします!! 数学のパラメータ表示の積分なのですが、 数学のパラメータ表示の積分なのですが、 x=cos^4 y=sin^4 x軸 y軸 で囲まれた面積で、 範囲は(0≦θ≦π/4)です。 微分すると、dx/dθ=-4sinθcos^3θと出てしまい、 グラフの形が読み取れません。 これはどうすればいいんでしょうか? どなたか教えてください。 定積分の式の展開がわかりません(ToT) 微分方程式の教科書に、とある積分の問題があったのですが、どうしても理解できません(>_<) 教科書には「・・・sin(2x)の積分は-cos(2x)/2であることがわかります。・・・」と記載がありますが、なぜそうなるのでしょうか? 添付画像の、(1)から(2)の展開について、ご指導いただきたいです。 よろしくお願いします<m(__)m> 波動方程式(デカルト座標)を極座標に変換する方法 化学系で、あまり数学ができないので、得意な方に質問させていただきます。 シュレーディンガーの波動方程式で運動エネルギーの演算子の一部分 ∂^2ψ/∂x^2+∂^2ψ/∂y^2+∂^2ψ/∂z^2 がありますよね。(ψ:固有関数)↑固有関数ψをx、y、zについて2階偏微分したものの和 それを極座標x=rsinθcosφ、y=rsinθsinφ、z=rcosθ(←今教科書を持ってないので間違っているかもしれませんが、多分こんな感じ)で変換したいんですけど、xとyにはθとφについて2つ偏微分が書けるので、高校レベルの数学の知識しか持ってない私には変換ができません。 dψ/dx=dψ/dt×dt/dxぐらいが分かるレベルなので簡単に教えてくれればうれしいです。 皆さんよろしくお願いします。 変数変換と極座標変換を使う問題が分かりません 変数変換と極座標変換を使う積分の問題をやっているのですが、 よくわかりません。 すいませんがどなたかお教えください。 よろしくお願いします。 (1).変数変換 x=2u ,y=3vを行い u、v に関する重積分で表せ。 (下式の様なDを用いた形でよい。) (2).(1)で表した (u,v) 上の領域に関する重積分を極座標変換し、 r,θに関する重積分に直し計算せよ。 π/2 π/2 (∫ sin^2θ dθ=π/4 ,∫ cos^2θ dθ=π/4 を用いてよい) 0 0 計算する式 と 積分範囲(D)は画像で出します。 ほかにもいくつか出しているので、できればお願いします。 楕円積分、楕円曲線の入門書 はじめまして。 楕円曲線(楕円積分)の勉強をしてみたいのですが、 良い入門書を教えていただきたく質問致しました。 私の数学の知識は、大学の一般教養程度の微分積分学・線形代数学に複素積分の知識が少し加わった程度なので、 できるだけ易しい入門書を探しています。 それではよろしくお願い申し上げます。 広義積分 広義積分の問題なのですが,変数変換をすると,積分範囲がどうしても0→0になってしまいます…。 問題は D={(x,y)∈R^2|ε^2≦x^2+y^2≦1} lim(ε→0) ∬{(x^2-y^2)/(x^4+y^4})dxdy という問題なのですが,これを x=rcosθ,y=rsinθ,ヤコビアン=r D'={(r,θ)∈R^2|ε≦r≦1,0≦θ≦2π} ∫(1/r)dr∫{(cos^2θ-sin^2θ)/(cos^4θ+sin^4θ)}dθ =∫(1/r)dr∫{cos2θ/((cos^2θ+sin^2θ)^2-2cos^2θsin^2θ)}dθ =∫(1/r)dr∫{cos2θ/(1-(sin2θ)^2/2)}dθ =∫(1/r)dr∫{2cos2θ/(2-(sin2θ)^2)}dθ ここでt=sin2θと変数変換しようとしたのですが, そうすると積分範囲が0→0になってしまします。。。 どこか間違っているのでしょうか?? どなたか解説お願いします。 極座標系における∇×Aの計算 直交座標系(x,y,z)を極座標系(r,θ,ψ)に変換すると x=rsinθcosψ y=rsinθsinψ z=rcosθ となりますよね。 これを用いて極座標系で∇×Aを計算すると、 その演算結果は以下のようになるらしいのですが、 その導出過程が分かりません。最初の 1/r^2sinθはヤコビアンで補正をかけているような 気がするのですが、その他の項には1/rsinθや1/rが 出てきてこれらが何を表しているのかさっぱり?で、 やっぱり分かりません。宜しければ教えていただけないでしょうか?(第1行目の(^r),(^θ),(^ψ)はそれぞれの 方向の単位ベクトルです。)お願いいたします。 ∇×A= |(^r)/r^2sinθ (^θ)/rsinθ (^ψ)/r | | ∂/∂r ∂/∂θ ∂/∂ψ | | A_r rA_θ rsinθA_ψ | 三重積分の問題です。 空間の極座標変換を用いて、次の積分の値を計算しなさい。 ∬∫(x^2+y^2+z^2)dxdydz、範囲がx^2+y^2+z^2≦a^2 です。 極座標変換で(r、θ、φ)={0≦r≦a 0≦θ≦2π 0≦φ≦2π}と範囲をおき、 x=r sinθ cosφ y=r sinθ sinφ z=r cosθ と変換しました。 ここから積分の仕方が少しわかりませんでした。 一生懸命考えてみたのですが、積分で詰まりました。 もしわかる人がいましたら教えてください
お礼
自分で座標をいろいろ考えてみるとうまくいかないことがよくわかりました。