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高等数学
第六章 多元函数微分学
三种算子的性质与迭代
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2025-04-05 11:06
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三种算子的性质与迭代
## 散度 梯度与涡度 散度,梯度,涡度都是綫性算子,也就是把它們运用在一綫性組合上,仍然得出相仿的綫性組合,師 $$ \begin{aligned} \operatorname{div}(\lambda a +\mu b ) & =\lambda \operatorname{div} a +\mu \operatorname{div} b \\ \operatorname{grad}(\lambda \varphi+\mu \psi) & =\lambda \operatorname{grad} \varphi+\mu \operatorname{grad} \psi \\ \operatorname{rot}(\lambda a +\mu b ) & =\lambda \operatorname{rot} a +\mu \operatorname{rot} b \end{aligned} $$ 这儿 $\lambda, \mu$ 是任澺的常数。 又关于各种乘积有以下的公式: 首先两函数之积的梯度 $$ \operatorname{grad}(\varphi \psi)=\left(\frac{\partial(\varphi \psi)}{\partial x}, \frac{\partial(\varphi \psi)}{\partial y}, \frac{\partial(\varphi \psi)}{\partial z}\right)=\varphi \operatorname{grad} \psi+\psi \operatorname{grad} \varphi . $$ 函数 $\varphi$ 的函数 $F$ 的梯度等于 $$ \operatorname{grad} F(\varphi)=\left(\frac{\partial F(\varphi)}{\partial x}, \frac{\partial F(\varphi)}{\partial y} \cdot \frac{\partial F(\varphi)}{\partial z}\right)=F^{\prime}(\varphi) \operatorname{grad} \varphi $$ 二矢量 $a =\left(a_x, a_y, a_z\right), b =\left(b_x, b_y, b_z\right)$ 的內积的梯度等于 $$ \begin{aligned} & \operatorname{grad} a \cdot b =\left(\frac{\partial}{\partial x}( a \cdot b ), \frac{\partial}{\partial y}( a \cdot b ), \frac{\partial}{\partial z}( a \cdot b )\right) \\ &=\left(\left(\frac{\partial}{\partial x} a \right) \cdot b + a \cdot\left(\frac{\partial}{\partial x} b \right),\left(\frac{\partial}{\partial y} a \right) \cdot b + a \cdot\left(\frac{\partial}{\partial y} b \right)\right. \\ &\left.\left(\frac{\partial}{\partial z} a \right) \cdot b + a \cdot\left(\frac{\partial}{\partial z} b \right)\right)=\left(a_x \frac{\partial}{\partial x}+a_y \frac{\partial}{\partial y}+a_z \frac{\partial}{\partial z}\right) b + \\ &+\left(b_x \frac{\partial}{\partial x}+b_y \frac{\partial}{\partial y}+b_z \frac{\partial}{\partial z}\right) a + a \times \operatorname{rot} b + b \times \operatorname{rot} a \end{aligned} $$ 図数 $\varphi$ 乘矢量 $a$ 的散度是 $$ \operatorname{div} \varphi a =\frac{\partial\left(\varphi a_x\right)}{\partial x}+\frac{\partial\left(\varphi a_y\right)}{\partial y}+\frac{\partial\left(\varphi a_z\right)}{\partial z}=\varphi \operatorname{div} a +\operatorname{grad} \varphi \cdot a $$ 两矢量 $a , b$ 的外积的散度为 $\operatorname{div} a \times b =\frac{\partial}{\partial x}\left(a_y b_z-a_z b_y\right)+\frac{\partial}{\partial y}\left(a_z b_x-a_x b_z\right)+\frac{\partial}{\partial z}\left(a_x b_y-a_v b_x\right)$ $$ \begin{aligned} = & -a_x\left(\frac{\partial b_z}{\partial y}-\frac{\partial b_v}{\partial z}\right)-a_y\left(\frac{\partial b_x}{\partial z}-\frac{\partial b_x}{\partial x}\right)-a_x\left(\frac{\partial b_y}{\partial x}-\frac{\partial b_x}{\partial y}\right) \\ & +b_x\left(\frac{\partial a_z}{\partial y}-\frac{\partial a_y}{\partial z}\right)+b_y\left(\frac{\partial a_x}{\partial z}-\frac{\partial a_z}{\partial x}\right)+b_x\left(\frac{\partial a _y}{\partial x}-\frac{\partial a_x}{\partial y}\right) \\ = & b \cdot \operatorname{rot} a - a \cdot \operatorname{rot}
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