向量積分:司鐸克斯定理、格林定理與其他

 

司鐸克斯定理

定理陳述

 

證明步驟

上式的正負號係數與前原式之所以不同,是因為 da2 拆開成 dx3dx1 、與 da3 拆開成 dx1dx2 ,微小面元素方向不同(da3 不變,da2 反號)。

 

基於(這�堿O關鍵起始點)

但現在為限制於 x1 位置的情況下,故僅上式後兩項仍可成為 dA1 ,而有下式 (這�堿O關鍵目標點)

已得一個細條的是兩個線積分小段,則整片的邊界就是完整的迴路

其他兩分量也是相同的作法

收集加總,得證

 

流體力學上的應用

無旋渦的流場,potential flow

 

安培定律

見課本

 

 

格林定理(選)

格林定理是發散定理的餘定理 corollary(所謂餘定理者,乃定理證明確立後,再用該定理可容易證明之延伸定理者,稱之為該定理之餘定理)(另有 Lemma 預備定理;Conjecture 猜想)

 

 

平面上的格林定理(選)

(證明見課本)

 

應用:任意面積封閉曲線圍成的面積

Area = (1/2) ∫Γ x1 dx2 - x2dx1

 

 

一些有用的積分關係式

(1) ∫ab (∇φ)· dl = φ(b) - φ(a)

(證明見課本 p.46)(這是保守力作功定義位能的公式)

 

(2) ∫Cls-S (∂φ/∂n) da = ∫V ∇2φ dV

(證明見課本 p.46)

 

(3) ∫V ∇ φ dV = ∫Cls-S φ n^ da

(證明見課本 p.46)

 

(4) ∫V ∇× B dV = ∫Cls-S n^× B da

(證明見課本 p.47)

 

 

Helmholtz's 定理 (選)

任一向量場必可寫成 一個 irrotational 場 (∇φ) 與一個 solenoidal 場 (∇× A) 之和 ,即

知道 V(r),則 φ 與 A 皆可由泊松方程式解得。

詳見課文