Кіріспе
Нүктелердің орнын анықтау әдісі Геометрияда координата жүйесі – бір немесе бірнеше сандарды, яғни координаталарды пайдаланып, эвклид кеңістігі сияқты кеңістіктегі нүктелердің немесе басқа геометриялық элементтердің орнын бірегей түрде анықтайтын жүйе. Координаттардың реті маңызды, олар кейде реттелген жұптың ішіндегі орнымен, ал кейде әріптермен, мысалы, "x координатасы" деп белгіленеді. Элементар математикада координаттар нақты сандар ретінде қарастырылады, бірақ олар кешенді сандар немесе коммутативті сақина сияқты көбірек абстрактілі жүйенің элементтері де болуы мүмкін. Координата жүйесін қолдану геометриялық есептерді сандық есептерге ауыстыруға және керісінше мүмкіндік береді; осының негізінде аналитикалық геометрия дамиды.
In geometry, a coordinate system is a system that uses one or more numbers, or coordinates, to uniquely determine the position of the points or other geometric elements on a manifold such as Euclidean space. The order of the coordinates is significant, and they are sometimes identified by their position in an ordered tuple and sometimes by a letter, as in "the x coordinate". The coordinates are taken to be real numbers in elementary mathematics, but may be complex numbers or elements of a more abstract system such as a commutative ring. The use of a coordinate system allows problems in geometry to be translated into problems about numbers and vice versa; this is the basis of analytic geometry.
Сандар сызығы
Координаттар жүйесінің ең қарапайым мысалы – сан түзуін пайдаланып, нақты сандармен түзудегі нүктелерді анықтау. Бұл жүйеде берілген түзуде кез келген O нүктесі (бастапқы нүкте) таңдалады. P нүктесінің координаты O-ден P-ге дейінгі белгілі қашықтық ретінде анықталады, мұнда белгілі қашықтық P нүктесі түзудің қай жағында орналасқандығына байланысты оң немесе теріс болып есептеледі. Әрбір нүктеге бірегей координат беріледі және әрбір нақты сан бірегей нүктенің координатасы болып табылады.
Картезиандық координаттар жүйесі
Координаттар жүйесінің классикалық мысалы – картезиандық координаттар жүйесі. Жазықтықта екі перпендикуляр түзу таңдалады және нүктенің координаттары сол түзулерге дейінгі белгілі арақашықтықтар ретінде қабылданады. Үш өлшемді кеңістікте үш өзара перпендикуляр жазықтық таңдалады, ал нүктенің үш координаты әр жазықтыққа дейінгі белгілі арақашықтықтар болып табылады. Бұл n өлшемді евкалид кеңістігіндегі кез келген нүкте үшін n координата құру үшін жалпылауға болады. Координаттық осьтердің бағыты мен ретіне байланысты, үш өлшемді жүйе оң жақты немесе сол жақты болуы мүмкін.
Полярлық координаттар жүйесі
Ұшақ үшін тағы бір жиі қолданылатын координаттар жүйесі – полярлық координаттар жүйесі. Бір нүкте полюс ретінде таңдалады, ал осы нүктеден шығатын сәуле полярлық ось болып алынады. Белгілі бір θ бұрышы үшін, полюс арқылы өтетін бір ғана түзу болады, оның полярлық осьпен арасындағы бұрыш θ-ға тең (осьтен түзуге дейін сағат тіліне қарсы бағытта өлшенеді). Содан кейін, осы түзуде бастапқы нүктеден r қашықтықта орналасқан, бірегей нүкте болады, мұнда r – берілген сан. Белгілі бір (r, θ) координаттар жұбы үшін бір ғана нүкте сәйкес келеді, бірақ кез келген нүкте көптеген координаттар жұбы арқылы көрсетіледі. Мысалы, (r, θ), (r, θ+2π) және (−r, θ+π) – бәрі де бір нүктенің полярлық координаттары. Полюс кез келген θ мәні үшін (0, θ) арқылы белгіленеді.
Цилиндрлік және сфералық координаттар жүйелері
Полярлық координаттар жүйесін үш өлшемге кеңейтудің екі кең таралған әдісі бар. Цилиндрлік координаттар жүйесінде, r және θ полярлық координаттарына, карталық координаттардағыдай мағынасы бар z координатасы қосылады, нәтижесінде (r, θ, z) үштігі алынады. Сфералық координаттар бұл процесті одан әрі дамытып, цилиндрлік координаттар жұбын (r, z) полярлық координаттарға (ρ, φ) түрлендіреді, соның нәтижесінде (ρ, θ, φ) үштігі пайда болады.
Біртекті координаттар жүйесі
Жазықтағы нүкте біртекті координаттарда (x, y, z) үштігі арқылы көрсетілуі мүмкін, мұнда x/z және y/z – нүктенің декарттық координаттары. Бұл "қосымша" координатты енгізеді, себебі жазықтықтағы нүктені анықтау үшін тек екеуі жеткілікті, бірақ бұл жүйе проективті жазықтықтағы кез келген нүктені шексіздік ұғымын қолданбай-ақ бейнелеуге мүмкіндік береді. Жалпы алғанда, біртекті координаттар жүйесінде координаттардың нақты мәні емес, олардың арақатынасы маңызды болып табылады.
