重積分の変数変換の定理、
![]()
(但し、
です。名前はヤコビアンです。)を
置換積分、
と対比させて考えましょう。
この場合もやはり物差し(但し
2方向)を替えることを考えます。普通は下図1番目の物差しを使っているのを、2番目や3番目などの物差しを使います。
置換積分のときは、目が広がる割合に応じて微小区間が、
に なりました。これと同様に、微小面積が、
になります。では、
は一体何なのでしょうか?
全微分の公式を用いると、
、![]()
になります。行列を使ってまとめて書くと、

です。これは、ベクトル
を行列
によって、
1
次変換による面積の変化 例として、下図の正方形を行列
によって1次変換するときの面積の変化を考えましょう。

、![]()
より、右図のように変換されます。一般に2つのベクトル
,
で囲まれる部分の平行四辺形の面積は、
なので、
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面積が、
倍になっていることが分かりますね。
極座標の場合
を極座標変換すると、
、
。
また、ヤコビアンは、
より、
![]()
になります。
それよりも、最初から微小面積を考えても良いです。右図の微小面積は、長方形に近似して
になります。それから、被積分関数に微小面積を掛けて足し合わせると考えます。
『先生。図の部分の面積は、
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になると思うぞ…。』(扇形の面積の公式を思い出してね。)
「確かにそうです。でも、
の部分は
の2次になっていますよね。積分するときには、1次の項しか必要ないと言ったのを思い出してください。この部分は、積分すると消えてしまいます。どうしても心配でしたら、単位円の面積(高さ1の体積)を、この微小面積を使って区分求積法で求めてみてください。2番目の項は消えるはずです。」