球极地图共形度量公式_球形极坐标

一. 球极地图共形度量公式

球极地图共形关系:

因此可知Λ:

如何求取曲率?

曲率公式:

1.笛卡尔坐标系

2.极坐标系

在两种坐标系下,均得到:

结果一致,且与位置 (x,y)或 (r,θ)无关。
这表明曲面是
常曲率曲面(高斯曲率恒为 1/R^2),与二维球面 S^2(半径 R) 的几何性质一致。
几何解释

公式背景:该曲率公式来源于共形度量

ds^2=Λ^2(dx^2+dy^2),其中 Λ 的选取使曲面与球面局部共形等价。

验证:当 R=1时,K=1,符合单位球面的曲率性质。

普适性:无论坐标系如何变换,曲率的几何本质不变,推导结果验证了公式的协变性。

二.球极平面投影公式

考虑R=1的标准情形!

1.直角坐标

令点z的直角坐标为z=x+iy,球面Σ上点的直角坐标为(X,Y,Z)。我们选择X轴和Y轴分别与平面C的x轴和y轴重合,Z轴正半轴经过北极N。Σ的方程为X^2+Y^2+Z^2=1,北极N的坐标为(0,0,1),南极S的坐标为(0,0,-1),以及1(1,0,0);i(0,1,0)。

2.极坐标

球面极坐标(φθ),会得到一个特别整齐的球极平面投影公式。

θ表示绕Z轴旋转的角度,θ=0定义为过X轴正半轴的纵向半平面。

对于平面C上的点z,θ就是正实轴到z的通常角度.

φ定义球面Σ上北极N到点z~的圆心角.则赤道表示为φ=π/2

表示对径点的复数之间的关系:

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