www.wikidata.uk-ua.nina.az
Vektorne chislennya oblast matematichnogo analizu v yakij vivchayutsya skalyarni i vektorni polya Osnovnoyu teoremoyu vektornogo chislennya ye Teorema Stoksa Bagato rezultativ vektornogo chislennya mozhut buti predstavleni yak chastkovi vipadki diferencialnoyi geometriyi Vektorne chislennya vidigraye vazhlivu rol u diferencijnij geometriyi i pri vivchenni diferencijnih rivnyan z chastinnimi pohidnimi Vono shiroko vikoristovuyetsya u fizici i inzheneriyi osoblivo pri opisanni elektromagnitnih poliv gravitacijnih poliv i zakoniv gidrodinamiki Vektorne chislennya rozvinulosya iz oblasti analizu kvaternioniv nad yakim pracyuvali Dzh Villard Gibbz i Oliver Hevisajd naprikinci 19 go stolittya i bilsha chastina notacij i terminologiyi bula vstanovlena Gibbzom i Edvinom Bidvellom Vilsonom en u opublikovanij nimi knizi v 1901 Vektornij analiz en U tradicijnij formi iz zastosuvannyam vektornogo dobutku vektorne chislennya ne mozhna uzagalniti do bilshih vimiriv v toj chas yak alternativnij pidhid geometrichnoyi algebri en sho vikoristovuye zovnishnij dobutok mozhe buti uzagalnenim Zmist 1 Bazovi ponyattya 1 1 Skalyarne pole 1 2 Vektorne pole 1 3 Vektori i psevdovektori 2 Vektorna algebra 3 Operaciyi i teoremi 3 1 Diferencijni operatori 3 2 Integralni teoremi 4 Zastosuvannya 4 1 Linijna aproksimaciya 4 2 Optimizaciya 4 3 Fizika i inzheneriya 5 Osnovni formuli vektornogo chislennya 6 Uzagalnennya 6 1 Rizni 3 vimirni mnogovidi 7 Primitki 8 PosilannyaBazovi ponyattya RedaguvatiSkalyarne pole Redaguvati Dokladnishe Skalyarne poleSkalyarne pole pov yazuye skalyarne znachennya do kozhnoyi tochki v prostori Skalyarom mozhe buti yak matematichne chislo tak i fizichna velichina Prikladom skalyarnih poliv v tipovih zastosuvannyah ye rozpodilennya temperaturi v prostori rozpovsyudzhennya tisku v ridini abo spin nulovi kvantovi polya taki yak Bozon Higgsa Ci polya ye predmetom vivchennya teoriyi skalyarnogo polya en Vektorne pole Redaguvati Dokladnishe Vektorne poleVektorne pole pov yazuye vektor do kozhnoyi tochki z pidmnozhini prostoru 1 Vektorne pole na ploshini yak priklad mozhna zobraziti yak nabir strilok iz zadanoyu velichinoyu i napryamom sho priv yazani do okremih tochok na ploshini Vektorni polya chasto vikoristovuyutsya dlya modelyuvannya napriklad napryamu i shvidkosti ruhu ridini v prostori abo sili i napryamku diyi deyakoyi sili takoyi yak magnitna abo gravitacijna sila i togo yak voni zminyuyutsya vid tochki do tochki Vektori i psevdovektori Redaguvati U bilsh skladnih vipadkah rozriznyayut psevdovektorni polya i psevdoskalyarni polya sho ye identichnimi do vektornih i skalyarnim poliv zamist togo sho voni zminyuyut svij znak vidpovidno do mapi perevertannya oriyentaciyi napriklad rotor vektornogo polya ye psevdovektornim polem i yaksho htos vidobrazhaye vektorne pole rotor vkazuye v protilezhnomu napryamu Ci vidminnosti detalno vivchayutsya v geometrichnij algebri Vektorna algebra RedaguvatiDokladnishe Vektorna algebraAlgebrayichni ne diferencijni operaciyi nad vektorami nazivayutsya vektornoyu algebroyu yaka viznachayetsya dlya vektornogo prostoru i zastosovuyetsya dlya vektornogo polya Bazovimi vektornimi operaciyami ye nastupni Operaciya Poznachennya OpisDodavannya vektoriv v 1 v 2 displaystyle mathbf v 1 mathbf v 2 nbsp Dodavannya dvoh vektornih poliv v rezultati daye vektorne pole Mnozhennya na skalyar a v displaystyle a mathbf v nbsp Mnozhennya skalyarnogo polya na vektorne pole daye rezultatom vektorne pole Skalyarnij dobutok v 1 v 2 displaystyle mathbf v 1 cdot mathbf v 2 nbsp Mnozhennya dvoh vektornih poliv maye rezultatom skalyarne pole Vektornij dobutok v 1 v 2 displaystyle mathbf v 1 times mathbf v 2 nbsp Mnozhennya dvoh vektornih poliv v R 3 displaystyle mathbb R 3 nbsp porodzhuye psevdo vektorne pole Takozh vikoristovuyutsya dva mishanih dobutki Operaciya Poznachennya OpisSkalyarnij mishanij dobutok v 1 v 2 v 3 displaystyle mathbf v 1 cdot left mathbf v 2 times mathbf v 3 right