物理数学I ベクトル解析/付録

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用語集(Wikipediaへのリンク)

定義式

3次元デカルト座標での定義式。

=(/x/y/z)

gradϕ=ϕ=(ϕ/xϕ/yϕ/z)

div𝐅=𝐅=Fx/x+Fy/y+Fz/z

curl𝐅=rot𝐅=×𝐅=(Fz/yFy/zFx/zFz/xFy/xFx/y)

Δ=2=2x2+2y2+2z2

Δϕ=2ϕ=(ϕ)=div(gradϕ)

重要な公式

div(a𝐅+b𝐆)=adiv(𝐅)+bdiv(𝐆)

div(ϕ𝐅)=grad(ϕ)𝐅+ϕdiv(𝐅)

(ϕ𝐅)=(ϕ)𝐅+ϕ(𝐅)

div(𝐅×𝐆)=curl(𝐅)𝐆𝐅curl(𝐆)

div(curl F)

div(curl𝐅)=div(×𝐅)=curl()𝐅curl(𝐅)

ここで [curl()]x=2zy2yz=0 (演算対象の関数が連続でなめらかな場合) であるので

div(curl𝐅)=curl(𝐅)=div(curl𝐅)

結局 div(curl𝐅)=0

curl(curl F)

curl(curl(𝐅))=Δ𝐅+grad(div𝐅)

x成分をとって証明する。

[curl(curl(𝐅))]x=[×(×𝐅)]x=y[×𝐅]zz[×𝐅]y =y(FyxFxy)z(FxzFzx) =(2x2+2y2+2z2)Fx+x(Fxx+Fyy+Fzz) =ΔFx+xdiv𝐅=[Δ𝐅+grad(div𝐅)]x