Vector operators acting on sums and products

这篇博客详细介绍了向量算子∇,也称为梯度,及其在笛卡尔坐标系中的定义。文章列举了∇在不同数学运算中的行为,包括加法、点乘、叉乘等,并给出了相应的运算规则,如∇(ϕ+ψ)=∇ϕ+∇ψ,∇×(a+b)=∇×a+∇×b等,这些规则对于理解矢量场的性质和计算至关重要。

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定义

Central to all these differential operations is the vector operator ∇\nabla, which is called del (or sometimes nabla) and in Cartesian coordinates is defined by
∇≡i∂∂x+j∂∂y+k∂∂z.\nabla\equiv \boldsymbol{i} \frac{\partial}{\partial x}+\boldsymbol{j}\frac{\partial}{\partial y}+\boldsymbol{k}\frac{\partial}{\partial z}.ix+jy+kz.

Vector operators acting on sums and products

1、∇(ϕ+ψ)=∇ϕ+∇ψ\nabla(\phi+\psi)=\nabla\phi+\nabla\psi(ϕ+ψ)=ϕ+ψ;
2、∇⋅(a+b)=∇⋅a+∇⋅b\nabla \cdot (\boldsymbol{a}+\boldsymbol{b})=\nabla \cdot \boldsymbol{a}+\nabla \cdot \boldsymbol{b}(a+b)=a+b;
3、∇×(a+b)=∇×a+∇×b\nabla \times (\boldsymbol{a}+\boldsymbol{b})=\nabla \times \boldsymbol{a}+\nabla \times \boldsymbol{b}×(a+b)=×a+×b;
4、∇(ϕψ)=ϕ∇ψ+ψ∇ϕ\nabla(\phi\psi)=\phi\nabla\psi+\psi\nabla\phi(ϕψ)=ϕψ+ψϕ;
5、∇(a⋅b)=a×(∇×b)+b×(∇×a)+(a⋅∇)b+(b⋅∇)a\nabla (\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b})=\boldsymbol{a} \times (\nabla \times \boldsymbol{b})+\boldsymbol{b} \times (\nabla \times \boldsymbol{a})+(\boldsymbol{a} \cdot\nabla)\boldsymbol{b}+(\boldsymbol{b} \cdot\nabla)\boldsymbol{a}(ab)=a×(×b)+b×(×a)+(a)b+(b)a;
6、∇⋅(ϕa)=ϕ∇⋅a+a⋅∇ϕ\nabla \cdot (\phi\boldsymbol{a})=\phi \nabla \cdot \boldsymbol{a}+\boldsymbol{a} \cdot \nabla \phi(ϕa)=ϕa+aϕ;
7、∇⋅(a×b)=b⋅(∇×a)−a⋅(∇×b)\nabla\cdot(\boldsymbol{a} \times \boldsymbol{b})=\boldsymbol{b}\cdot(\nabla \times\boldsymbol{a} ) -\boldsymbol{a}\cdot(\nabla \times\boldsymbol{b})(a×b)=b(×a)a(×b);
8、∇×(ϕa)=∇ϕ×a+ϕ∇×a\nabla\times(\phi\boldsymbol{a})=\nabla\phi\times\boldsymbol{a}+\phi\nabla\times\boldsymbol{a}×(ϕa)=ϕ×a+ϕ×a;
9、∇×(a×b)=a(∇⋅b)−b(∇⋅a)+(b⋅∇)a−(a⋅∇)b\nabla \times (\boldsymbol{a}\times\boldsymbol{b})=\boldsymbol{a}(\nabla\cdot\boldsymbol{b})-\boldsymbol{b}(\nabla\cdot\boldsymbol{a})+(\boldsymbol{b}\cdot\nabla)\boldsymbol{a}-(\boldsymbol{a}\cdot\nabla)\boldsymbol{b}×(a×b)=a(b)b(a)+(b)a(a)b;
where ϕ\phiϕ and ψ\psiψ are scalar fields, and a\boldsymbol{a}a and b\boldsymbol{b}b are vector fields.

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