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Conversión de coordenadas
Diagrama ilustrativo de la relación entre las coordenadas polares y las coordenadas cartesianas.
En el plano de ejes xy con centro de coordenadas en el punto O se puede definir un sistema de coordenadas polares de un punto M del plano, definidas por la distancia r al centro de coordenadas, y el ángulo del vector deposición sobre el eje x.
Conversión de coordenadas polares a rectangulares
Definido un punto en coordenadas polares por su ángulo sobre el eje x, y su distancia r al centro de coordenadas, se tiene:
Conversión de coordenadas rectangulares a polares
Definido un punto del plano por sus coordenadas rectangulares (x,y), se tiene que la coordenada polar r es:
(aplicando el Teorema dePitágoras)
Para determinar la coordenada angular θ, se deben distinguir dos casos:
* Para = 0, el ángulo θ puede tomar cualquier valor real.
* Para ≠ 0, para obtener un único valor de θ, debe limitarse a un intervalo de tamaño 2π. Por convención, los intervalos utilizados son [0, 2π) y (−π, π].
Para obtener θ en el intervalo [0, 2π), se deben usar las siguientes fórmulas ( denota la inversa dela función tangente):
Para obtener θ en el intervalo (−π, π], se deben usar las siguientes fórmulas:
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Ecuaciones polares
Se le llama ecuación polar a la ecuación que define una curva expresada en coordenadas polares. En muchos casos se puede especificar tal ecuación definiendo como una función de θ. La curva resultante consiste en una seriede puntos en la forma ((θ), θ) y se puede representar como la gráfica de una función .
Se pueden deducir diferentes formas de simetría de la ecuación de una función polar . Si (−θ) = (θ) la curva será simétrica respecto al eje horizontal (0°/180°), si (180°−θ) = (θ) será simétrica respecto al eje vertical (90°/ 270°), y si (θ−α°) = (θ) será simétrico rotacionalmente α° en sentido horario respectoal polo.
Debido a la naturaleza circular del sistema de coordenadas polar, muchas curvas se pueden describir con una simple ecuación polar, mientras que en su forma cartesiana sería mucho más intrincado. Algunas de las curvas más conocidas son la rosa polar, la espiral de Arquímedes, la lemniscata, el caracol de Pascal y la cardioide.
Para los apartados siguientes se entiende que el círculo, lalínea y la rosa polar no tienen restricciones en el dominio y rango de la curva.
Circunferencia
La ecuación general para una circunferencia con centro en (0, φ) y radio es
En ciertos casos específicos, la ecuación anterior se puede simplificar. Por ejemplo, para una circunferencia con centro en el polo y radio a, se obtiene:8
Un círculo con ecuación (θ) = 1.
Línea
Las líneasradiales (aquellas que atraviesan el polo) se representan mediante la ecuación
donde φ es el ángulo de elevación de la línea, esto es, φ = arctan donde es la pendiente de la línea en el sistema de coordenadas cartesianas. La línea no radial que cruza la línea radial θ = φ perpendicularmente al punto (0, φ) tiene la ecuación
Rosa polar
Una rosa polar con ecuación (θ) = 2 sin 4θ.
La rosapolar es una famosa curva matemática que parece una flor con pétalos, y puede expresarse como una ecuación polar simple,
para cualquier constante (incluyendo al 0). Si k es un número entero, estas ecuaciones representan una rosa de k pétalos cuando k es impar, o 2kpétalos si k es par. Si k es racional pero no entero, la gráfica es similar a una rosa pero con los pétalos solapados. Nótese que estasecuaciones nunca definen una rosa con 2, 6, 10, 14, etc. pétalos. La variable a representa la longitud de los pétalos de la rosa.
Si tomamos sólo valores positivos para r y valores en el intervalo para , la gráfica de la ecuación:
es una rosa de k pétalos, para cualquier número natural . Y si , la gráfica es una circunferencia de radio
Espiral de Arquímedes
Un brazo de la espiral de...
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