Transformation der kartesischen in sphärische Koordinaten plausibilisieren.

Antwort

Die Transformation von kartesischen Koordinaten ((x, y, z)) in sphärische Polarkoordinaten ((r, \theta, \phi)) ist ein gängiger Prozess in der Mathematik und Physik, um Punkte im dreidimensionalen Raum zu beschreiben. Hier ist eine kurze Erklärung der Transformation:

  1. Radius (r): Dies ist der Abstand des Punktes vom Ursprung und wird berechnet als:
    [
    r = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}
    ]

  2. Azimutalwinkel (\theta): Dies ist der Winkel in der xy-Ebene vom positiven x-Achsen Richtung, gemessen gegen den Uhrzeigersinn. Er wird berechnet als:
    [
    \theta = \arctan\left(\frac{y}{x}\right)
    ]
    Beachte, dass spezielle Funktionen wie (\text{atan2}(y, x)) verwendet werden, um den richtigen Quadranten zu bestimmen.

  3. Polarwinkel (\phi): Dies ist der Winkel vom positiven z-Achsen Richtung. Er wird berechnet als:
    [
    \phi = \arccos\left(\frac{z}{r}\right)
    ]

Diese Transformation ist nützlich, um Probleme zu lösen, die eine symmetrische Natur um einen Punkt oder eine Achse haben, wie z.B. in der Physik bei der Beschreibung von Kugeln oder bei der Analyse von Wellenfunktionen.

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