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13.2.7 空间微分算子的回顾

13.2.7.1 空间微分算子的运算法则

U,U1,U2F 是标量函数; c 是常数; V,V1,V2 是向量函数:

(13.84)grad(U1+U2)=gradU1+gradU2.(13.85)grad(cU)=cgradU.(13.86)grad(U1U2)=U1gradU2+U2gradU1.(13.87)gradF(U)=F(U)gradU.(13.88)div(V1+V2)=divV1+divV2.(13.89)div(cV)=cdivV(13.90)div(UV)=VgradU+UdivV.(13.91)rot(V1+V2)=rotV1+rotV2(13.92)rot(cV)=crotV(13.93)rot(UV)=UrotVV×gradU.(13.94)divrotV0.(13.95)rotgradU0 (零向量). (13.96)divgradU=ΔU(13.97)rotrotV=graddivVΔV.(13.98)div(V1×V2)=V2rotV1V1rotV2.

表 13.2 笛卡儿、柱面和球面坐标系中向量分析的表达式

笛卡儿坐标系

柱面坐标系

球面坐标系

ds=dr

exdx+eydy+ezdz

eρdρ+eφρdφ+ezdz

erdr+eϑrdϑ+eφrsin ϑdφ

gradU

exUx+eyUy+ezUz

eρUρ+eφ1ρUφ+ezUz

erUr+eϑ1rUϑ+eφ1rsinϑUφ

divV

Vxx+Vyy+Vzz

1ρρ(ρVρ)+1ρVφφ+Vzz

1r2r(r2Vr)+1rsinϑϑ(Vϑsinϑ) +1rsinϑVφφ

rotV

ex(VzyVyz)

eρ(1ρVzφVφz)

er1rsinϑ[ϑ(Vφsinϑ)Vϑφ]

+ey(VxzVzx)

+eφ(VρzVzρ)

+eϑ1r[1sinϑVrφr(rVφ)]

+ez(VyxVxy)

+ez(1ρρ(ρVφ)1ρVρφ)

+eφ1r[r(rVϑ)Vrϑ]

ΔU

2Ux2+2Uy2+2Uz2

1ρρ(ρUρ)+1ρ22Uφ2

1r2r(r2Ur)

+2Uz2

+1r2sinϑϑ(sinϑUϑ) +1r2sinϑ2Uφ2

13.2.7.3 基本关系式和结果 (表 13.3)

算子

符号

关系

变元

结果

意义

梯度

gradU

U

标量

向量

极大增加

向量梯度

gradV

V

向量

二阶张量

散度

divV

V

向量

标量

源, 汇

旋度

rotV

×V

向量

向量

卷曲

拉普拉斯算子

U

()U

标量

标量

位势场源

拉普拉斯算子

V

()V

向量

向量

version 1.24.0