Математика

§2. Координаты точки на плоскости

6. Другие системы координат.


Есть координаты, более существенным образом отличающиеся от декартовых. Примером таких координат являются полярные координаты, о которых мы уже упоминали.

Полярные координаты точки на плоскости определяются следующим образом.

На плоскости берется числовая ось.

Начало координат этой оси (точка O) называется полюсом, а сама ось — полярной осью. Для определения положения точки M достаточно указать два числа: {\rho} — полярный радиус (расстояние этой точки от полюса) и {\phi} — полярный угол (угол поворота от полярной оси до луча OM). На нашем рисунке полярный радиус {\rho}=4 , а полярный угол {\phi} равен {225}^{\circ}, или \frac{5{\pi}}{4}.

{\phi} — это греческая буква,читается «фи».

Для измерения углов {\phi} в полярной системе координат мы наряду с градусной мерой будем применять радианную. За 1 радиан принимается центральный угол, опирающийся на дугу, длина которой, равна R радиусу окружности. Если R=1, то полный угол {360}^{\circ} получает радианную меру 2{\pi}, угол в {180}^{\circ} — меру {\pi}, прямой угол — меру \frac{\pi}{2}, угол в {45}^{\circ} — меру \frac{\pi}{4} и т.д. Радиан равен \frac{{180}^{\circ}}{\pi} \approx 57 \cdot 17^\prime 45 ^{\prime \prime}. Во многих вопросах радианная мера значительно удобнее градусной.

Итак, в полярной системе координат положение точки на плоскости задается двумя числами, указывающими направление, в котором находится точка, и расстояние до этой точки. Такой способ указания места очень прост и часто употребляется. Например, чтобы объяснить дорогу заблудившемуся в лесу человеку, ему говорят: «От горелой сосны (полюс) сверните на восток (направление), пройдете километра два (расстояние), и будет сторожка (точка)».

Кто занимался в туристических секциях, легко поймет, что хождение по азимуту основано на том же принципе, что и полярные координаты.

С помощью полярных координат можно тоже задавать на плоскости различные множества точек. Очень простым, например, будет уравнение окружности с центром в полюсе.

Если радиус окружности равен R, то и полярный радиус любой точки окружности (и только точек на рассматриваемой окружности) тоже равен R, значит, уравнение этой окружности имеет вид

{\rho}=R,

где R — некоторая постоянная величина.

Какое множество получится, если рассмотреть уравнение {\phi}={\alpha}, где {\alpha} — некоторое постоянное число (например, \frac{1}{2} или \frac{3{\pi}}{2})?

Ответ ясен: точки, для которых {\phi} постоянно и равно {\alpha}, заполняют луч, выходящий из полюса под углом {\alpha} к полярной оси.

Например, если {\alpha} равно \frac{1}{2}, то этот луч проходит под углом, равным примерно {29}^{\circ} к оси, а если {\phi}=\frac{3{\pi}}{2} , то луч направлен вертикально вниз, т.е. угол между положительным направлением оси и лучом равен {270}^{\circ}.

Напоминаем, что число, служащее координатой {\phi}, нужно истолковывать как радианную меру угла (см. сноску на стр.191). Угол в \frac{1}{2} радиана равен примерно {29}^{\circ}, а угол в \frac{3{\pi}}{2} радиана равен точно {270}^{\circ}.