דל במערכות צירים שונות

מתוך המכלול, האנציקלופדיה היהודית
גרסה מ־04:21, 13 בפברואר 2018 מאת יהודה שמחה ולדמן (שיחה | תרומות) (שיפוץ קודים מתמטיים)
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש

באנליזה וקטורית ניתן לכתוב אופרטורים שונים, הקשורים לאופרטור דל (המסומל באמצעות הסימן נבלה), בדרכים שונות במערכות צירים שונות.

הערה: הנוסחאות שבדף זה כתובות לפי הכתיב הפיזיקלי המקובל. בקואורדינטות כדוריות, θ הזווית בין ציר Z ווקטור הרדיוס המחבר את הראשית עם הנקודה בה עוסקים. ϕ היא הזווית בין היטל וקטור הרדיוס על מישור XY לבין ציר X.

קואורדינטות קרטזיות (x,y,z) קואורדינטות גליליות (ρ,φ,z) קואורדינטות כדוריות (r,θ,φ) קואורדינטות גליליות פרבוליות (σ,τ,z)
הגדרת
מערכת
הצירים
ρ=x2+y2ϕ=arctan(yx)z=z x=ρcos(ϕ)y=ρsin(ϕ)z=z x=rsin(θ)cos(ϕ)y=rsin(θ)sin(ϕ)z=rcos(θ) x=σ(τ)y=τ2σ22z=z
r=x2+y2+z2θ=arctan(x2+y2z)ϕ=arctan(yx) ρ=rsin(θ)ϕ=ϕz=rcos(θ) r=x2+y2+z2θ=arctan(x2+y2z)ϕ=arctan(yx) ρcos(ϕ)=στρsin(ϕ)=τ2σ22z=z
הגדרת
וקטורי
היחידה
ρ^=xρx^+yρy^ϕ^=yρx^+xρy^z^=z^ x^=cos(ϕ)ρ^sin(ϕ)ϕ^y^=sin(ϕ)ρ^+cos(ϕ)ϕ^z^=z^ x^=sin(θ)cos(ϕ)r^+cos(θ)cos(ϕ)θ^sin(ϕ)ϕ^y^=sin(θ)sin(ϕ)r^+cos(θ)sin(ϕ)θ^+cos(ϕ)ϕ^z^=cos(θ)r^sin(θ)θ^ σ^=ττ2+σ2x^στ2+σ2y^τ^=στ2+σ2x^+ττ2+σ2y^z^=z^
r^=xx^+yy^+zz^rθ^=xzx^+yzy^ρ2z^rρϕ^=yx^+xy^ρ ρ^=sin(θ)r^+cos(θ)θ^ϕ^=ϕ^z^=cos(θ)r^sin(θ)θ^ r^=ρrρ^+zrz^θ^=zrρ^ρrz^ϕ^=ϕ^
שדה וקטורי 𝐀 Axx^+Ayy^+Azz^ Aρρ^+Aϕϕ^+Azz^ Arr^+Aθθ^+Aϕϕ^ Aσσ^+Aττ^+Aϕz^
גרדיאנט f fxx^+fyy^+fzz^ fρρ^+1ρfϕϕ^+fzz^ frr^+1rfθθ^+1rsin(θ)fϕϕ^ 1σ2+τ2fσσ^+1σ2+τ2fττ^+fzz^
דיברגנץ 𝐀 Axx+Ayy+Azz 1ρ(ρAρ)ρ+1ρAϕϕ+Azz 1rsin(θ)[sin(θ)r(r2Ar)r+(Aθsin(θ))θ+Aϕϕ] 1σ2+τ2(Aσσ+Aττ)+Azz
רוטור
×𝐀
(AzyAyz)x^+(AxzAzx)y^+(AyxAxy)z^ (1ρAzϕAϕz)ρ^+(AρzAzρ)ϕ^+1ρ((ρAϕ)ρAρϕ)z^ 1rsin(θ)((Aϕsin(θ))θAθϕ)r^+1r(1sin(θ)Arϕ(rAϕ)r)θ^+1r((rAθ)rArθ)ϕ^ (1σ2+τ2AzτAτz)σ^(1σ2+τ2AzσAσz)τ^+1σ2+τ2((ρAϕ)ρAρϕ)z^
לפלסיאן Δf=2f 2fx2+2fy2+2fz2 1ρρ(ρfρ)+1ρ22fϕ2+2fz2 1r2[r(r2fr)+1sin(θ)θ(sin(θ)fθ)+1sin(θ)22fϕ2] 1σ2+τ2(2fσ2+2fτ2)+2fz2
לפלסיאן וקטורי Δ𝐀=2𝐀 ΔAxx^+ΔAyy^+ΔAzz^ (ΔAρAρρ22ρ2Aϕϕ)ρ^+(ΔAϕAϕρ2+2ρ2Aρϕ)ϕ^+(ΔAz)z^ (ΔAr2r2sin(θ)[sin(θ)Ar+(Aθsin(θ))θ+Aϕϕ])r^+(ΔAθ1r2sin(θ)2[Aθ2sin(θ)2Arθ+2cos(θ)Aϕϕ])θ^+(ΔAϕAϕr2sin(θ)2+2r2sin(θ)Arϕ+2cos(θ)r2sin(θ)2Aθϕ)ϕ^
העתק אינפיניטסימלי d𝐥=dxx^+dyy^+dzz^ d𝐥=dρρ^+ρdϕϕ^+dzz^ d𝐥=drr^+rdθθ^+rsinθdϕϕ^ d𝐥=σ2+τ2dσσ^+σ2+τ2dττ^+dzz^
וקטור שטח אינפיניטסימלי d𝐒=dydzx^+dxdzy^+dxdyz^ d𝐒=ρdϕdzρ^+dρdzϕ^+ρdρdϕz^ d𝐒=r2sinθdθdϕr^+rsinθdrdϕθ^+rdrdθϕ^ d𝐒=σ2+τ2,dτdzσ^+σ2+τ2dσdzτ^+σ2+τ2dσ,dτz^
יחידת נפח אינפיניטסימלית dV=dxdydz dV=ρdρdϕdz dV=r2sinθdrdθdϕ dV=(σ2+τ2)dσdτdz
כללים חשובים:
  1. div grad f=(f)=2f=Δf (לפלסיאן)
  2. curl grad f=×(f)=𝟎
  3. div curl𝐀=(×𝐀)=0
  4. curl curl𝐀=×(×𝐀)=(𝐀)2𝐀
  5. Δfg=fΔg+2fg+gΔf