при переходе используется x=r cosf; y=r sinf

подставьте это в выражение. преобразуйте. получается.
вообще говоря, полярные координаты представляют собой луч, который вращается вокруг полюса на строго определенный угол f. понятно, что луч не может идти в отрицательную область....