笛卡兒坐标的意思、笛卡兒坐标的詳細解釋
笛卡兒坐标的解釋
[Cartesian coordinate] 确定平面上一點的位置的兩個坐标之一,以 X 和 Y 表示兩根無限而相交的直線參考軸,每個坐标即從任一軸沿平行于另一軸的方向量至該點的距離,并按照參考軸至該點的方向,對每一坐标任意賦以一個代數符號
詞語分解
- 坐标的解釋 用來确定直線上一點、空間一點、給定平面或曲面上一點位置的有次序的一組數直角坐标詳細解釋 能确定平面上或空間中一點位置的有次序的一個或一組數。例如,要确定輪船在海洋中的位置,就用經度和緯度兩個數,這兩
專業解析
笛卡兒坐标(dí kǎ ér zuò biāo)是數學與物理學中用于描述空間點位置的坐标系統,由法國哲學家、數學家勒内·笛卡爾(René Descartes)于17世紀提出。其核心原理是通過一組相互垂直的坐标軸,将幾何問題轉化為代數問題,實現數與形的統一。
定義與詞源
根據《現代漢語詞典》第七版,笛卡兒坐标指“在平面上或空間中,由兩條或三條互相垂直的數軸構成的坐标系”。詞源上,“笛卡兒”為法語“Descartes”的音譯,中文又稱“直角坐标系”,強調坐标軸的垂直特性。
結構分析
- 平面坐标系:由水平軸(X軸)與垂直軸(Y軸)構成,交點稱為原點(0,0)。
- 三維坐标系:增加垂直于XY平面的Z軸,形成三維空間定位系統。
- 坐标表示:點的位置由有序數組(如$(x,y)$或$(x,y,z)$)唯一确定,對應各軸上的投影長度。
應用領域
- 幾何學:解析幾何的基礎工具,用于方程與圖形的相互轉化。
- 工程學:機械設計、建築制圖依賴坐标系統進行精确建模。
- 計算機圖形學:三維建模、動畫渲染的核心算法均基于笛卡兒坐标運算。
相關概念
- 極坐标系:以距離和角度表示點位置,與笛卡兒坐标可通過公式轉換,例如:
$$
x = rcostheta
y = rsintheta
$$
- 齊次坐标:擴展笛卡兒坐标,用于計算機視覺中的投影變換。
參考來源
- 《辭海》(第七版)幾何學條目
- 《中國大百科全書·數學卷》坐标系章節
- 笛卡爾原著《幾何學》(《方法論》附錄)
網絡擴展解釋
笛卡爾坐标(Cartesian coordinate)是數學中最基礎的空間定位系統,由法國哲學家、數學家笛卡爾(René Descartes)于17世紀提出。其核心思想是通過一組相互垂直的坐标軸和數值組合,精确描述幾何點的位置。
核心組成
-
坐标軸
- 二維坐标系由水平軸(x軸)和垂直軸(y軸)構成,三維則增加深度軸(z軸)。
- 軸的交點稱為原點(坐标零點),二維中表示為(0,0),三維為(0,0,0)。
-
點的表示
- 二維點用有序數對$(x,y)$表示,例如$(3,4)$表示從原點向右移動3單位,向上移動4單位。
- 三維點擴展為$(x,y,z)$,如$(2,-1,5)$在三維空間中的定位。
-
象限與方向
- 二維坐标系被分為四個象限:
- 第一象限:$x>0, y>0$
- 第二象限:$x<0, y>0$
- 第三象限:$x<0, y<0$
- 第四象限:$x>0, y<0$
- 三維坐标系則劃分為八個卦限,通過$x,y,z$的正負組合确定。
關鍵應用
- 幾何計算:計算兩點距離(如二維距離公式$sqrt{(x_2-x_1) + (y_2-y_1)}$)、斜率等。
- 圖形學:計算機繪圖、遊戲開發中物體的位置與運動軌迹建模。
- 工程與物理:機械設計中的三維建模,力學分析中的受力點定位。
曆史背景
傳說笛卡爾通過觀察天花闆上的蒼蠅爬行軌迹,聯想到用數值描述位置的方法,最終在著作《幾何學》中系統提出坐标系概念。這一突破将代數與幾何結合,奠定了解析幾何的基礎。
對比其他坐标系
- 極坐标系:用半徑和角度($r,theta$)定位,適合圓形對稱問題(如行星軌道)。
- 球坐标系:三維中擴展極坐标,適用于地球經緯度類問題。
笛卡爾坐标的優勢在于直觀性和計算便捷性,例如直線方程$y=mx+b$可直接在坐标系中繪制為圖形。其思想還被推廣到高維空間,成為機器學習、數據分析中多維數據表示的基礎工具。
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