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文档简介
第1章矢量分析 1 1标量场和矢量场 1 4标量场的梯度 1 2矢量场的通量散度 1 3矢量场的环流旋度 1 5亥姆霍兹定理 1 1标量场和矢量场 空间某一区域定义一个标量函数 其值随空间坐标的变化而变化 有时还可随时间变化 则称该区域存在一标量场 例如 在直角坐标下 标量场 如温度场 电位场 高度场等 矢量场 如速度场 电场 磁场等 空间某一区域定义一个矢量函数 其大小和方向随空间坐标的变化而变化 有时还可随时间变化 则称该区域存在一矢量场 1 2矢量场的通量散度 一 通量 矢量场的通量 若S为闭合曲面 二 散度 直角坐标系中散度的计算公式 如果包围点P的闭合面 S所围区域以任意方式缩小为点P时 通量与体积之比的极限存在 定义该极限为矢量场A在P点的散度 即 三 散度的物理意义 散度代表矢量场的通量源的分布特性 A 0 无源 在矢量场中 若 A 0 称之为有源场 称为 通量 源密度 若矢量场中处处 A 0 称之为无源场 矢量的散度是一个标量 是空间坐标点的函数 四 高斯定理 散度定理 高斯定理 对于有限大体积 可将其按如图方式进行分割 对每一小体积元有 式中S为的外表面 该公式表明了区域中场A与边界S上的场A之间的关系 1 3矢量场的环流旋度 一 环流 二 旋度 1 环流密度 过点P作一微小曲面 S 它的边界曲线记为C 面的法线方与曲线绕向成右手螺旋关系 当 S收缩至P点附近时 存在极限 该极限值与 S的形状无关 但与 S的方向n有关 称为矢量场A在P点沿n方向的环流密度 2 旋度 旋度是一个矢量 模值等于环量密度的最大值 方向为最大环量密度的方向 用表示 它与环流密度的关系为 在直角坐标系下 三 旋度的物理意义 矢量的旋度仍为矢量 是空间坐标点的函数 点P的旋度的大小是该点环流密度的最大值 点P的旋度的方向是该点最大环流密度的方向 四 斯托克斯定理 由旋度的定义 对于有限大面积S 可将其按如图方式进行分割 对每一小面积元有 斯托克斯定理 1 4标量场的梯度 一 方向性导数与梯度 等值面 标量场中量值相等的点构成的面 方向性导数 考虑标量场中两个等值面 梯度 由方向性导数的定义可知 沿等值面法线的方向性导数最大 故 为标量场在P点沿方向的方向性导数 其大小与方向有关 定义标量函数沿给定方向的变化率 可得 在直角坐标系中梯度的计算公式 1 5亥姆霍兹定理 亥姆霍兹定
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