Jump to content
החלפת מצב תפריט
שינוי מצב תפריט ההעדפות
החלפת מצב תפריט אישי
לא בחשבון
כתובת ה־IP שלך תהיה גלויה לציבור אם תעשה עריכות כלשהן.

דל במערכות צירים שונות

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

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, <math>\theta</math> היא הזווית בין ציר z ווקטור הרדיוס המחבר את הראשית עם הנקודה בה עוסקים. <math>\phi</math> היא הזווית בין היטל וקטור הרדיוס על מישור x-y, ובין 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
<math>\begin{matrix}
   \rho & = & \sqrt{x^2+y^2} \\
   \phi & = & \arctan(y/x) \\
      z & = & z \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   x & = & \rho\cos\phi \\
   y & = & \rho\sin\phi \\
   z & = & z \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   x & = & r\sin\theta\cos\phi \\
   y & = & r\sin\theta\sin\phi \\
   z & = & r\cos\theta \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   x & = & \sigma \tau\\
   y & = & \frac{1}{2} \left( \tau^{2} - \sigma^{2} \right) \\
   z & = & z \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   r      & = & \sqrt{x^2+y^2+z^2} \\
   \theta & = & \arctan{\left(\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{z}\right)}\\
   \phi   & = & \arctan(y/x) \\ \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \rho & = & r\sin(\theta) \\
   \phi & = & \phi\\
   z    & = & r\cos(\theta) \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   r      & = & \sqrt{x^2+y^2+z^2} \\
   \theta & = & \arctan{\left(\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{z}\right)}\\
   \phi   & = & \arctan(y/x) \\ \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \rho & = & \frac{\sigma^2 + \tau^2}{2} \\
   \phi & = & \arctan\left(\frac{\tau^{2} - \sigma^{2}}{2\sigma\tau} \right) \\
   z & = & z \end{matrix}</math>
הגדרת
וקטורי
היחידה
<math>\begin{matrix}
   \boldsymbol{\hat \rho} & = &  \frac{x}{\rho}\mathbf{\hat x}+\frac{y}{\rho}\mathbf{\hat y} \\
   \boldsymbol{\hat\phi} & = & -\frac{y}{\rho}\mathbf{\hat x}+\frac{x}{\rho}\mathbf{\hat y} \\
   \mathbf{\hat z}       & = &  \mathbf{\hat z}
   \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \mathbf{\hat x} & = & \cos\phi\boldsymbol{\hat \rho}-\sin\phi\boldsymbol{\hat\phi} \\
   \mathbf{\hat y} & = & \sin\phi\boldsymbol{\hat \rho}+\cos\phi\boldsymbol{\hat\phi} \\
   \mathbf{\hat z} & = & \mathbf{\hat z}
   \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \mathbf{\hat x} & = & \sin\theta\cos\phi\boldsymbol{\hat r}+\cos\theta\cos\phi\boldsymbol{\hat\theta}-\sin\phi\boldsymbol{\hat\phi} \\
   \mathbf{\hat y} & = & \sin\theta\sin\phi\boldsymbol{\hat r}+\cos\theta\sin\phi\boldsymbol{\hat\theta}+\cos\phi\boldsymbol{\hat\phi} \\
   \mathbf{\hat z} & = & \cos\theta        \boldsymbol{\hat r}-\sin\theta        \boldsymbol{\hat\theta} \\
   \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \boldsymbol{\hat \sigma} & = &  \frac{\tau}{\sqrt{\tau^2+\sigma^2}}\mathbf{\hat x}-\frac{\sigma}{\sqrt{\tau^2+\sigma^2}}\mathbf{\hat y} \\
