الإحداثيات المكافئة

In green, confocal parabolae opening upwards, خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 2y = \frac {x^2}{\sigma^2}-\sigma^2} In red, confocal parabolae opening downwards, خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 2y =-\frac{x^2}{\tau^2}+\tau^2}

Parabolic coordinates are a two-dimensional orthogonal coordinate system in which the coordinate lines are confocal parabolas. A three-dimensional version of parabolic coordinates is obtained by rotating the two-dimensional system about the symmetry axis of the parabolas.

Parabolic coordinates have found many applications, e.g., the treatment of the Stark effect and the potential theory of the edges.

Two-dimensional parabolic coordinates

Two-dimensional parabolic coordinates خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (\sigma, \tau)} are defined by the equations, in terms of Cartesian coordinates:

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle x = \sigma \tau }

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle y = \frac{1}{2} \left( \tau^{2} - \sigma^{2} \right) }

The curves of constant خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \sigma} form confocal parabolae

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 2y = \frac{x^{2}}{\sigma^{2}} - \sigma^{2} }

that open upwards (i.e., towards خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle +y} ), whereas the curves of constant خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \tau} form confocal parabolae

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 2y = -\frac{x^{2}}{\tau^{2}} + \tau^{2} }

that open downwards (i.e., towards خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle -y} ). The foci of all these parabolae are located at the origin.

The Cartesian coordinates خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle x} and خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle y} can be converted to parabolic coordinates by:

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \sigma = \operatorname{sign}(x)\sqrt{\sqrt{x^{2} +y^{2}}-y} }

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \tau = \sqrt{\sqrt{x^{2} +y^{2}}+y} }

Two-dimensional scale factors

The scale factors for the parabolic coordinates خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (\sigma, \tau)} are equal

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle h_{\sigma} = h_{\tau} = \sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}} }

Hence, the infinitesimal element of area is

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle dA = \left( \sigma^{2} + \tau^{2} \right) d\sigma d\tau }

and the Laplacian equals

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \nabla^{2} \Phi = \frac{1}{\sigma^{2} + \tau^{2}} \left( \frac{\partial^{2} \Phi}{\partial \sigma^{2}} + \frac{\partial^{2} \Phi}{\partial \tau^{2}} \right) }

Other differential operators such as خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf{F}} and خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \nabla \times \mathbf{F}} can be expressed in the coordinates خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (\sigma, \tau)} by substituting the scale factors into the general formulae found in orthogonal coordinates.

Three-dimensional parabolic coordinates

Coordinate surfaces of the three-dimensional parabolic coordinates. The red paraboloid corresponds to τ=2, the blue paraboloid corresponds to σ=1, and the yellow half-plane corresponds to φ=-60°. The three surfaces intersect at the point P (shown as a black sphere) with Cartesian coordinates roughly (1.0, -1.732, 1.5).

The two-dimensional parabolic coordinates form the basis for two sets of three-dimensional orthogonal coordinates. The parabolic cylindrical coordinates are produced by projecting in the خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle z} -direction. Rotation about the symmetry axis of the parabolae produces a set of confocal paraboloids, the coordinate system of tridimensional parabolic coordinates. Expressed in terms of cartesian coordinates:

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle x = \sigma \tau \cos \varphi }

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle y = \sigma \tau \sin \varphi }

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle z = \frac{1}{2} \left(\tau^{2} - \sigma^{2} \right) }

where the parabolae are now aligned with the خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle z} -axis, about which the rotation was carried out. Hence, the azimuthal angle خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \phi} is defined

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \tan \varphi = \frac{y}{x} }

The surfaces of constant خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \sigma} form confocal paraboloids

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 2z = \frac{x^{2} + y^{2}}{\sigma^{2}} - \sigma^{2} }

that open upwards (i.e., towards خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle +z} ) whereas the surfaces of constant خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \tau} form confocal paraboloids

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 2z = -\frac{x^{2} + y^{2}}{\tau^{2}} + \tau^{2} }

that open downwards (i.e., towards خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle -z} ). The foci of all these paraboloids are located at the origin.

