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笛卡尔坐标系.docx

上传人:百里登峰 2021/8/12 文件大小:148 KB

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文档介绍

文档介绍:笛卡儿坐标系
(在这篇文箪内,向虽与标最分别用粗体与斜体显示。例如,位置向最通常用「表示;而其大小则用厂来 表示。)
在数学里,笛卡儿坐标系(Cartesian坐标系),也称直角坐标系,是一种正交坐标系。 参阅图1 ,二维的直角坐标系是由两条相互垂直、0点重合的数轴构成的。在平面内,任 何一点的坐标是根据数轴上对应的点的坐标设定的。在平面内,任何一点与坐标的对应关 系,类似于数轴上点与坐标的对应关系。
采用直角坐标,几何形状可以用代数公式明确的表达出来。几何形状的每一个点的直角 坐标必须遵守这代数公式。例如,一个圆圈,半径是2 ,圆心位于直角坐标系的原点。圆
2 2
圈可以用公式表达为:z + y = 4。
历史
笛卡尔坐标系是由法国数学家勒内•笛卡尔创建的。1637年,笛卡尔发表了巨作《方 法论》。这本专门研究与讨论西方治学方法的书,提供了许多正确的见解与良好的建议,对 于后来的西方学术发展,有很大的贡献。为了显示新方法的优点与果效,以及对他个人在科 学研究方而的帮助,在《方法论》的附录中,他增添了另外一本书《几何》。有关笛卡儿坐 标系的研究,就是出现于《几何》这本书内。笛卡儿在坐标系这方面的研究结合了代数与欧 几里得几何,对于后来解析几何、微积分、与地图学的建树,具有关键的开导力。
二维坐标系统
参阅图2 ,二维的直角坐标系通常由两个互相垂直的坐标轴设定,通常分别称为x- 轴和y-轴;两个坐标轴的相交点,称为原点,通常标记为O ,既有“零”的意思,又是英 语“Origin”的首字母。每一个轴都指向一个特定的方向。这两个不同线的坐标轴,决定了一 个平面,称为xy-平面,又称为笛卡平面。通常两个坐标轴只要互相垂直,其指向何方对 于分析问题是没有影响的,但****惯性地(见右图),X-轴被水平摆放,称为横轴,通常指向 右方:y-轴被竖直摆放而称为纵轴,通常指向上方。两个坐标轴这样的位置关系,称为二维 的右手坐标系,或右手系。如果把这个右手系画在一张透明纸片上,则在平面内无论怎样旋 转它,所得到的都叫做右手系;但如果把纸片翻转,其背而看到的坐标系则称为“左手系 这和照镜子时左右对掉的性质有关。
图2
为了要知道坐标轴的任何一点,离原点的距离。假设,我们可以刻画数值于坐标轴。那 么,从原点开始,往坐标轴所指的方向,每隔一个单位长度,就刻画数值于坐标轴。这数值 是刻画的次数,也是离原点的正值整数距离:同样地,背着坐标轴所指的方向,我们也可 以刻画出离原点的负值整数距离。称x-轴刻画的数值为x-坐标,又称横坐标,称y-轴刻画 的数值为y-坐标,又称纵坐标。虽然,在这里,这两个坐标都是整数,对应于坐标轴特定 的点。按照比例,我们可以推广至实数坐标和其所对应的坐标轴的每一个点。这两个坐标 就是直角坐标系的直角坐标,标记为(£,y)a
任何一个点P在平面的位置,可以用直角坐标来独特表达。只要从点P画一条垂直于 x-轴的直线。从这条直线与x-轴的相交点,可以找到点P的x-坐标。同样地,可以找到点P 的y-坐标。这样,我们可以得到点P的直角坐标。例如,参阅图3 ,点P的直角坐标 是(3, 5)。
直角坐标系也可以推广至三维空间与高维空间(higher dimension)。
参阅图3 ,直角坐标系的两个坐标轴将平面分成了四个部分,称