   \boldsymbol{\hat\tau} & = &  \frac{\sigma}{\sqrt{\tau^2+\sigma^2}}\mathbf{\hat x}+\frac{\tau}{\sqrt{\tau^2+\sigma^2}}\mathbf{\hat y} \\
   \mathbf{\hat z}       & = &  \mathbf{\hat z}
   \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \mathbf{\hat r}         & = & \frac{x\mathbf{\hat x}+y\mathbf{\hat y}+z\mathbf{\hat z}}{r} \\
   \boldsymbol{\hat\theta} & = & \frac{xz\mathbf{\hat x}+yz\mathbf{\hat y}-\rho^2\mathbf{\hat z}}{r \rho} \\
   \boldsymbol{\hat\phi}   & = & \frac{-y\mathbf{\hat x}+x\mathbf{\hat y}}{\rho}
   \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \boldsymbol{\hat \rho} & = & \sin\theta\mathbf{\hat r}+\cos\theta\boldsymbol{\hat\theta} \\
   \boldsymbol{\hat\phi} & = & \boldsymbol{\hat\phi} \\
   \mathbf{\hat z}       & = & \cos\theta\mathbf{\hat r}-\sin\theta\boldsymbol{\hat\theta} \\
   \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
   \mathbf{\hat r}         & = & \frac{\rho}{r}\boldsymbol{\hat \rho}+\frac{   z}{r}\mathbf{\hat z} \\
   \boldsymbol{\hat\theta} & = & \frac{z   }{r}\boldsymbol{\hat \rho}-\frac{\rho}{r}\mathbf{\hat z} \\
   \boldsymbol{\hat\phi}   & = & \boldsymbol{\hat\phi}
   \end{matrix}</math>
שדה וקטורי <math>\mathbf{A}</math> <math>A_x\mathbf{\hat x} + A_y\mathbf{\hat y} + A_z\mathbf{\hat z}</math> <math>A_\rho\boldsymbol{\hat \rho} + A_\phi\boldsymbol{\hat \phi} + A_z\boldsymbol{\hat z}</math> <math>A_r\boldsymbol{\hat r} + A_\theta\boldsymbol{\hat \theta} + A_\phi\boldsymbol{\hat \phi}</math> <math>A_\sigma\boldsymbol{\hat \sigma} + A_\tau\boldsymbol{\hat \tau} + A_\phi\boldsymbol{\hat z}</math>
גרדיאנט <math>\nabla f</math> <math>{\partial f \over \partial x}\mathbf{\hat x} + {\partial f \over \partial y}\mathbf{\hat y}
 + {\partial f \over \partial z}\mathbf{\hat z}</math>
<math>{\partial f \over \partial \rho}\boldsymbol{\hat \rho}
 + {1 \over \rho}{\partial f \over \partial \phi}\boldsymbol{\hat \phi}
 + {\partial f \over \partial z}\boldsymbol{\hat z}</math>
<math>{\partial f \over \partial r}\boldsymbol{\hat r}
 + {1 \over r}{\partial f \over \partial \theta}\boldsymbol{\hat \theta}
 + {1 \over r\sin\theta}{\partial f \over \partial \phi}\boldsymbol{\hat \phi}</math>
<math> \frac{1}{\sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}}} {\partial f \over \partial \sigma}\boldsymbol{\hat \sigma} + \frac{1}{\sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}}} {\partial f \over \partial \tau}\boldsymbol{\hat \tau} + {\partial f \over \partial z}\boldsymbol{\hat z}</math>
דיברגנץ <math>\nabla \cdot \mathbf{A}</math> <math>{\partial A_x \over \partial x} + {\partial A_y \over \partial y} + {\partial A_z \over \partial z}</math> <math>{1 \over \rho}{\partial \left( \rho A_\rho \right) \over \partial \rho}
 + {1 \over \rho}{\partial A_\phi \over \partial \phi}
 + {\partial A_z \over \partial z}</math>
<math>{1 \over r^2}{\partial \left( r^2 A_r \right) \over \partial r}
 + {1 \over r\sin\theta}{\partial \over \partial \theta} \left(  A_\theta\sin\theta \right) 
 + {1 \over r\sin\theta}{\partial A_\phi \over \partial \phi}</math>
