第34回 曲線座標の続き
前回、曲線座標の線元素dsは
であること、ただし、
さらに、曲線座標の単位ベクトルu、v、wが
になるというところまでやったにゃ。
で、曲線座標の代表的なものである球座表のh₁、h₂、h₃を求めることにするにゃ。
球座表、3次元の極座標とは次のようなもの。
だから、
となる。
問題1 円柱座標のh₁、h₂、h₃を求めよ。
【解】
円柱座標は
だから、
zはそのままだから計算をする必要はないケロ!!
問題2 店の位置ベクトルをrとすれば
である。
【解】
uと∂r/∂uは同じ向きをもち、|u|=1、|∂r/∂u|=h₁なので、
同様に、
そして、今回のメインである次の問題を解くことにする。
問題3 ベクトルAのu、v、wの成分と直交軸に関するには次の関係があることを示せ。
いきなり解いてもいいのだけれど、「急がば廻れ」ということで脱線するにゃ。
前回、方向余弦というものをやった。で、uの方向余弦をl₁、m₁、n₁、vの方向余弦をl₂、m₂、n₂、wの方向余弦をl₃、m₃、n₃とする。そうすると、
という関係が成立する。
Aとuの内積をとると、u、v、wはそれぞれが直交するから、u・v=v・w=w・u=0で、
同様に、vとwの内積をとると、
つまり、
方向余弦が与えられているとき、上の式が変換公式になる。
【解】
だから、
同様に、
となり、
となる。
ちなみに、
ね。同様に、
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