在圆柱和球坐标系中的del
下面是常用于正交曲线坐标系中的一些向量微积分公式。
注释
坐标转换
从 | ||||
---|---|---|---|---|
直角 | 圆柱 | 球 | ||
到 | 直角 | |||
圆柱 | ||||
球 |
单位向量转换
直角 | 圆柱 | 球 | |
---|---|---|---|
直角 | 不適用 | ||
圆柱 | 不適用 | ||
球 | 不適用 |
直角 | 圆柱 | 球 | |
---|---|---|---|
直角 | 不適用 | ||
圆柱 | 不適用 | ||
球 | 不適用 |
Del公式
运算 | 直角坐标 (x, y, z) | 圆柱坐标 (ρ, φ, z) | 球坐标 (r, θ, φ),这里的θ是极角而φ是方位角 |
---|---|---|---|
向量场 A | |||
梯度 ∇f[1] | |||
散度 ∇ ⋅ A[1] | |||
旋度 ∇ × A[1] | |||
拉普拉斯算子 ∇2f ≡ ∆f[1] | |||
向量拉普拉斯算子 ∇2A ≡ ∆A | |||
物质导数[2] (A ⋅ ∇)B | |||
张量散度 ∇ ⋅ T | |||
微分位移 dℓ[1] | |||
微分正规面积 dS | |||
微分体积 dV[1] |
- ^α 本页对极角采用对方位角采用,这是在物理学中常用的符号。某些来源在这些公式中对方位角采用对极角采用,这是常用数学符号,如果需要这种数学公式,可对换上表公式中的和。
非平凡的演算规则
- (del的拉格朗日公式)
直角坐标系推导
和的表达式可以同理得出。
註:第一式中的是在時的量值,並非值乘上。以下圓柱座標、球座標的推導中亦然。
圆柱坐标系推导
球坐标系推导
单位向量转换公式
坐标参数u的单位向量以如下方式定义,u的小的正值改变导致位置向量在方向上的改变。因此:
这里的s是弧长参数。
对于两组坐标系和,依据链式法则:
现在,使除了一个之外的所有并在两边除以对应的坐标参数的微分,得到:
参见
- Del算子
- 正交坐标系
- 曲线坐标系
- 在圆柱和球坐标中的向量场
引用
- Griffiths, David J. . Pearson. 2012. ISBN 978-0-321-85656-2.
- Weisstein, Eric W. (编). . at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. [23 March 2011]. (原始内容存档于2016-03-03) (英语).
外部链接
- Maxima Computer Algebra system scripts(页面存档备份,存于) to generate some of these operators in cylindrical and spherical coordinates.
- Curl, Divergence, and Gradient in Cylindrical and Spherical Coordinate Systems.
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