areas:大学院:向量解析
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+ | 向量解析的主要知识点罗列如下: | ||
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+ | # 1.向量函数 | ||
+ | 1) 内积和外积 | ||
+ | $\vec{A}=A_x\vec{i}+A_y\vec{j}+A_z\vec{k}, | ||
+ | 内积: $\vec{A}\cdot \vec{B}=|A||B|\cos \theta=A_xB_x+A_yB_y+A_zB_z$ | ||
+ | $\vec{A}\perp \vec{B}\Leftrightarrow \vec{A}\cdot \vec{B}=0, |\vec{A}|^2=\vec{A}\cdot \vec{A}$ | ||
+ | 外积: $\vec{A}\times\vec{B}=\begin{vmatrix}\vec{i}& | ||
+ | $=(A_yB_z-A_zB_y)\vec{i}+(A_zB_x-A_xB_z)\vec{j}+(A_xB_y-A_yB_x)\vec{k}$ | ||
+ | $|\vec{A}\times \vec{B}|=|\vec{A}||\vec{B}|\sin \theta$ | ||
+ | 3) 标量三重积 | ||
+ | $[\vec{A}\vec{B}\vec{C}]=\vec{A}\cdot(\vec{B}\times \vec{C}=\vec{B}\cdot(\vec{C}\times \vec{A})=\vec{C}\cdot (\vec{A}\times \vec{B})$ | ||
+ | $=\begin{vmatrix}A_x& | ||
+ | 几何意义是由$\vec{A}, | ||
+ | 4) 向量三重积 | ||
+ | $(\vec{A}\times \vec{B})\times \vec{C}=(\vec{A}\cdot \vec{C})\vec{B}-(\vec{B}\cdot \vec{C})\vec{A}$ | ||
+ | $(\vec{A}\times \vec{B})\cdot (\vec{C}\times \vec{D})=(\vec{A}\cdot \vec{C})(\vec{B}\cdot \vec{D})-(\vec{A}\cdot \vec{D})(\vec{B}\cdot \vec{C})$ | ||
+ | $(\vec{A}\times \vec{B})\times \vec{C}\times \vec{D})=[\vec{A}\vec{C}\vec{D}]\vec{B}-[\vec{B}\vec{C}\vec{D}]\vec{A}$ | ||
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+ | # 2.向量的微分与积分 | ||
+ | 1) $\dfrac{d\vec{A}}{dt}=\dfrac{dA_x}{dt}\vec{i}+\dfrac{dA_y}{dt}\vec{j}+\dfrac{dA_z}{dt}\vec{k}$ | ||
+ | $\dfrac{d}{dt}(\vec{A}+\vec{B})=\dfrac{d\vec{A}}{dt}+\dfrac{d\vec{B}}{dt}$ | ||
+ | $\dfrac{d}{dt}(\vec{A}\cdot \vec{B})=\dfrac{d\vec{A}}{dt}\cdot \vec{B}+\vec{A}\cdot \dfrac{d\vec{B}}{dt}$ | ||
+ | $\dfrac{d}{dt}(\vec{A}\times \vec{B})=\dfrac{d\vec{A}}{dt}\times \vec{B}+\vec{A}\times \dfrac{d\vec{B}}{dt}$ | ||
+ | 2)$\int \vec{A}dt=\int A_xdt\quad \vec{i}+\int A_ydt\quad \vec{j}+\int A_zdt\quad \vec{k}$ | ||
+ | |||
+ | # 3.曲线长度 | ||
+ | 1)线素 $ds=|d\vec{r}|, | ||
+ | $s=\int ds=\int |d\vec{r}|=\int_{t_0}^t |\dfrac{d\vec{r}}{dt}|dt=\int_{t_0}^t \sqrt{(\dfrac{dx}{dt})^2+(\dfrac{dy}{dt})^2+(\dfrac{dz}{dt})^2}dt$ | ||
+ | 2) 单位切线向量 | ||
+ | $\vec{t}-\dfrac{d\vec{r}}{ds}-\dfrac{d\vec{r}}{dt}\cdot \dfrac{1}{\dfrac{ds}{dt}}, | ||
+ | 3) 弗莱纳公式 | ||
+ | 用$\vec{t}, | ||
+ | 则弗莱纳公式可以写为 | ||
+ | $\left\{\begin{array}{ll} \dfrac{d\vec{t}}{ds}=& | ||
+ | |||
+ | # 4.向量场的线积分 | ||
+ | $\int_C \vec{A}\cdot\vec{t}ds=\int_C \vec{A}\cdot d\vec{r}=\int_a^b \vec{A}\cdot \dfrac{d\vec{r}}{ds}ds$ | ||
+ | |||
+ | # 5.面积分 | ||
+ | 设曲面$\sum: | ||
+ | 1)单位法向量 $\vec{n}=\dfrac{\partial \vec{r}}{\partial u}\times \dfrac{\partial \vec{r}}{\partial v}/ | ||
+ | 2) 第1基本量 | ||
+ | $E=\dfrac{\partial \vec{r}}{\partial u}\cdot \dfrac{\partial \vec{r}}{\partial u}$ | ||
