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梯度 方向导数 散度与旋度

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散度定理

梯度 方向导数 散度与旋度

1.梯度gradient:

向量,表示某一函数在该点处的方向导数沿着该方向取得最大值,即函数在该点处沿着该方向(此梯度的方向)变化最快,变化率最大(为该梯度的模)。

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梯度表达式(式1)

2.方向导数

在函数定义域的内点,对某一方向求导得到的导数,

n向量为某一方向向量

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方向导数表达式(式2)

3.散度

标量,散度可用于表征空间各点矢量场发散的强弱程度,物理上,散度的意义是场的有源性。

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散度表达式(式3)

4.旋度

向量,无旋场就是有势场;表示三维向量场对某一点附近的微元造成的旋转程度。

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旋度表达式(式4)

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散度(梯度u)=拉普拉斯u(式5)

散度定理

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一个向量p的散度在区域的积分=向量与该区域外法线方向的点积在边界的线积分(式6)

若取向量p为梯度u,即可得格林公式的特殊形式

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(式7)

格林第一公式:

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略去对u,v的要求的格林第一公式(式8)

同理:

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(式9)

上述两式相减得格林第二公式:

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(式10)

特别的:

取v=1:得式7

对格林第一公式,取拉普拉斯u=0:

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(式11)

对格林第二公式,取拉普拉斯u=拉普拉斯v=0:

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(式12)

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