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抛物线坐标


ParabolicCoordinates

一种曲线坐标系统,其中两组坐标曲面是通过将抛物柱面坐标的抛物线绕 x旋转获得的,然后 x 轴被重新标记为 z。存在几种符号约定。本文使用 (u,v,theta),而 Arfken (1970) 使用 (xi,eta,phi)

抛物线坐标的方程是

x=uvcostheta
(1)
y=uvsintheta
(2)
z=1/2(u^2-v^2),
(3)

其中 u in [0,infty), v in [0,infty), 且 theta in [0,2pi)。为了求解 u, v, 和 theta,请检查

x^2+y^2+z^2=u^2v^2+1/4(u^4-2u^2v^2+v^4)
(4)
=1/4(u^4+2u^2v^2+v^4)
(5)
=1/4(u^2+v^2)^2,
(6)

因此

 sqrt(x^2+y^2+z^2)=1/2(u^2+v^2)
(7)

并且

 sqrt(x^2+y^2+z^2)+z=u^2
(8)
 sqrt(x^2+y^2+z^2)-z=v^2.
(9)

因此我们有

u=sqrt(sqrt(x^2+y^2+z^2)+z)
(10)
v=sqrt(sqrt(x^2+y^2+z^2)-z)
(11)
theta=tan^(-1)(y/x).
(12)

比例因子

h_u=sqrt(u^2+v^2)
(13)
h_v=sqrt(u^2+v^2)
(14)
h_theta=uv.
(15)

线元素

 ds^2=(u^2+v^2)(du^2+dv^2)+u^2v^2dtheta^2,
(16)

体积元素是

 dV=uv(u^2+v^2)dudvdtheta.
(17)

拉普拉斯算符

del ^2f=1/(uv(u^2+v^2))[partial/(partialu)(uv(partialf)/(partialu))+partial/(partialv)(uv(partialf)/(partialv))]+1/(u^2v^2)(partial^2f)/(partialtheta^2)
(18)
=1/(u^2+v^2)[1/upartial/(partialu)(u(partialf)/(partialu))+1/vpartial/(partialv)(v(partialf)/(partialv))]+1/(u^2v^2)(partial^2f)/(partialtheta^2)
(19)
=1/(u^2+v^2)(1/u(partialf)/(partialu)+(partial^2f)/(partialu^2)+1/v(partialf)/(partialv)+(partial^2f)/(partialv^2))+1/(u^2v^2)(partial^2f)/(partialtheta^2).
(20)

亥姆霍兹微分方程在抛物线坐标中是可分离的


另请参阅

共焦抛物面坐标, 亥姆霍兹微分方程--抛物线坐标, 抛物柱面坐标

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参考文献

Arfken, G. "抛物线坐标 (xi, eta, phi)." §2.12 in Mathematical Methods for Physicists, 2nd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 109-112, 1970.Moon, P. and Spencer, D. E. "抛物线坐标 (mu,nu,psi)." Table 1.08 in Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, pp. 34-36, 1988.Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, p. 660, 1953.

在 Wolfram|Alpha 上被引用

抛物线坐标

引用为

Weisstein, Eric W. "抛物线坐标。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/ParabolicCoordinates.html

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