拋物柱面坐標系

拋物柱面坐標系(英語:Parabolic cylindrical coordinates)是一種三維正交坐標系。

簡介

拋物柱面坐標系(英語:Parabolic cylindrical coordinates)是一種三維正交坐標系。往 z-軸方向延伸二維的拋物線坐標系,則可得到拋物柱面坐標系。其坐標曲面是共焦的拋物柱面。拋物柱面坐標可以套用於許多物理問題。例如,物體邊緣的位勢論。

基本定義

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系
拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系

直角坐標 可以用拋物柱面坐標 表示為

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系
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其中, 。

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系

坐標 為常數的曲線形成共焦的,凹性往 +y-軸的拋物柱面:

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系
拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系

而坐標 為常數的曲線形成共焦的,凹性往 -y-軸的拋物柱面:

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系

這些拋物柱面的焦線的位置都在 z-軸。

徑向距r的公式為

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系

當解析經典力學的反平方連心力問題時,假若採用拋物柱面坐標的哈密頓-亞可比方程式,則會用到這很有用的公式。參閱拉普拉斯-龍格-冷次向量。

標度因子

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系

拋物柱面坐標 的標度因子相等;而 z的標度因子是 1 :

拋物柱面坐標系 拋物柱面坐標系
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無窮小體積元素是

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拉普拉斯運算元是

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其它微分運算元,像,都可以用坐標表示,只要將標度因子代入在正交坐標系條目內對應的一般公式。

套用

拋物柱面坐標有一個經典的套用,這是在解析像拉普拉斯方程或亥姆霍茲方程這類的偏微分方程式。在這些方程式里,拋物柱面坐標允許分離變數法的使用。

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