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第零章 矢量分析与绪论
【教学目弊困的】通过本章教学,使学生了解矢量场与标量场的含义,掌握矢量场与标量场的散度、旋度、梯度等三种运算方法。
【重点难点】
矢量场搭做的散度、旋度运算及标量场梯度的运算。
§0.1 矢量分析
1.矢量代数
(1) 三矢量混合积运算
矢量点乘:
矢量差乘:
矢量混合积
:
(2) 三矢量的矢积运算
2.散度、旋度和梯度
(1) 矢量场的散度
(2) 矢量场的旋度
(3) 标量场的梯度
(4) 积分变换式
高斯定理:
斯托克斯定理:
(5) 直角坐标系中散度、旋度和梯度公式
设
(6) 算符
在直角坐标系中
算符的特点:既具有矢量性又具有微分性。
散度、旋度和梯度可用 算符来表示。
高斯定理:
斯托克斯定理:
3.关于散度和旋度的一些定理
(1)
(2)
(3)若 ,则
(4)若 ,则
4. 算符运用公式
常用公式如下
作为一个例子,证明
证:利用 的微分性,有
注意 表示作用在 上的微分。
再利用 的矢量性,有
同理有
于是
5.曲线正交坐标系
(1)圆柱坐标系
(2)球坐标系
6.并矢和张量
(1)并矢
并矢共有9个分量。显然
(2)二阶张量
两矢量的并矢又称为二阶知卜衡张量,写成
单位张量
(3)张量的代数运算
显然有
注意:二阶张量与矢量的点乘为一矢量。
并矢与另一并矢的双点乘定义为
(4)张量分析
( )
好累
【教学目弊困的】通过本章教学,使学生了解矢量场与标量场的含义,掌握矢量场与标量场的散度、旋度、梯度等三种运算方法。
【重点难点】
矢量场搭做的散度、旋度运算及标量场梯度的运算。
§0.1 矢量分析
1.矢量代数
(1) 三矢量混合积运算
矢量点乘:
矢量差乘:
矢量混合积
:
(2) 三矢量的矢积运算
2.散度、旋度和梯度
(1) 矢量场的散度
(2) 矢量场的旋度
(3) 标量场的梯度
(4) 积分变换式
高斯定理:
斯托克斯定理:
(5) 直角坐标系中散度、旋度和梯度公式
设
(6) 算符
在直角坐标系中
算符的特点:既具有矢量性又具有微分性。
散度、旋度和梯度可用 算符来表示。
高斯定理:
斯托克斯定理:
3.关于散度和旋度的一些定理
(1)
(2)
(3)若 ,则
(4)若 ,则
4. 算符运用公式
常用公式如下
作为一个例子,证明
证:利用 的微分性,有
注意 表示作用在 上的微分。
再利用 的矢量性,有
同理有
于是
5.曲线正交坐标系
(1)圆柱坐标系
(2)球坐标系
6.并矢和张量
(1)并矢
并矢共有9个分量。显然
(2)二阶张量
两矢量的并矢又称为二阶知卜衡张量,写成
单位张量
(3)张量的代数运算
显然有
注意:二阶张量与矢量的点乘为一矢量。
并矢与另一并矢的双点乘定义为
(4)张量分析
( )
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