<math> \frac{1}{\sigma^{2} + \tau^{2}}{\partial A_\sigma \over \partial \sigma} + \frac{1}{\sigma^{2} + \tau^{2}}{\partial A_\tau \over \partial \tau} + {\partial A_z \over \partial z}</math>
קרל (רוטור) <math>\nabla \times \mathbf{A}</math> <math>\begin{matrix}
 \displaystyle\left({\partial A_z \over \partial y} - {\partial A_y \over \partial z}\right) \mathbf{\hat x} & + \\
 \displaystyle\left({\partial A_x \over \partial z} - {\partial A_z \over \partial x}\right) \mathbf{\hat y} & + \\
 \displaystyle\left({\partial A_y \over \partial x} - {\partial A_x \over \partial y}\right) \mathbf{\hat z} & \ \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
 \displaystyle\left({1 \over \rho}{\partial A_z \over \partial \phi}
   - {\partial A_\phi \over \partial z}\right) \boldsymbol{\hat \rho} & + \\
 \displaystyle\left({\partial A_\rho \over \partial z} - {\partial A_z \over \partial \rho}\right) \boldsymbol{\hat \phi} & + \\
 \displaystyle{1 \over \rho}\left({\partial \left( \rho A_\phi \right) \over \partial \rho}
   - {\partial A_\rho \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat z} & \ \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
 \displaystyle{1 \over r\sin\theta}\left({\partial \over \partial \theta} \left( A_\phi\sin\theta \right)
   - {\partial A_\theta \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat r} & + \\
 \displaystyle{1 \over r}\left({1 \over \sin\theta}{\partial A_r \over \partial \phi}
   - {\partial \over \partial r} \left( r A_\phi \right) \right) \boldsymbol{\hat \theta} & + \\
 \displaystyle{1 \over r}\left({\partial \over \partial r} \left( r A_\theta \right)
   - {\partial A_r \over \partial \theta}\right) \boldsymbol{\hat \phi} & \ \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
 \displaystyle\left(\frac{1}{\sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}}}{\partial A_z \over \partial \tau}
   - {\partial A_\tau \over \partial z}\right) \boldsymbol{\hat \sigma} & - \\
 \displaystyle\left(\frac{1}{\sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}}}{\partial A_z \over \partial \sigma}- {\partial A_\sigma \over \partial z}\right) \boldsymbol{\hat \tau} & + \\
 \displaystyle\frac{1}{\sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}}}\left({\partial \left( \rho A_\phi \right) \over \partial \rho}
   - {\partial A_\rho \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat z} & \ \end{matrix}</math>
לפלסיאן <math>\Delta f = \nabla^2 f</math> <math>{\partial^2 f \over \partial x^2} + {\partial^2 f \over \partial y^2} + {\partial^2 f \over \partial z^2}</math> <math>{1 \over \rho}{\partial \over \partial \rho}\left(\rho {\partial f \over \partial \rho}\right)
 + {1 \over \rho^2}{\partial^2 f \over \partial \phi^2}
 + {\partial^2 f \over \partial z^2}</math>
<math>{1 \over r^2}{\partial \over \partial r}\!\left(r^2 {\partial f \over \partial r}\right)
 \!+\!{1 \over r^2\!\sin\theta}{\partial \over \partial \theta}\!\left(\sin\theta {\partial f \over \partial \theta}\right)
 \!+\!{1 \over r^2\!\sin^2\theta}{\partial^2 f \over \partial \phi^2}</math>
<math> \frac{1}{\sigma^{2} + \tau^{2}}

