文章目录
- 思维导图
- 场论初步
- 方向导数
- 梯度
- 散度与旋度
今日格言:如果凡事缺少了实行的勇气,再有智慧与仁爱也是枉然。
思维导图
场论初步
场就是空间区域ΩΩΩ上的一种对应法则。可分为:数量场和向量场。
比如一个数量函数u=u(x,y,z)u=u(x,y,z)u=u(x,y,z),可以表示一个温度场,温度场只讲大小,不讲方向。
如果ΩΩΩ上的每一点M(x,y,z)M(x,y,z)M(x,y,z)都对应一个向量FFF,则在ΩΩΩ上就确定了一个向量函数
F(x,y,z)=P(x,y,z)i⃗+Q(x,y,z)j⃗+R(x,y,z)k⃗F(x,y,z)=P(x,y,z) \vec i +Q(x,y,z)\vec j+R(x,y,z)\vec kF(x,y,z)=P(x,y,z)i+Q(x,y,z)j+R(x,y,z)k
它表示一个向量场,比如引力场,引力场既讲大小也讲方向。
方向导数
定义:设三元函数u=u(x,y,z)u=u(x,y,z)u=u(x,y,z)在点P0(x0,y0,z0)P_0(x_0,y_0,z_0)P0(x0,y0,z0)的某空间邻域内有定义,lll为从点P0P_0P0出发的射线,P(x,y,z)P(x,y,z)P(x,y,z)为lll上且在U内的任一点,则:
{x−x0=Δx=tcosα,y−y0=Δy=tcosβ,z−z0=Δz=tcosγ.\begin{cases} x-x_{0}=\Delta x=t\cos\alpha, \\ y-y_{0}=\Delta y=t\cos\beta, \\ z-z_{0}=\Delta z=t\cos\gamma. & \end{cases}⎩⎨⎧x−x0=Δx=tcosα,y−y0=Δy=tcosβ,z−z0=Δz=tcosγ.
则以t=Δx2+Δy2+Δz2t=\sqrt{Δx^2+Δy^2+Δz^2}t=Δx2+Δy2+Δz2表示P与P0P与P_0P与P0之间的距离,
若极限:
limt→0+u(P)−u(P0)t=limt→0+u(x0+tcosα,y0+tcosα,z0+tcosα)−u(x0,y0,z0)t\lim_{t \to 0^+}\frac{u(P)-u(P_0)}{t}=\lim_{t \to 0^+} \frac{u(x_0+t\cos\alpha,y_0+t\cos\alpha,z_0+t\cos\alpha)-u(x_0,y_0,z_0)} {t}t→0+limtu(P)−u(P0)=t→0+limtu(x0+tcosα,y0+tcosα,z0+tcosα)−u(x0,y0,z0)
存在则称此极限为函数u(x,y,z)u(x,y,z)u(x,y,z)在点P0P_0P0沿方向l\mathbf{l}l的方向导数,记作∂u∂l∣P0\left. \frac{\partial u}{\partial \mathbf{l}} \right|_{P_0}∂l∂uP0。
显然,这是定义式,简而言之就是函数的增量与这两点距离的比值。