The Riemannian metric tensor associated with this coordinate system is

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g_{ij} = \begin{bmatrix} \sigma^2+\tau^2 & 0 & 0\\0 & \sigma^2+\tau^2 & 0\\0 & 0 & \sigma^2\tau^2 \end{bmatrix} }

Three-dimensional scale factors

The three dimensional scale factors are:

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle h_{\sigma} = \sqrt{\sigma^2+\tau^2}}

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle h_{\tau} = \sqrt{\sigma^2+\tau^2}}

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle h_{\varphi} = \sigma\tau}

It is seen that the scale factors خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle h_{\sigma}} and خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle h_{\tau}} are the same as in the two-dimensional case. The infinitesimal volume element is then

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle dV = h_\sigma h_\tau h_\varphi\, d\sigma\,d\tau\,d\varphi = \sigma\tau \left( \sigma^{2} + \tau^{2} \right)\,d\sigma\,d\tau\,d\varphi }

and the Laplacian is given by

خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \nabla^2 \Phi = \frac{1}{\sigma^{2} + \tau^{2}} \left[ \frac{1}{\sigma} \frac{\partial}{\partial \sigma} \left( \sigma \frac{\partial \Phi}{\partial \sigma} \right) + \frac{1}{\tau} \frac{\partial}{\partial \tau} \left( \tau \frac{\partial \Phi}{\partial \tau} \right)\right] + \frac{1}{\sigma^2\tau^2}\frac{\partial^2 \Phi}{\partial \varphi^2} }

Other differential operators such as خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf{F}} and خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \nabla \times \mathbf{F}} can be expressed in the coordinates خطأ رياضيات (اعرض بصيغة MathML إن أمكن (تحت التجريب): رد غير صحيح ("Math extension cannot connect to Restbase.") من الخادم "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (\sigma, \tau, \phi)} by substituting the scale factors into the general formulae found in orthogonal coordinates.

انظر أيضاً

Bibliography

Morse PM, Feshbach H (1953). Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill. p. 660. ISBN 0-07-043316-X. LCCN 52011515.
Margenau H, Murphy GM (1956). The Mathematics of Physics and Chemistry. New York: D. van Nostrand. pp. 185–186. LCCN 55010911.
Korn GA, Korn TM (1961). Mathematical Handbook for Scientists and Engineers. New York: McGraw-Hill. p. 180. LCCN 59014456. ASIN B0000CKZX7.
Sauer R, Szabó I (1967). Mathematische Hilfsmittel des Ingenieurs. New York: Springer Verlag. p. 96. LCCN 67025285.
Zwillinger D (1992). Handbook of Integration. Boston, MA: Jones and Bartlett. p. 114. ISBN 0-86720-293-9. Same as Morse & Feshbach (1953), substituting u_k for ξ_k.
Moon P, Spencer DE (1988). "Parabolic Coordinates (μ, ν, ψ)". Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions (corrected 2nd ed., 3rd print ed.). New York: Springer-Verlag. pp. 34–36 (Table 1.08). ISBN 978-0-387-18430-2.

وصلات خارجية

Hazewinkel, Michiel, ed. (2001), "Parabolic coordinates", Encyclopaedia of Mathematics, Kluwer Academic Publishers, ISBN 978-1556080104
MathWorld description of parabolic coordinates

This article may include material from Wikimedia licensed under CC BY-SA 4.0. Please comply with the license terms.

v t e أنظمة الإحداثيات المتعامدة
ثنائية الأبعاد	نظام إحداثي كارتيزي نظام إحداثي قطبي نظام الإحداثيات المكافئة Bipolar coordinates Hyperbolic coordinates Elliptic coordinates
ثلاثية الأبعاد	نظام إحداثي كارتيزي نظام إحداثيات أسطوانية نظام إحداثيات كروية Parabolic Paraboloidal Oblate spheroidal Prolate spheroidal Ellipsoidal Elliptic cylindrical سطح حلقي Bispherical Bipolar cylindrical قمعية 6-كرات