\left( \frac{\partial^{2} f}{\partial \sigma^{2}} + \frac{\partial^{2} f}{\partial \tau^{2}} \right) + \frac{\partial^{2} f}{\partial z^{2}} </math>

לפלסיאן וקטורי <math>\Delta \mathbf{A} = \nabla^2 \mathbf{A}</math> <math>\Delta A_x \mathbf{\hat x} + \Delta A_y \mathbf{\hat y} + \Delta A_z \mathbf{\hat z} </math> <math>\begin{matrix}
 \displaystyle\left(\Delta A_\rho - {A_\rho \over \rho^2}
   - {2 \over \rho^2}{\partial A_\phi \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat \rho} & + \\
 \displaystyle\left(\Delta A_\phi - {A_\phi \over \rho^2}
   + {2 \over \rho^2}{\partial A_\rho \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat\phi} & + \\
 \displaystyle\left(\Delta A_z \right) \boldsymbol{\hat z}  & \ \end{matrix}</math>
<math>\begin{matrix}
 \left(\Delta A_r - {2 A_r \over r^2}
   - {2 \over r^2\sin\theta}{\partial \left(A_\theta \sin\theta\right) \over \partial\theta}
   - {2 \over r^2\sin\theta}{\partial A_\phi \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat r} & + \\
 \left(\Delta A_\theta - {A_\theta \over r^2\sin^2\theta}
   + {2 \over r^2}{\partial A_r \over \partial \theta}
   - {2 \cos\theta \over r^2\sin^2\theta}{\partial A_\phi \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat\theta} & + \\
 \left(\Delta A_\phi - {A_\phi \over r^2\sin^2\theta}
   + {2 \over r^2\sin\theta}{\partial A_r \over \partial \phi}
   + {2 \cos\theta \over r^2\sin^2\theta}{\partial A_\theta \over \partial \phi}\right) \boldsymbol{\hat\phi} & \end{matrix}</math>
העתק אינפיניטסימלי <math>d\mathbf{l} = dx\mathbf{\hat x} + dy\mathbf{\hat y} + dz\mathbf{\hat z}</math> <math>d\mathbf{l} = d\rho\boldsymbol{\hat \rho} + \rho d\phi\boldsymbol{\hat \phi} + dz\boldsymbol{\hat z}</math> <math>d\mathbf{l} = dr\mathbf{\hat r} + rd\theta\boldsymbol{\hat \theta} + r\sin\theta d\phi\boldsymbol{\hat \phi}</math> <math>d\mathbf{l} = \sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}} d\sigma\boldsymbol{\hat \sigma} + \sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}} d\tau\boldsymbol{\hat \tau} + dz\boldsymbol{\hat z}</math>
וקטור שטח אינפיניטסימלי <math>\begin{matrix}d\mathbf{S} = &dy\,dz\,\mathbf{\hat x} + \\

&dx\,dz\,\mathbf{\hat y} + \\ &dx\,dy\,\mathbf{\hat z}\end{matrix}</math>

<math>\begin{matrix}

d\mathbf{S} = & \rho\, d\phi\, dz\,\boldsymbol{\hat \rho} + \\ & d\rho \,dz\,\boldsymbol{\hat \phi} + \\ & \rho \,d\rho d\phi \,\mathbf{\hat z} \end{matrix}</math>

<math>\begin{matrix}

d\mathbf{S} = & r^2 \sin\theta \,d\theta \,d\phi \,\mathbf{\hat r} + \\ & r\sin\theta \,dr\,d\phi \,\boldsymbol{\hat \theta} + \\ & r\,dr\,d\theta\,\boldsymbol{\hat \phi} \end{matrix}</math>

<math>\begin{matrix}

d\mathbf{S} = & \sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}}, d\tau\, dz\,\boldsymbol{\hat \sigma} + \\ & \sqrt{\sigma^{2} + \tau^{2}} d\sigma\,dz\,\boldsymbol{\hat \tau} + \\ & \sigma^{2} + \tau^{2} d\sigma, d\tau \,\mathbf{\hat z} \end{matrix}</math>

יחידת נפח אינפיניטסימלית <math>dV = dx\,dy\,dz \,</math> <math>dV = \rho\, d\rho\, d\phi\, dz\,</math> <math>dV = r^2\sin\theta \,dr\,d\theta\, d\phi\,</math> <math>dV = \left( \sigma^{2} + \tau^{2} \right) d\sigma d\tau dz,</math>
כללים חשובים:
  1. <math>\operatorname{div\ grad\ } f = \nabla \cdot (\nabla f) = \nabla^2 f = \Delta f</math> (לפלסיאן)
  2. <math>\operatorname{curl\ grad\ } f = \nabla \times (\nabla f) = \mathbf{0}</math>
  3. <math>\operatorname{div\ curl\ } \mathbf{A} = \nabla \cdot (\nabla \times \mathbf{A}) = 0</math>
  4. <math>\operatorname{curl\ curl\ } \mathbf{A} = \nabla \times (\nabla \times \mathbf{A}) = \nabla (\nabla \cdot \mathbf{A}) - \nabla^2 \mathbf{A}</math>
  5. <math>\Delta f g = f \Delta g + 2 \nabla f \cdot \nabla g + g \Delta f</math>