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Date 2010/10/27 22:54:38
Name 기적의미학
Subject [수학]중적분에서 극좌표로 치환하는 경우에 대한 질문입니다.
확률론에서 정규분포함수 적분하는 과정을 공부하던 중에 극좌표로 치환하는 부분이 이해가 가지 않아
미적분책과 위키피디아를 찾아보던 중에 궁금한 점이 있어 질문하게 되었습니다.
(미분은 경제수학시간에 공부했는데, 적분은 제대로 한적이 없는 상태입니다.T.T)
(아래에 int는 integral 기호를 대신하여 나타내었습니다.)  
int int f(x,y)dxdy (단, 적분범위는 A라고 하였습니다.)를, x=rcos(O) , y=rsin(O) 로 치환하여 적분하는 경우에,
dxdy 자리에 rdOdr를 넣어서, int int f(rcos(O),rsin(O))rdOdr 하면 된다고 하는 것을 보았습니다.
이때, dxdy 대신에 rdOdr를 넣는 이유가, dy=y'dx 처럼 수식적으로 dxdy=rdOdr 이기 때문인지, 아닌지가 궁금합니다.
책에서는 그냥 dxdy대신에 rdOdr를 대입한다라고 되어 있는데,
토마스 책이나, 스튜어트 책에 나오는 그림을 살펴보면,
dxdy는  적분하고자하는 공간 A를 x,y축으로 dxdy의 직사각형으로 하여 dA로 분할을 준것이고,
rdOdr는 적분하고자하는 공간 A를 O와 r 의 극좌표를 기준으로하여 polar rectangle형태(dA_1=rdOdr)으로 분할을 준것이어서,
dxdy=rdOdr이라고는 할수 없다는 생각을 하였습니다.

가르침 부탁드립니다.
P.S 문과생에게 희망을.T.T  

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올라갈팀은올라간다
10/10/27 22:52
수정 아이콘
둘 다 맞습니다.
우선, 말씀하신 그림이라는 것은 기하학적 설명인데, 아마 이해하지 못하시는 부분은 하나는 부채꼴 잘라놓은 모양이고 하나는 정사각형 모양인데 어떻게 같게 놓을 수 있느냐라고 의문을 품을 수 있습니다.
이것은 적분의 경우 어떻게 나누든지간에 무한히 잘게 나눈다면 모든 극한값이 수렴해야 적분 연산이 가능하다는 것을 생각해 보시면 어떤 모양으로 면적을 자르든지 상관없이 적분이 가능하다는 것을 알 수 있습니다.
또한, 대수적으로도 dxdy = rdrd(theta)를 보일 수 있습니다.
독수리의습격
10/10/27 23:15
수정 아이콘
우선 dy=(dy/dx)*dx에서 나온다는 개념이 맞긴 맞는데 이건 일변수함수를 적분할때의 치환적분이구요(즉 고등학교때 배운 치환적분)
극좌표의 경우에는 하나가 아닌 두 개의 변수 x,y 가 역시 두 개의 변수 r,theta로 치환되는 것이기 때문에 조금 다릅니다.
더 자세하게 알고 싶으시면 미적분학이나 공업수학의 '야코비 행렬' 부분을 찾아보시면 좀 더 심층적인 이해를 할 수 있습니다.
r*drd(theta)의 r은 엄밀히 얘기하면 이 야코비 행렬의 행렬식이 곱해진거고 다변수의 경우 이 행렬식을 곱합니다.
변수가 하나일 경우는 이 법칙의 특수한 경우구요.

참고로 야코비 행렬의 행렬식은 기하학적으로는 '넓이 팽창률'을 의미합니다. 즉 행렬식만큼 적분값이 커진다고 보면 됩니다.
기적의미학
10/10/27 23:08
수정 아이콘
감사합니다.
"부채꼴 잘라놓은 모양이고 하나는 정사각형 모양인데 어떻게 같게 놓을 수 있느냐라고 의문을 품을 수 있습니다."
바로 이부분이었습니다.
혹시, 대수적으로 dxdy = rdrd(theta)가 어떻게 성립할수 있는 것인지 알수 있을지요.
대수적 증명을 찾기 위해서는 어떤 책을 보아야 하는지 궁금합니다.
가르침 감사합니다.(__)
//야코비 행렬// 관련해서 찾아보니,
dxdy=|야코비행렬|drd(theta)로 설명하던데, 왜 이식이 성립(?)하는지에 대한 설명을 능력부족으로 찾을 수가 없었습니다.
어떤 책을 찾아보면 되는지 궁금합니다.
기적의미학
10/10/28 01:36
수정 아이콘
인터넷 검색하다 알아낸 것(?)인데 혹시 dxdy 라는 표현이 dx^dy 즉 wedge product와 관련이 있는 것인지 궁금합니다.
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