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双极坐标


双极坐标是一个二维坐标系统。有两种常用的双极坐标定义类型,第一种定义如下:

x=(asinhv)/(coshv-cosu)
(1)
y=(asinu)/(coshv-cosu),
(2)

其中 u 在 [0,2pi) 区间内, v 在 (-infty,infty) 区间内。以下恒等式表明,常数 uv 的曲线是 ,位于 xy 平面内。

 x^2+(y-acotu)^2=a^2csc^2u
(3)
 (x-acothv)^2+y^2=a^2csch^2v.
(4)

比例因子为:

h_u=a/(coshv-cosu)
(5)
h_v=a/(coshv-cosu).
(6)

拉普拉斯算子为:

 del ^2=((coshv-cosu)^2)/(a^2)((partial^2)/(partialu^2)+(partial^2)/(partialv^2)).
(7)

拉普拉斯方程是可分离的。

双中心双极坐标是两个坐标,表示到两个固定中心 r_1r_2 的距离,有时分别表示为 rr^'。对于中心位于 (+/-c,0) 的双中心双极坐标,

r_1^2=(x+c)^2+y^2
(8)
r_2^2=(x-c)^2+y^2.
(9)

结合 (8) 和 (9) 得到:

 r_1^2-r_2^2=4cx.
(10)

求解 笛卡尔坐标 xy 得到:

x=(r_1^2-r_2^2)/(4c)
(11)
y=+/-1/(4c)sqrt(16c^2r_1^2-(r_1^2-r_2^2+4c^2)^2).
(12)

求解 极坐标 得到:

r=sqrt((r_1^2+r_2^2-2c^2)/2)
(13)
theta=tan^(-1)[(sqrt(r_2^4-2(4c^2+r_1^2)r_2^2-(4c^2-r_1^2)^2))/(r_1^2-r_2^2)].
(14)

另请参阅

双极柱坐标极坐标

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参考文献

Lockwood, E. H. "双极坐标。" 曲线之书 第 25 章。英国剑桥:剑桥大学出版社,第 186-190, 1967 页。

在 Wolfram|Alpha 中被引用

双极坐标

请引用本文为

Weisstein, Eric W. "双极坐标。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/BipolarCoordinates.html

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