散度是一个标量,用于体现矢量场各点发散的强弱程度。对于矢量场 F { \textbf{F}} F:
d i v F = lim Δ V → 0 ∮ S F ⋅ d S Δ V = ∇ ⋅ F {\color{DarkRed} div \textbf{F} = \displaystyle \lim_{ \Delta V \to 0}\tfrac{\oint_{S} \textbf{F}\cdot d\textbf{S}}{\Delta V} = \nabla \, \cdot \, \textbf{F}} divF=ΔV→0limΔV∮SF⋅dS=∇⋅F
d i v F { div \textbf{F}} divF描述通量源的密度。
散度定理(高斯定理):
∫ V ∇ ⋅ F d V = ∮ S F ⋅ d S {\color{Red} \int_{V}\nabla\,\cdot \,\textbf{F}dV = \oint_{S}\textbf{F}\,\cdot \,d\textbf{S}} ∫V∇⋅FdV=∮SF⋅dS
散度是一个矢量,用于体现矢量场各点附近环流的强弱程度。对于矢量场 F { \textbf{F}} F:
r o t F = lim Δ S → 0 1 Δ S ∮ S F ⋅ d l ∣ m a x = ∇ × F {\color{DarkRed} rot \textbf {F} = \displaystyle \lim_{ \Delta S \to 0}\tfrac{1}{\Delta S}\oint_{S} \textbf{F}\cdot d\textbf{l}\mathrel{|_{max}} = \nabla \, \times \, \textbf{F}} rotF=ΔS→0limΔS1∮SF⋅dl∣max=∇×F
r o t F { rot \textbf{F}} rotF描述旋涡源的密度。
斯托克斯定理:
∫ S ∇ × F d S = ∮ C F × d l {\color{Red}\int_{S}\nabla\,\times \,\textbf{F}d\textbf{S} = \oint_{C}\textbf{F}\,\times \,d\textbf{l}} ∫S∇×FdS=∮CF×dl
含义:三维直角坐标系中,
∇ f = ( ∂ f ∂ x , ∂ f ∂ y , ∂ f ∂ z ) = i ∂ f ∂ x + j ∂ f ∂ y + k ∂ f ∂ z \nabla f=\left(\frac{\partial f}{\partial x}, \frac{\partial f}{\partial y}, \frac{\partial f}{\partial z}\right)=\mathbf{i}\frac{\partial f}{\partial x}+\mathbf j\frac{\partial f}{\partial y}+\mathbf k\frac{\partial f}{\partial z} ∇f=(∂x∂f,∂y∂f,∂z∂f)=i∂x∂f+j∂y∂f+k∂z∂f
其中, i , j , k \mathbf i, \mathbf j ,\mathbf k i,j,k 依次是 x 、 y 、 z 方向的单位矢量。
各种意义:
感性理解为什么求散度用点乘,求旋度用叉乘(看3b1b的www):
点乘可以衡量两个向量的共线程度,此处即是衡量位移向量和场向量的共线程度(如图对于正通量源点蓝绿色是场向量,红色是位移向量);
叉乘可以衡量两个向量的垂直程度,此处即是衡量位移向量和场向量的垂直程度;
格林定理:描述两个标量场之间满足的关系,如果其中已知其中一个场的分布,可以用格林定理求解另一个场的分布。
亥姆霍兹定理:
在任何有限区域V内,任一矢量场由它的散度、旋度和边界条件惟一地确定。