このページのまとめ
先に押さえておくこと
極座標と直交座標の変換の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。
答えの要点
図と式の対応や答えの条件を、先に短く確認できます。
- テーマ: (r,θ)と(x,y)
- ポイント: 式と曲線の要点を、図と式を往復しながら確認しやすい記事です。
- 次に読むなら: 関連ページ、またはアプリで類題演習
問題
(1) 極座標 (4,3π) を直交座標に変換せよ。
(2) 直交座標 (−1,3) を極座標 (r,θ)(r>0, 0≦θ<2π)で表せ。
(3) 直交座標の方程式 x2+y2−4x=0 を極方程式で表せ。
解説
極座標と直交座標の変換について解説します。
普段使っている(x,y)の座標は「直交座標」というんだ。
一方「極座標」は、原点からの距離rと角度θで点の位置を表す方法だよ。
極座標では、原点Oを極、x軸の正の部分を始線といいます。点Pの位置を、極からの距離rと始線からの角度θを用いて(r,θ)と表します。
それでは問題を解いていきましょう。
(1) 極座標 (4,3π) を直交座標に変換せよ。
極座標から直交座標への変換なので、x=rcosθ, y=rsinθ を使います。
r=4, θ=3π を代入すると、
x=4cos3π=4⋅21=2 y=4sin3π=4⋅23=23 よって、直交座標は (2,23) です。
z=4(cos1.05+isin1.05) (2) 直交座標 (−1,3) を極座標 (r,θ)(r>0, 0≦θ<2π)で表せ。
直交座標から極座標への変換です。まず r を求めましょう。
r2=x2+y2=(−1)2+(3)2=1+3=4 r>0 より r=2 です。
次に θ を求めます。cosθ=rx=2−1, sinθ=ry=23 より、
0≦θ<2π の範囲で θ=32π です。
よって、極座標は (2,32π) となります。
tanθ=xy だけでは θ の象限が分からないことがあるよ。
cosθ と sinθ の符号を確認して象限を特定しよう。
(3) 直交座標の方程式 x2+y2−4x=0 を極方程式で表せ。
変換公式 x=rcosθ, x2+y2=r2 を使って置き換えます。
x2+y2−4x=0 r2−4rcosθ=0 r(r−4cosθ)=0 r=0 は極(原点)を表すだけなので、求める極方程式は r=4cosθ です。
r=4cosθ で θ=2π とすると r=0 となるから、極は r=4cosθ に含まれているんだ。
だから r=0 は省略してOKだよ。
なるほど!元の方程式 x2+y2−4x=0 はどんな図形ですか?
(x−2)2+y2=4 と変形できるから、中心(2,0)、半径2の円だね。極座標で表すと r=4cosθ というシンプルな式になるんだ。
このページのまとめ
ここでは極座標と直交座標の変換について学習しました。
変換公式 x=rcosθ, y=rsinθ, r2=x2+y2 は極座標の問題の基本です。
特に直交座標から極座標へ変換する際は、θ の象限を正しく判定することを忘れずに!