+ | $F=\dfrac{\partial \vec{r}}{\partial u}\cdot \dfrac{\partial \vec{r}}{\partial v}$ | ||
+ | $G=\dfrac{\partial \vec{r}}{\partial v}\cdot \dfrac{\partial \vec{r}}{\partial v}$ | ||
+ | 3) 面素 | ||
+ | $dS=|\dfrac{\partial \vec{r}}{\partial u}\times \dfrac{\partial \vec{r}}{\partial v}|dudv=\sqrt{EG-F^2}$ | ||
+ | 4) 曲面面积 | ||
+ | $\iint_{\sum} dS=\iint_{\sum' | ||
+ | 5) 标量场的面积分 | ||
+ | $\iint_{\sum}\varphi dS=\iint_{\sum' | ||
+ | 6) 向量场的面积分 | ||
+ | $\iint_{\sum}\vec{A}\cdot \vec{n}dS=\iint_{\sum' | ||
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+ | # 2.梯度,散度,旋度 | ||
+ | 1)梯度,对于标量场$\varphi$,$grad \varphi=\nabla \varphi $(($\nabla 是汉密尔顿算子 \nabla=\dfrac{\partial }{\partial x}\vec{i}+\dfrac{\partial}{\partial y}\vec{j}+\dfrac{\partial}{\partial z}\vec{k}$)) | ||
+ | 2)散度, $div \vec{A}=\nabla \cdot \vec{A}=\dfrac{\partial A_x}{\partial x}+\dfrac{\partial A_y}{\partial y}+\dfrac{\partial A_z}{\partial z}$ | ||
+ | 3)旋度 | ||
+ | $rot \vec{A}=det \begin{vmatrix} \vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \\ \dfrac{\partial}{\partial x} & \dfrac{\partial }{\partial y} & \dfrac{\partial }{\partial z} \\ A_x & A_y & A_z \end{vmatrix}$ | ||
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+ | # 格林公式 | ||
+ | 在xy平面上的闭曲线C的内部为区域D,则有 | ||
+ | $\int_C \{P(x, | ||
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+ | # 高斯发散定理 | ||
+ | $\vec{A}$是向量场,V是闭合曲面S的内部,$\vec{n}$是S的由内指向外的单位法向量,则有 | ||
+ | $\iint_S \vec{A}\cdot \vec{n}dS=\iiint_V div \vec{A}dV$ | ||
+ | # 斯托克斯定理 | ||
+ | $\vec{A}$是向量场,S是闭合曲线C的内部,S是左向正向,则有 | ||
+ | $\int_C \vec{A}\cdot \vec{t}dS=\iint_S rot\vec{A}\cdot \vec{n}dS $ (\vec{t}是C的单位切线向量) | ||
+ | # $\nabla$的微分 | ||
+ | 1) $grad \varphi=\nabla \varphi, div \vec{A}=\nabla \cdot \vec{A}, rot \vec{A}=\nabla \times \vec{A}, \nabla\cdot \nabla=\nabla^2 =\Delta$ | ||
+ | 2) $\nabla(\varphi+k\phi)=\nabla \varphi+k\nabla \phi, \nabla(\varphi \phi)=(\nabla \varphi)\phi+\varphi(\nabla \phi)$ | ||
+ | $\nabla(\dfrac{\varphi}{\phi})=\dfrac{(\nabla \varphi)\phi-\varphi(\nabla \phi)}{\phi^2}$ | ||
+ | 3) $\nabla \cdot (\vec{A}+k\vec{b})=\nabla \cdot \vec{A}+k\nabla \cdot \vec{B}, \nabla\cdot (\varphi \vec{A})=\nabla \varphi \cdot \vec{A}+\varphi (\nabla \cdot \vec{A})$ | ||
+ | 4) $\nabla \times (\vec{A}+k\vec{B})=\nabla \times \vec{A}+k\nabla \times \vec{B}$ | ||
+ | $\nabla \times (\varphi \vec{A})=\nabla \varphi \times \vec{A}+\varphi(\nabla \times \vec{A})$ | ||
+ | $\nabla \times (\nabla \varphi)=0$ | ||
+ | 5) $\nabla \cdot (\nabla \times \vec{A})=0, \nabla \cdot (\vec{A}\times \vec{B})=\vec{B}\cdot (\nabla \times \vec{A})-\vec{A}\cdot (\nabla \times \vec{B})$ | ||
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