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匿名技术用户   2020-12-27 05:55   11   0

波矢:方向:电磁波的等相位面行进的方向;大小:波数K

波数:等于真实频率除以光速即波长的倒数


可以得到:
1)求梯度是对一个标量函数,求得到的结果是一个矢量函数,这里φ称为势函数
2)求散度则是针对一个矢量函数,求得的结果是一个标量函数,跟求梯度是反一下的;
3)求旋度则是针对一个矢量函数,得到的话说你回家一个矢量函数;

算符2称为拉普拉斯算符。事实上因为定义

所以有

拉普拉斯算子是n维欧几里德空间中的一个二阶微分算子,定义为梯度(▽f)的散度(▽·f)。因此如果f是二阶可微的实函数,则f的拉普拉斯算子定义为:

旋度的旋度将是本文的重点。若所研究的空间范围内是无源的,即ρ=0J=0,则根据麦克斯韦方程有:

梯度、散度和旋度 (8)

梯度、散度和旋度 (9)

梯度、散度和旋度 (10)

梯度、散度和旋度 (11)

(9)式两端取旋度

梯度、散度和旋度 (12)

再将(8)式代入(12)式有

梯度、散度和旋度 (13)

看到这里容易让人想到式(1),前面说式(1)的方程为一维波动方程,那么跟(13)式有什么联系呢?棘手的问题是算旋度已经够复杂了,算旋度的旋度岂不是更费周折?幸好有矢量恒等式可以利用来帮助简化计算,这里要用到前面所讲的散度的梯度。即有:

梯度、散度和旋度 (14)

这里拉普拉斯算子作用于一个矢量函数时,意义变得不明确了,它和前面的几个“X度的X度”都不一样,实际上它有这样的定义:

梯度、散度和旋度 (15)

为了验证式(14)还是要对计算“旋度的旋度”,但以后可以直接利用该式。还是做(7)式那样的处理,即令

梯度、散度和旋度

梯度、散度和旋度

于是

梯度、散度和旋度 (16)

而令

梯度、散度和旋度

梯度、散度和旋度 (17)

两式相减有

梯度、散度和旋度 (18)

类似地有

梯度、散度和旋度

梯度、散度和旋度

由于所关心的空间内是无源的,所以式(13)变成

梯度、散度和旋度 (19)

这个方程很重要,称为三维波动方程,这也从理论上揭示了电磁波的存在。它的各分量展开后比较复杂,实际上我们无法绘制出一个向四面八方传播的波的振动图像,但好在可以画出一维和二维的波,从而了解波的性质。有些事物我们无法在现实世界中呈现,或绘制出图形,但是数学上却可以计算且有确切的物理意义,比如高于三维的空间,不得不感叹数学的神奇,感叹我们生活的世界的神奇。

VI.几个矢量恒等式:

前面已经介绍了一个矢量恒等式,还有其他几个重要的恒等式。由于三种“度”是三种不同微分算法,虽然有些场合可以把▽当做一个普通的矢量来处理,但并不总是正确的,这一点需要引起注意。

梯度、散度和旋度

梯度、散度和旋度

梯度、散度和旋度

这里“×”乘的优先级高于“·”乘对于普通三个不共面的矢量ABC则有A·B×C=C·A×B=B·C×A。得到的结果是令三个矢量共起点,以三个矢量的模为棱构成的六面体的体积或它的负值。但是对于▽算子,则一般

梯度、散度和旋度

但是一般有

梯度、散度和旋度

实际上上面的矢量恒等式就是上式的扩展

梯度、散度和旋度

梯度、散度和旋度

上两式相减有

梯度、散度和旋度

记忆上式的方法是记住下标的顺序是xyzyzxzxy

梯度、散度和旋度

这个等式相对容易证明,但前提是要在直角坐标下。

梯度、散度和旋度



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