Геометриялық нысандардың координаттары
Координаттар жүйесі көбінесе нүктенің орнын анықтау үшін қолданылады, бірақ олар сызықтар, жазықтықтар, шеңберлер немесе шарлар сияқты күрделі фигуралардың орнын анықтау үшін де қолданылуы мүмкін. Мысалы, Плюкер координаталары кеңістіктегі сызықтың орнын анықтау үшін пайдаланылады. Қажет болған жағдайда, сипатталатын фигураның түрі координаттар жүйесінің түрін ажырату үшін қолданылады, мысалы, "сызық координаталары" термині сызықтың орнын анықтайтын кез келген координаттар жүйесі үшін қолданылады. Геометриялық фигуралардың екі түрлі жиынтығы үшін координаттар жүйелері талдау тұрғысынан эквивалентті болуы мүмкін. Бұған проективтік жазықтықтағы нүктелер мен сызықтардың гомогенді координаталары жүйелері мысал бола алады. Мұндай жағдайда екі жүйе де дуалды деп аталады. Дуалды жүйелердің қасиеті – бір жүйеден алынған нәтижелерді екінші жүйеге көшіруге болады, себебі бұл нәтижелер бір аналитикалық нәтиженің әртүрлі интерпретациялары ғана; бұл дуалдық принципі деп аталады.
Координаттық сызықтар/керілер және жазықтықтар/үстіңгі қабаттар
Координаттар жүйесін қарастыра отырып, егер нүктенің бір координатасы өзгерсе, ал қалғандары тұрақты болса, онда пайда болатын қисық координаталық қисық деп аталады. Егер координаталық қисық түзу болса, онда ол координаталық сызық деп аталады. Кейбір координаталық қисықтары сызықтар емес координаталық жүйе қисық сызықты координаталық жүйе деп аталады. Барлық координаталары нөлге тең болатын координаталық сызық координаталық ось деп аталады. Декарт координаталық жүйесінде барлық координаталық қисықтар сызықтар болып табылады, сондықтан координаталық осьтердің саны координаттар санымен тең. Сонымен қатар, координаталық осьтер жұптап ортогоналды. Полярлық координаталық жүйе – координаталық қисықтары сызықтар немесе шеңберлер болатын қисық сызықты жүйе. Алайда, координаталық қисықтардың бірі бір нүктеге дейін, көбінесе радиусы нөлге тең шеңбер ретінде қарастырылатын бастапқы нүктеге дейін қысқарады. Сол сияқты, сфералық және цилиндрлік координаталық жүйелерде координаталық қисықтар сызықтар, шеңберлер немесе радиусы нөлге тең шеңберлер болып табылады. Көптеген қисықтар координаталық қисықтар ретінде пайда болуы мүмкін. Мысалы, параболалық координаттардың координаталық қисықтары параболалар болып табылады. Үш өлшемді кеңістікте, егер бір координата тұрақты ұсталып, ал қалған екеуіне өзгеруге рұқсат берілсе, онда пайда болатын бет координаталық бет деп аталады. Мысалы, сфералық координаталық жүйесінде ρ тұрақты ұсталып алынған координаталық беттер – центрі бастапқы нүктеде орналасқан сфералар. Үш өлшемді кеңістікте екі координаталық беттің қиылысуы координаталық қисық болып табылады. Декарт координаталық жүйесінде координаталық жазықтықтар туралы айтуға болады. Сол сияқты, координаталық гипержазықтықтар – n өлшемді координаталық жүйенің бір координатын бекіту нәтижесінде пайда болатын (n − 1) өлшемді кеңістіктер.
Координаттық карталар
Координаттық карта немесе координаттық диаграмма тұжырымдамасы көптүрліліктер теориясының орталық бөлігі болып табылады. Координаттық карта, по сути, берілген кеңістіктің ішкі жиыны үшін координаттар жүйесі болып табылады, мұнда әрбір нүктеде дәл бір координаттар жиынтығы болады. Нақтырақ айтқанда, координаттық карта – X кеңістігінің ашық ішкі жиынынан Rn кеңістігінің ашық ішкі жиынына гомеоморфизм. Көбінесе бүкіл кеңістік үшін бірыңғай координаттар жүйесін беру мүмкін болмайды. Мұндай жағдайда, кеңістікті жабатын атлас құру үшін координаттық карталар жиынтығы біріктіріледі. Мұндай атласпен жабдықталған кеңістік көптүрлілік деп аталады, ал координаттық карталар қабаттасатын жерде құрылым үйлесімді болса, онда көптүрлілікте қосымша құрылымдар анықталуы мүмкін. Мысалы, дифференциалданатын көптүрлілік – координаттардың бір координаттық картадан екіншісіне өзгеруі әрқашан дифференциалданатын функция болатын көптүрлілік.
Бағдарлау-базалық координаттар
Геометрия мен кинематикада координаттар жүйесі нүктелердің (сызықтық) орнын және осьтердің, жазықтықтар мен қатты денелердің бұрыштық орнын сипаттау үшін қолданылады. Екінші жағдайда, түйінге бекітілген екінші (әдетте "жергілікті" деп аталатын) координаттар жүйесінің бағдары, бірінші (әдетте "жаһандық" немесе "дүниелік" координаттар жүйесі деп аталатын) жүйеге сүйеніп анықталады. Мысалы, қатаң дененің бағдары бағыт матрицасымен көрсетілуі мүмкін, оның үш бағаны үш нүктенің декартылық координаттарын қамтиды. Бұл нүктелер жергілікті жүйенің осьтерінің бағытын анықтау үшін пайдаланылады; олар сол осьтермен сәйкес келетін үш бірлік вектордың ұштары болып табылады.