拋物線坐標系

拋物線坐標系(英語:Parabolic coordinates)是一種二維正交坐標系,兩個坐標的等值曲線都是共焦的拋物線。將二維的拋物線坐標系繞著拋物線的對稱軸旋轉,則可以得到三維的拋物線坐標系。 實際上,拋物線坐標可以套用在許多物理問題。例如,斯塔克效應(Stark effect),物體邊緣的位勢論,以及拉普拉斯-龍格-冷次向量的保守性。

二維拋物線坐標系

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

直角坐標 可以用二維拋物線坐標表示為

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

其中,。

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

反算回來,二維拋物線坐標可以用直角坐標 表示為

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

坐標為常數的曲線形成共焦的,凹性向上的(往 +y-軸)拋物線:

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

而坐標為常數的曲線形成共焦的,凹性向下的(往 -y-軸)拋物線:

拋物線坐標系 拋物線坐標系

這些拋物線的焦點的位置都在原點。

二維標度因子

拋物線坐標系 拋物線坐標系

拋物線坐標的標度因子相等:

拋物線坐標系 拋物線坐標系

因此,面積的無窮小元素是

拋物線坐標系 拋物線坐標系

拉普拉斯運算元是

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

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的一般公式。

三維拋物線坐標系

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

將二維的拋物線坐標系繞著拋物線的對稱軸旋轉,則可以得到三維的拋物線坐標系,又稱為 旋轉拋物線坐標系。將對稱軸與 z-軸排列成同直線;而拋物線坐標系的共焦點與直角坐標系的原點同地點。直角坐標可以用三維拋物線坐標表示為

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

其中, ,方位角 定義為

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

反算回來,三維拋物線坐標可以用直角坐標表示為

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

每一個-坐標曲面都是共焦的,凹性向上的(往 +z-軸) 拋物曲面

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

而每一個>-坐標曲面都是共焦的,凹性向下的(往 -z-軸) 拋物曲面

拋物線坐標系 拋物線坐標系

這些拋物曲面的焦點的位置都在原點。

三維標度因子

三維標度因子為:

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

我們可以觀察出,標度因子與二維標度因子相同。因此,體積的無窮小元素是

拋物線坐標系 拋物線坐標系

拉普拉斯運算元是

拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系
拋物線坐標系 拋物線坐標系

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的一般公式。

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