Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
метод координат 2007.doc
Скачиваний:
24
Добавлен:
21.11.2019
Размер:
1.57 Mб
Скачать

§ 5. Полярная система координат

Для определения положения точки на плоскости можно пользоваться и другими системами координат. В частности широко используется полярная система координат. На плоскости выберем точку и обозначим ее О. Рассмотрим луч с началом в О, а на луче выберем единичный отрезок ОЕ. Точка О называется полюсом, а луч ОЕ называется полярной осью. Положение любой точки М на плоскости, отличной от О определяется парой чисел: расстоянием = |OM| и величиной угла между лучами ОЕ и ОМ, причем угол ориентирован, т. е. положительное направление против часовой стрелки, а отрицательное – по часовой стрелке. Для точки О считаем = 0, а угол  не определен.

Для рассматриваемых полярных координат мы имеем 0, а R. Однако, в нашем случае пары чисел (, ) и (, + 2 к), где к – любое целое число, представляют собой координаты одной и той же точки плоскости. Поэтому выделяют главные значения угла 0 < 2.

Рассмотрим одновременно с полярной системой координат прямоугольно декартовую, у которой начало координат совпадает с О, а ось абсцисс содержит полярную ось, причем сохраняет положительное направление оси и масштаб. В этом случае обе эти системы координат однозначно определяют друг друга.

С одной стороны:

а с другой :

, , .

В полярной системе координат уравнение окружности с центром в полюсе О и радиусом R имеет вид:  = R.

Уравнение луча ОА, составляющего угол  с полярной осью, имеет вид:  = .

Обобщенные полярные координаты

В полярной системе координат О всегда выполняется неравенство  . Поэтому не всякая пара действительных чисел является полярными координатами точки. Например, пара (–1; ). Для устранения этого недостатка вводят так называемые обобщенные полярные координаты точки. Пусть (; ) – произвольная пара действительных чисел. Если   0, то этой парой числе задается точка с полярными координатами (; ). Если  0, то будем считать, что этой парой чисел (; ) определяется точка А, симметричная точке Ã(||;) относительно полюса О.

Можно говорить не о симметричности относительно полюса О, а прибавлять к углу  число .

Например, пара чисел (−3; ) задает точку А с полярными координатами (3; ).

Пример 1. Найдем уравнение прямой, не проходящей через полюс О. Зададим эту прямую числом р, длиной отрезка ОР и углом , где Р – основание перпендикуляра ОР на прямую, а  –ориентированный угол между лучом ОР и полярной осью.

Если произвольная точка М(, ) принадлежит данной прямой, то р = cos () и обратно.

Поэтому имеем уравнение прямой: .

Пример 2. Луч вращается вокруг своего начала О с постоянной скоростью w. Найти параметрические уравнения траектории точки М, если она начала движение от точки А ¹О, и движется по лучу со скоростью пропорциональной расстоянию |OM|.

Решение. Примем за полярную систему координат начальное положение луча , где точка О будет полюсом. За параметр t примем время. Тогда положение точки М через промежуток t определяется значениями полярных координат r и j, где r изменяется от значения до + ¥. При этом r¢ = lr , а j = wt. Из дифференциального уравнения

r¢ = lr

находим:

Þ Þln - ln = lt Þ .

Рассмотрим согласованную с полярной системой координат прямоугольную декартовую систему. Известна связь между координатами этих систем.

.

Заменяя полярные координаты, получим параметрические уравнения траектории точки М: