सामान्य समन्वय परिवर्तनों की सूची
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Latest revision as of 13:08, 1 May 2023
यह सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले कुछ समन्वय परिवर्तनों की सूची है।
द्वि-आयामी मान लीजिए (x, y) मानक कार्तीय निर्देशांक हैं, और (r, θ) मानक ध्रुवीय निर्देशांक हैं।
=== कार्तीय निर्देशांक === के लिए
ध्रुवीय निर्देशांक x = r cos θ y = r sin θ ∂ ( x , y ) ∂ ( r , θ ) = [ cos θ − r sin θ sin θ r cos θ ] Jacobian = det ∂ ( x , y ) ∂ ( r , θ ) = r {\displaystyle {\begin{aligned}x&=r\cos \theta \\y&=r\sin \theta \\[5pt]{\frac {\partial (x,y)}{\partial (r,\theta )}}&={\begin{bmatrix}\cos \theta &-r\sin \theta \\\sin \theta &r\cos \theta \end{bmatrix}}\\[5pt]{\text{Jacobian}}=\det {\frac {\partial (x,y)}{\partial (r,\theta )}}&=r\end{aligned}}}
लॉग-पोलर निर्देशांक x = e ρ cos θ , y = e ρ sin θ . {\displaystyle {\begin{aligned}x&=e^{\rho }\cos \theta ,\\y&=e^{\rho }\sin \theta .\end{aligned}}} सम्मिश्र संख्याओं का उपयोग करके ( x , y ) = x + i y ′ {\displaystyle (x,y)=x+iy'}
x + i y = e ρ + i θ {\displaystyle x+iy=e^{\rho +i\theta }} यह जटिल घातीय कार्य द्वारा दिया जाता है।
द्विध्रुवीय निर्देशांक x = a sinh τ cosh τ − cos σ y = a sin σ cosh τ − cos σ {\displaystyle {\begin{aligned}x&=a{\frac {\sinh \tau }{\cosh \tau -\cos \sigma }}\\y&=a{\frac {\sin \sigma }{\cosh \tau -\cos \sigma }}\end{aligned}}}
2-केंद्र द्विध्रुवी निर्देशांक x = 1 4 c ( r 1 2 − r 2 2 ) y = ± 1 4 c 16 c 2 r 1 2 − ( r 1 2 − r 2 2 + 4 c 2 ) 2 {\displaystyle {\begin{aligned}x&={\frac {1}{4c}}\left(r_{1}^{2}-r_{2}^{2}\right)\\y&=\pm {\frac {1}{4c}}{\sqrt {16c^{2}r_{1}^{2}-(r_{1}^{2}-r_{2}^{2}+4c^{2})^{2}}}\end{aligned}}}
सिजेरो समीकरण x = ∫ cos [ ∫ κ ( s ) d s ] d s y = ∫ sin [ ∫ κ ( s ) d s ] d s {\displaystyle {\begin{aligned}x&=\int \cos \left[\int \kappa (s)\,ds\right]ds\\y&=\int \sin \left[\int \kappa (s)\,ds\right]ds\end{aligned}}}
ध्रुवीय निर्देशांक कार्तीय निर्देशांक r = x 2 + y 2 θ ′ = arctan | y x | {\displaystyle {\begin{aligned}r&={\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\\\theta '&=\arctan \left|{\frac {y}{x}}\right|\end{aligned}}} नोट: के लिए हल करना θ ′ {\displaystyle \theta '} 0 < θ < π 2 {\textstyle 0<\theta <{\frac {\pi }{2}}} θ {\displaystyle \theta } θ {\displaystyle \theta } θ {\displaystyle \theta }
For θ ′ {\displaystyle \theta '} θ = θ ′ {\displaystyle \theta =\theta '}
For θ ′ {\displaystyle \theta '} θ = π − θ ′ {\displaystyle \theta =\pi -\theta '}
For θ ′ {\displaystyle \theta '} θ = π + θ ′ {\displaystyle \theta =\pi +\theta '}
For θ ′ {\displaystyle \theta '} θ = 2 π − θ ′ {\displaystyle \theta =2\pi -\theta '} मूल्य θ {\displaystyle \theta } θ {\displaystyle \theta } tan θ {\displaystyle \tan \theta } − π 2 < θ < + π 2 {\textstyle -{\frac {\pi }{2}}<\theta <+{\frac {\pi }{2}}} π {\displaystyle \pi }
ध्यान दें कि कोई भी उपयोग कर सकता है
r = x 2 + y 2 θ ′ = 2 arctan y x + r {\displaystyle {\begin{aligned}r&={\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\\\theta '&=2\arctan {\frac {y}{x+r}}\end{aligned}}}
2-केंद्र द्विध्रुवी निर्देशांक r = r 1 2 + r 2 2 − 2 c 2 2 θ = arctan [ 8 c 2 ( r 1 2 + r 2 2 − 2 c 2 ) r 1 2 − r 2 2 − 1 ] {\displaystyle {\begin{aligned}r&={\sqrt {\frac {r_{1}^{2}+r_{2}^{2}-2c^{2}}{2}}}\\\theta &=\arctan \left[{\sqrt {{\frac {8c^{2}(r_{1}^{2}+r_{2}^{2}-2c^{2})}{r_{1}^{2}-r_{2}^{2}}}-1}}\right]\end{aligned}}} जहाँ 2c ध्रुवों के बीच की दूरी है।
=== कार्तीय निर्देशांक से लॉग-ध्रुवीय निर्देशांक === के लिए
ρ = log x 2 + y 2 , θ = arctan y x . {\displaystyle {\begin{aligned}\rho &=\log {\sqrt {x^{2}+y^{2}}},\\\theta &=\arctan {\frac {y}{x}}.\end{aligned}}}
चाप-लंबाई और वक्रता कार्तीय निर्देशांक κ = x ′ y ″ − y ′ x ″ ( x ′ 2 + y ′ 2 ) 3 2 s = ∫ a t x ′ 2 + y ′ 2 d t {\displaystyle {\begin{aligned}\kappa &={\frac {x'y''-y'x''}{({x'}^{2}+{y'}^{2})^{\frac {3}{2}}}}\\s&=\int _{a}^{t}{\sqrt {{x'}^{2}+{y'}^{2}}}\,dt\end{aligned}}}
ध्रुवीय निर्देशांक κ = r 2 + 2 r ′ 2 − r r ″ ( r 2 + r ′ 2 ) 3 2 s = ∫ a φ r 2 + r ′ 2 d φ {\displaystyle {\begin{aligned}\kappa &={\frac {r^{2}+2{r'}^{2}-rr''}{(r^{2}+{r'}^{2})^{\frac {3}{2}}}}\\s&=\int _{a}^{\varphi }{\sqrt {r^{2}+{r'}^{2}}}\,d\varphi \end{aligned}}}
थ्री-आयामी मान लीजिए (x, y, z) मानक कार्तीय निर्देशांक हैं, और (ρ, θ, φ) गोलीय निर्देशांक हैं, θ के साथ कोण को +Z अक्ष से दूर मापा जाता है (जैसा विकि/File:3D_Spherical.svg , गोलीय निर्देशांक संकेत में है।) चूंकि φ की सीमा 360° होती है, ध्रुवीय (2 आयामी) निर्देशांकों में समान विचार तब उचित होते हैं जब इसकी एक चाप स्पर्शरेखा ली जाती है। θ की सीमा 180° है, जो 0° से 180° तक चलती है, और चापकोसाइन से परिकलित करने पर कोई समस्या उत्पन्न नहीं होती है, परंतु चाप स्पर्शरेखा से सावधान रहें।
यदि, वैकल्पिक परिभाषा में, θ को -90° से +90° तक चलने के लिए चुना जाता है, तो पिछली परिभाषा के विपरीत दिशा में, इसे आर्क्सिन से विशिष्ट रूप से पाया जा सकता है, परंतु आर्ककोटेजेंट से सावधान रहें। इस स्थिति में θ में सभी तर्कों के नीचे सभी सूत्रों में साइन और कोसाइन का आदान-प्रदान होना चाहिए, और व्युत्पन्न के रूप में प्लस और माइनस एक्सचेंज भी होना चाहिए।
मुख्य अक्षों में से एक के साथ दिशा होने के विशेष स्थितियों में शून्य परिणाम के सभी विभाजन और व्यवहार में अवलोकन द्वारा सबसे आसानी से हल किए जाते हैं।
कार्तीय निर्देशांक गोलाकार निर्देशांक x = ρ sin θ cos φ y = ρ sin θ sin φ z = ρ cos θ ∂ ( x , y , z ) ∂ ( ρ , θ , φ ) = ( sin θ cos φ ρ cos θ cos φ − ρ sin θ sin φ sin θ sin φ ρ cos θ sin φ ρ sin θ cos φ cos θ − ρ sin θ 0 ) {\displaystyle {\begin{aligned}x&=\rho \,\sin \theta \,\cos \varphi \\y&=\rho \,\sin \theta \,\sin \varphi \\z&=\rho \,\cos \theta \\{\frac {\partial (x,y,z)}{\partial (\rho ,\theta ,\varphi )}}&={\begin{pmatrix}\sin \theta \cos \varphi &\rho \cos \theta \cos \varphi &-\rho \sin \theta \sin \varphi \\\sin \theta \sin \varphi &\rho \cos \theta \sin \varphi &\rho \sin \theta \cos \varphi \\\cos \theta &-\rho \sin \theta &0\end{pmatrix}}\end{aligned}}} मात्रा तत्व के लिए:
d x d y d z = det ∂ ( x , y , z ) ∂ ( ρ , θ , φ ) d ρ d θ d φ = ρ 2 sin θ d ρ d θ d φ {\displaystyle dx\;dy\;dz=\det {\frac {\partial (x,y,z)}{\partial (\rho ,\theta ,\varphi )}}d\rho \;d\theta \;d\varphi =\rho ^{2}\sin \theta \;d\rho \;d\theta \;d\varphi }
बेलनाकार निर्देशांक x = r cos θ y = r sin θ z = z ∂ ( x , y , z ) ∂ ( r , θ , z ) = ( cos θ − r sin θ 0 sin θ r cos θ 0 0 0 1 ) {\displaystyle {\begin{aligned}x&=r\,\cos \theta \\y&=r\,\sin \theta \\z&=z\,\\{\frac {\partial (x,y,z)}{\partial (r,\theta ,z)}}&={\begin{pmatrix}\cos \theta &-r\sin \theta &0\\\sin \theta &r\cos \theta &0\\0&0&1\end{pmatrix}}\end{aligned}}} मात्रा तत्व के लिए:
d V = d x d y d z = det ∂ ( x , y , z ) ∂ ( r , θ , z ) d r d θ d z = r d r d θ d z {\displaystyle dV=dx\;dy\;dz=\det {\frac {\partial (x,y,z)}{\partial (r,\theta ,z)}}dr\;d\theta \;dz=r\;dr\;d\theta \;dz}
गोलाकार निर्देशांक कार्तीय निर्देशांक ρ = x 2 + y 2 + z 2 θ = arctan ( x 2 + y 2 z ) = arccos ( z x 2 + y 2 + z 2 ) φ = arctan ( y x ) = arccos ( x x 2 + y 2 ) = arcsin ( y x 2 + y 2 ) ∂ ( ρ , θ , φ ) ∂ ( x , y , z ) = ( x ρ y ρ z ρ x z ρ 2 x 2 + y 2 y z ρ 2 x 2 + y 2 − x 2 + y 2 ρ 2 − y x 2 + y 2 x x 2 + y 2 0 ) {\displaystyle {\begin{aligned}\rho &={\sqrt {x^{2}+y^{2}+z^{2}}}\\\theta &=\arctan \left({\frac {\sqrt {x^{2}+y^{2}}}{z}}\right)=\arccos \left({\frac {z}{\sqrt {x^{2}+y^{2}+z^{2}}}}\right)\\\varphi &=\arctan \left({\frac {y}{x}}\right)=\arccos \left({\frac {x}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}}\right)=\arcsin \left({\frac {y}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}}\right)\\{\frac {\partial \left(\rho ,\theta ,\varphi \right)}{\partial \left(x,y,z\right)}}&={\begin{pmatrix}{\frac {x}{\rho }}&{\frac {y}{\rho }}&{\frac {z}{\rho }}\\{\frac {xz}{\rho ^{2}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}}}&{\frac {yz}{\rho ^{2}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}}}&-{\frac {\sqrt {x^{2}+y^{2}}}{\rho ^{2}}}\\{\frac {-y}{x^{2}+y^{2}}}&{\frac {x}{x^{2}+y^{2}}}&0\\\end{pmatrix}}\end{aligned}}} कुछ किनारे की स्थिति को सुरुचिपूर्ण ढंग से कैसे संभालना है, इसके लिए अतान2 लेख देखें।
तत्व के लिए:
d ρ d θ d φ = det ∂ ( ρ , θ , φ ) ∂ ( x , y , z ) d x d y d z = 1 x 2 + y 2 x 2 + y 2 + z 2 d x d y d z {\displaystyle d\rho \ d\theta \ d\varphi =\det {\frac {\partial (\rho ,\theta ,\varphi )}{\partial (x,y,z)}}dx\ dy\ dz={\frac {1}{{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}{\sqrt {x^{2}+y^{2}+z^{2}}}}}dx\ dy\ dz}
बेलनाकार निर्देशांक ρ = r 2 + h 2 θ = arctan r h φ = φ ∂ ( ρ , θ , φ ) ∂ ( r , h , φ ) = ( r r 2 + h 2 h r 2 + h 2 0 h r 2 + h 2 − r r 2 + h 2 0 0 0 1 ) det ∂ ( ρ , θ , φ ) ∂ ( r , h , φ ) = 1 r 2 + h 2 {\displaystyle {\begin{aligned}\rho &={\sqrt {r^{2}+h^{2}}}\\\theta &=\arctan {\frac {r}{h}}\\\varphi &=\varphi \\{\frac {\partial (\rho ,\theta ,\varphi )}{\partial (r,h,\varphi )}}&={\begin{pmatrix}{\frac {r}{\sqrt {r^{2}+h^{2}}}}&{\frac {h}{\sqrt {r^{2}+h^{2}}}}&0\\{\frac {h}{r^{2}+h^{2}}}&{\frac {-r}{r^{2}+h^{2}}}&0\\0&0&1\\\end{pmatrix}}\\\det {\frac {\partial (\rho ,\theta ,\varphi )}{\partial (r,h,\varphi )}}&={\frac {1}{\sqrt {r^{2}+h^{2}}}}\end{aligned}}}
बेलनाकार निर्देशांक कार्तीय निर्देशांक r = x 2 + y 2 θ = arctan ( y x ) z = z {\displaystyle {\begin{aligned}r&={\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\\\theta &=\arctan {\left({\frac {y}{x}}\right)}\\z&=z\quad \end{aligned}}} ∂ ( r , θ , h ) ∂ ( x , y , z ) = ( x x 2 + y 2 y x 2 + y 2 0 − y x 2 + y 2 x x 2 + y 2 0 0 0 1 ) {\displaystyle {\frac {\partial (r,\theta ,h)}{\partial (x,y,z)}}={\begin{pmatrix}{\frac {x}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}}&{\frac {y}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}}&0\\{\frac {-y}{x^{2}+y^{2}}}&{\frac {x}{x^{2}+y^{2}}}&0\\0&0&1\end{pmatrix}}}
गोलाकार निर्देशांक r = ρ sin φ h = ρ cos φ θ = θ ∂ ( r , h , θ ) ∂ ( ρ , φ , θ ) = ( sin φ ρ cos φ 0 cos φ − ρ sin φ 0 0 0 1 ) det ∂ ( r , h , θ ) ∂ ( ρ , φ , θ ) = − ρ {\displaystyle {\begin{aligned}r&=\rho \sin \varphi \\h&=\rho \cos \varphi \\\theta &=\theta \\{\frac {\partial (r,h,\theta )}{\partial (\rho ,\varphi ,\theta )}}&={\begin{pmatrix}\sin \varphi &\rho \cos \varphi &0\\\cos \varphi &-\rho \sin \varphi &0\\0&0&1\\\end{pmatrix}}\\\det {\frac {\partial (r,h,\theta )}{\partial (\rho ,\varphi ,\theta )}}&=-\rho \end{aligned}}}
कार्तीय निर्देशांक से चाप-लंबाई, वक्रता और मरोड़ s = ∫ 0 t x ′ 2 + y ′ 2 + z ′ 2 d t κ = ( z ″ y ′ − y ″ z ′ ) 2 + ( x ″ z ′ − z ″ x ′ ) 2 + ( y ″ x ′ − x ″ y ′ ) 2 ( x ′ 2 + y ′ 2 + z ′ 2 ) 3 2 τ = x ‴ ( y ′ z ″ − y ″ z ′ ) + y ‴ ( x ″ z ′ − x ′ z ″ ) + z ‴ ( x ′ y ″ − x ″ y ′ ) ( x ′ y ″ − x ″ y ′ ) 2 + ( x ″ z ′ − x ′ z ″ ) 2 + ( y ′ z ″ − y ″ z ′ ) 2 {\displaystyle {\begin{aligned}s&=\int _{0}^{t}{\sqrt {{x'}^{2}+{y'}^{2}+{z'}^{2}}}\,dt\\[3pt]\kappa &={\frac {\sqrt {(z''y'-y''z')^{2}+(x''z'-z''x')^{2}+(y''x'-x''y')^{2}}}{({x'}^{2}+{y'}^{2}+{z'}^{2})^{\frac {3}{2}}}}\\[3pt]\tau &={\frac {x'''(y'z''-y''z')+y'''(x''z'-x'z'')+z'''(x'y''-x''y')}{{(x'y''-x''y')}^{2}+{(x''z'-x'z'')}^{2}+{(y'z''-y''z')}^{2}}}\end{aligned}}}
यह भी देखें संदर्भ
