ระบบพิกัดทรงกระบอก
บทความนี้ไม่มีการอ้างอิงจากแหล่งที่มาใด |
ระบบพิกัดทรงกระบอก (อังกฤษ: cylindrical coordinate system) เป็นระบบพิกัดสามมิติที่กำหนดตำแหน่งของจุดโดยใช้ระยะทางจากแกนอ้างอิง มุมจากทิศอ้างอิง และระยะทางจากระนาบอ้างอิงที่ตั้งฉากกับแกนอ้างอิง โดยระยะทางจากระนาบมีเครื่องหมายเป็นบวกหรือลบได้ ขึ้้นกับฝั่งของระนาบที่หันหาจุด
จุดที่พิกัดทั้งสามเป็นศูนย์ คือจุดกำเนิด ซึ่งเป็นจุดที่แกนอ้างอิงตัดกับทิศอ้างอิง แกนอ้างอิงอาจเรียกว่าแกนทรงกระบอก หรือแกนลองจิจูด ส่วนรังสีจากจุดกำเนิดไปทิศอ้างอิงอาจเรียกว่า แกนเชิงขั้ว
ระยะทางจากแกนลองจิจูดเรียกว่ารัศมี มุมจากแกนเชิงขั้วเรียกว่ามุมทิศ พิกัดทั้งสองนี้รวมกันเป็นระบบพิกัดเชิงขั้ว ซึ่งเมื่อเพิ่มระยะทางจากระนาบ เรียกว่า ความสูง จะได้ระบบพิกัดทรงกระบอก
นิยาม
แก้จุด P ใด ๆ ในระบบพิกัดทรงกระบอกแสดงโดยสามสิ่งอันดับ (ρ, φ, z) โดยที่
- ρ แสดงรัศมี คือระยะห่างของ P จากแกนอ้างอิง นั่นคือ แกน z
- φ แสดงมุมทิศ คือมุมระหว่างทิศอ้างอิงบนระนาบอ้างอิง กับเส้นตรงที่ลากจากจุดกำเนิดไปหาภาพฉายของจุด P บนระนาบอ้างอิง
- z แสดง ความสูง คือระยะทางที่คิดเครื่องหมายจากจุด P ไประนาบอ้างอิง
จากนิยามเพียงเท่านี้ จุดหนึ่งจุดยังคงมีได้หลายพิกัด โดยพิกัด (ρ, φ, z) จะแสดงจุดเดียวกับ (ρ, φ + n×360°, z) และ (−ρ, φ + (2n + 1)×180°, z) เมื่อ n เป็นจำนวนเต็มใด ๆ เสมอ ดังนั้นเพื่อให้แต่ละจุดระบุพิกัดได้แบบเดียว ตามปกติจะจำกัดให้ ρ ≥ 0 และ φ อยู่ในช่วง [−180°,+180°] หรือ [0,360°]
สัญกรณ์อีกแบบที่ใช้บ่อย คือใช้ r แทนรัศมี ใช้ θ แทนมุมทิศ และ h แทนความสูง
การแปลงระหว่างระบบพิกัด
แก้ระบบพิกัดคาร์ทีเซียน
แก้โดยปกติถือว่า แกน z ของระบบพิกัดทรงกระบอกเป็นแกนเดียวกับแกน z ของระบบพิกัดคาร์ทีเซียน ดังนั้นพิกัด z ของทั้งสองระบบจึงมีค่าเท่ากัน ส่วนอีกสองพิกัดของระบบพิกัดทรงกระบอกเหมือนกับระบบพิกัดเชิงขั้ว ดังนั้นการแปลงพิกัดทรงกระบอกเป็นคาร์ทีเซียนมีสูตรว่า
และการแปลงพิกัดคาร์ทีเซียนเป็นทรงกระบอกมีสูตรว่า
ระบบพิกัดทรงกลม
แก้การแปลงระบบพิกัดทรงกระบอกเป็นระบบพิกัดทรงกลม เมื่อใช้ φ แทนมุมทิศและ θ แทนมุมเชิงขั้ว มีสูตรว่า
และการแปลงกลับมีสูตรว่า