Связь контравариантных и декартовых координат
Связь контравариантных и криволинейных координат
Обозначим радиус-вектор точки относительно точки (см. рис.1.5.4).
Его связь с контравариантными координатами задается разложением по векторам :
.
Связь произвольных положений точки относительно точек отсчета и определяется соотношением
.
В нем:
и обозначают положения относительно точки отсчета точек и , соответственно,
— положение точки относительно точки отсчета .
Рис.1.5.4
Пусть и — криволинейные координаты точек и , соответственно. Тогда, согласно (1.5.1)
, (1.5.1)
вектора и определяются равенствами:
и .
Вектор , как отмечалось выше, задается разложением по векторам :
.
Поэтому указанную связь
.
можем переписать в следующей форме:
(1.5.6)
Равенство (1.5.6) определяет в неявном виде зависимость обобщенных координат точки от ее контравариантных координат и от криволинейных координат точки , в которой построена соответствующая основная система .
|
|
Из формулы (1.5.6) легко получить связь декартовых координат с контравариантными координатами .
Действительно, в (1.5.6) базисные вектора основной системы вычисляются через криволинейные координаты точки , соответственно, по формулам:
,
, .
Поэтому, проектируя (1.5.6)
(1.5.6)
на оси , , , получим искомую связь:
(1.5.7)
В (1.5.7) декартовые координаты , , векторов :
, , , ,
вычисляются в точке ,
— декартовые координаты точки ,
— декартовые координаты точки .
В матричном виде соотношения (1.5.7) запишутся так:
, (1.5.8)
где .
Матрица называется матрицей перехода от основной системы координат к декартовой прямоугольной системе .
Ее элементы вычисляются через криволинейные координаты точки .
Столбцы матрицы состоят из направляющих косинусов векторов относительно осей системы .
Из (1.5.8) находим обратную зависимость от :
.
Матрица называется матрицей перехода от системы к основной системе .
4.4. Матрица метрических коэффициентов
основной системы
Установим связь матрицы метрических коэффициентов , , основной системы координат с криволинейными координатами .
Поскольку , то, подставляя (1.5.5)
, , (1.5.5)
находим
.
Очевидно, при , так как .
Поэтому в общем случае основная система координат, построенная в любой точке , является косоугольной.
Легко видеть, что через матрицу матрица может быть представлена произведением
.
Отсюда следует, в частности, что
,
где
обозначает смешанное произведение векторов .
5º. Ортогональные криволинейные координаты и условия их ортогональности
|
|
Если взаимно ортогональные векторы, то основная система координат называется ортогональной.