什么是球坐标系?

作者&投稿:糜俭 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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球坐标是一种描述三维空间中点的坐标系统,它使用半径、极角和方位角来表示点的位置。球坐标变换公式可以将球坐标转换为直角坐标(笛卡尔坐标)或将直角坐标转换为球坐标。

将球坐标转换为直角坐标的公式如下:

x = r * sin(θ) * cos(φ)

y = r * sin(θ) * sin(φ)

z = r * cos(θ)

其中,

x、y、z 分别表示点在直角坐标系下的坐标,

r 表示点到原点的距离(半径),

θ(取值范围:0 ≤ θ ≤ π)表示点与正半轴的夹角(也称极角),

φ(取值范围:0 ≤ φ < 2π)表示点在 xy 平面上的投影与正 x 轴的夹角(也称方位角)。

将直角坐标转换为球坐标的公式如下:

r = √(x^2 + y^2 + z^2)

θ = arccos(z / r)

φ = atan2(y, x)

其中,

r 表示点到原点的距离(半径),

θ(取值范围:0 ≤ θ ≤ π)表示点与正半轴的夹角(也称极角),

φ(取值范围:0 ≤ φ < 2π)表示点在 xy 平面上的投影与正 x 轴的夹角(也称方位角),

arccos 表示反余弦函数,atan2 表示反正切函数。

这些公式可以用于在球坐标和直角坐标之间进行转换,并用于在不同坐标系统下进行问题的建模和解决。


球坐标定义

圆球坐标系,又称球坐标系。在数学里,是一种利用球坐标表示一个点p在三维空间的位置的三维正交坐标系。

假设P点在三维空间的位置的三个坐标是(r,θ,φ)。那么,0 ≤r是从原点到P点的距离,0 ≤θ≤ π是从原点到P点的连线与正z-轴的夹角,0 ≤φ< 2π是从原点到P点的连线在xy-平面的投影线,与正x-轴的夹角。

坐标系变换

三维空间里,有各种各样的坐标系。球坐标系只是其中一种。球坐标系与其他坐标系的变换需要用到特别的方程式。

使用以下等式,可从直角坐标变换为球坐标


球坐标变换公式例题

已知球坐标为:r = 2,θ = π/4,φ = π/6,求对应的直角坐标。

解题步骤如下:

1. 确定已知条件:

r = 2

θ = π/4

φ = π/6

2. 使用球坐标转换为直角坐标的公式:

x = r * sin(θ) * cos(φ)

y = r * sin(θ) * sin(φ)

z = r * cos(θ)

3. 计算直角坐标:

将已知条件代入公式,得到:

x = 2 * sin(π/4) * cos(π/6)

y = 2 * sin(π/4) * sin(π/6)

z = 2 * cos(π/4)

4. 进行计算:

使用计算器计算上述表达式,得到:

x ≈ 0.866

y ≈ 1.0

z ≈ 1.732

因此,球坐标 (r, θ, φ) = (2, π/4, π/6) 对应的直角坐标为 (x, y, z) ≈ (0.866, 1.0, 1.732)。




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上蔡县15782493041: 球坐标系(三维坐标系) - 搜狗百科
牟清欣坦: 你可以去看看高等数学教材,里面有严格定义的: 球坐标是一种三维坐标 设M(x,y,z)为空间内一点,则点M也可用这样三个有次序的数r,φ,θ来确定,其中r为原点O与点M间的距离,φ为有向线段与z轴正向所夹的角,θ为从正z轴来看自x轴按逆时针方向转到有向线段的角,这里P为点M在xOy面上的投影.这样的三个数r,φ,θ叫做点M的球面坐标,这里r,φ,θ的变化范围为 0 ≤ r < +∞, 0 ≤φ≤ π, 0 ≤θ≤ 2π. r = 常数,即以原点为心的球面; φ= 常数,即以原点为顶点、z轴为轴的圆锥面; θ = 常数,即过z轴的半平面.

上蔡县15782493041: 球坐标系的参数范围是什么? -
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上蔡县15782493041: 什么是球面坐标系,高中能学到吗???老难来,网上没查着,哪位能帮帮忙,谢啦 -
牟清欣坦:[答案] 选修学得到 通常我们说直角坐标系,你可以做一个类比 球坐标是一种三维坐标.分别有原点、方位角、仰角、距离构成. 设P(x,y,z)为空间内一点,则点P也可用这样三个有次序的数r,φ,θ来确定,其中r为原点O与点P...

上蔡县15782493041: 物理中坐标系的概念是什么? -
牟清欣坦:[答案] 为了说明质点的位置运动的快慢、方向等,必须选取其坐标系.在参照系中,为确定空间一点的位置,按规定方法选取的有次序的一组数据,这就叫做“坐标”.在某一问题中规定坐标的方法,就是该问题所用的坐标系.坐标系的种类很多,常用的坐标...

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牟清欣坦: 选修学得到通常我们说直角坐标系,你可以做一个类比 球坐标是一种三维坐标.分别有原点、方位角、仰角、距离构成. 设P(x,y,z)为空间内一点,则点P也可用这样三个有次序的数r,φ,θ来确定,其中r为原点O与点P间的距离,θ为有向线段与z轴...

上蔡县15782493041: 球坐标系φ的范围
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上蔡县15782493041: 什么是球坐标
牟清欣坦: 球坐标系的介绍你可以看看: http://baike.baidu.com/view/1196991.htm

上蔡县15782493041: 坐标系有多少种就是数学方面有哪些坐标系?越多越好,要有简单介绍. -
牟清欣坦:[答案] 为了说明质点的位置运动的快慢、方向等,必须选取其坐标系.在参照系中,为确定空间一点的位置,按规定方法选取的有次序的一组数据,这就叫做“坐标”.在某一问题中规定坐标的方法,就是该问题所用的坐标系.坐标系的种类很多,常用的坐标...

上蔡县15782493041: 刚体坐标系的定义是什么 -
牟清欣坦: 为了说明质点的位置、运动的快慢、方向等,必须选取其坐标系.在参照系中,为确定空间一点的位置,按规定方法选取的有次序的一组数据,这就叫做“坐标”.在某一问题中规定坐标的方法,就是该问题所用的坐标系.坐标系的种类很多,常用的坐标系有:笛卡尔直角坐标系、平面极坐标系、柱面坐标系(或称柱坐标系)和球面坐标系(或称球坐标系)等.中学物理学中常用的坐标系,为直角坐标系,或称为正交坐标系. 从广义上讲:事物的一切抽象概念都是参照于其所属的坐标系存在的,同一个事物在不同的作标系中就会有不同抽象概念来表示,坐标系表达的事物有联系的抽象概念的数量【既坐标轴的数量】就是该事物所处空间的维度.

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