2023/ 6 / 5 ( 月 ) 極座標 (1回目) 極座標 表示 、 ヤコビアン 、 ナブラ ∇ の導出 ■ 導出 ▼ P(x,y,z)の極座標表示 図 1 . P(x,y,z)の極座標表示と微小体積 ▼ P(x,y,z)の極座標表示 の導出 図 1 より z = rcosθ , s = rsin θ = √(x 2 +y 2 ) x = s cosφ , y = s sinφ より x = rsinθcosφ y = rsinθsinφ z = rcosθ r = √(x 2 +y 2 +z 2 ) θ= Tan -1 {√(x 2 +y 2 )/z} φ= Tan -1 (y/x) ▼ ヤコビアン の導出 微小体積 d V = dxdydz = dr ・ r d θ・r sin θ d φ = r 2 sin θd rd θ d φ より r 2 sin θ … ( ヤコビアン ) ▼ 微分公式 u = tant = sint/cost (d/dt)(1/cost) = sint/cos 2 t du/dt = sin 2 t/cos 2 t + cost/cost = tan 2 t + 1 t = Tan -1 u dt/du = 1 / {tan 2 t + 1} = 1/(u 2 +1) ▼ ナブラ ∇ の導出 ∇ = (∂/∂x, ∂/∂y, ∂/∂z) ∂/∂x = (∂r /∂x)(∂/∂r ) + (∂θ/∂x)(∂/∂θ) + (∂φ/∂x)(∂/∂φ) r = √(x 2 +y 2 +z 2 ) より ∂r/∂x = 2x(1/2)/√(x 2 +y 2 +z 2 ) = x/r なので ∂r/∂x = x/r = sinθcosφ ∂r/∂y = y/r = sinθsinφ ∂r/∂z = z/r = cosθ θ= Tan -1 {√(x 2 +y 2 )/z} より ∂θ/∂x = (1/z)2x(1/2)/√(x 2 +y 2 ) /{(x 2 +y 2 )/z 2 +1} = x/{z√(x 2 +y 2 )(x 2 +y 2 +z 2 )/z 2 } = zx/{r 2 √(x 2 +y 2 )} = rcosθrsinθcosφ/(r