nbsp Skalyarnij dobutok vektora na vektornij dobutok dvoh vektoriv Vektornij mishanij dobutok v 1 v 2 v 3 displaystyle mathbf v 1 times left mathbf v 2 times mathbf v 3 right nbsp Vektornij dobutok vektora na skalyarnij dobutok dvoh vektoriv Operaciyi i teoremi RedaguvatiDokladnishe Formuli vektornogo analizuDiferencijni operatori Redaguvati Dokladnishe Gradiyent Divergenciya matematika Rotor matematika Operator Laplasa Potik vektora ta Cirkulyaciya vektoraVektorne chislennya vivchaye rizni diferencialni operatori viznacheni dlya skalyarnogo abo vektornogo poliv yaki zazvichaj poznachayutsya operatorom Gamiltona displaystyle nabla nbsp sho takozh vidomij yak nabla Troma osnovnimi vektornimi operatorami ye Operaciya Poznachennya Opis Analogiya poznachen Oblast DiapazonGradiyent grad f f displaystyle operatorname grad f nabla f nbsp Vimiryuye shvidkist i napryam zmini skalyarnogo polya Mnozhennya na skalyar Zobrazhaye skalyarni polya u vektorni polya Divergenciya div F F displaystyle operatorname div mathbf F nabla cdot mathbf F nbsp Vimiryuye skalyarnu velichinu dzherela vektornogo polya v danij tochci Skalyarnij dobutok Zobrazhaye vektorni polya u skalyarni polya Rotor curl F F displaystyle operatorname curl mathbf F nabla times mathbf F nbsp Vimiryuye tendenciyu do obertannya dovkola tochki u vektornomu poli R 3 displaystyle mathbb R 3 nbsp Vektornij dobutok Zobrazhaye vektorni polya u psevdo vektorni polya f displaystyle f nbsp poznachaye skalyarne pole a F displaystyle F nbsp poznachaye vektorne poleTakozh zagalnovzhivanimi ye dva operatori Laplasa Operaciya Poznachennya Opis Oblast DiapazonOperator Laplasa D f 2 f f displaystyle Delta f nabla 2 f nabla cdot nabla f nbsp Vimiryuye riznicyu mizh znachennyam skalyarnogo polya v yih serednih znachennyah pri neskinchenno malih sferah Vikonuye peretvorennya mizh skalyarnimi polyami Vektornij operator laplasa 2 F F F displaystyle nabla 2 mathbf F nabla nabla cdot mathbf F nabla times nabla times mathbf F nbsp Vimiryuye riznicyu mizh znachennyam skalyarnogo polya v yih serednih znachennyah pri neskinchenno malih sferah Vikonuye peretvorennya mizh vektornimi polyami f displaystyle f nbsp poznachaye skalyarne pole a F displaystyle F nbsp poznachaye vektorne poleVelichina sho nazivayetsya Yakobianom ye korisnoyu dlya vivchennya funkcij koli koli oblast i diapazon znachen funkciyi ye bagatomirnimi napriklad pri zamini zminnih pid chas integruvannya Integralni teoremi Redaguvati Tri osnovni vektorni operatori mayut pid soboyu vidpovidni teoremi yaki uzagalnyuyut osnovnu formulu integralnogo chislennya do bilshih vimiriv Teorema Tverdzhennya OpisGradiyentna teorema L p q R n f d r f q f p displaystyle int L mathbf p to mathbf q subset mathbb R n nabla varphi cdot d mathbf r varphi left mathbf q right varphi left mathbf p right nbsp Krivolinijnij integral gradiyenta nad skalyarnim polem dorivnyuye riznici znachen skalyarnogo polya u kincevih tochkah krivoyi Teorema pro divergenciyu V R n n F d V V n 1 F d S displaystyle underbrace int cdots int V subset mathbb R n n nabla cdot mathbf F dV underbrace oint cdots oint partial V n 1 mathbf F cdot d mathbf S nbsp Integral nad divergenciyeyu vektornogo polya po n vimirnomu tilu dorivnyuye gustini potoku vektornogo polya cherez n 1 vimirnu zamknenu poverhnyu sho obmezhuye tilo Teorema Kelvina Stoksa S R 3 F d S S F d r displaystyle iint Sigma subset mathbb R 3 nabla times mathbf F cdot d mathbf Sigma oint partial Sigma mathbf F cdot d mathbf r nbsp Integral po krivij u vektornomu poli po poverhni v prostori R 3 displaystyle mathbb R 3 nbsp dorivnyuye linijnomu integralu vektornogo polya po zamknenij krivij sho obmezhuye poverhnyu f displaystyle varphi nbsp poznachaye skalyarne pole a F displaystyle F nbsp poznachaye vektorne poleU vipadku dlya dvoh vimiriv teoremi pro divergenciyu i Kelvina Stoksa sproshuyutsya do teoremi Grina Teorema Tverdzhennya OpisTeorema Grina A R 2 M x L y d A A L d x M d y displaystyle iint A subset mathbb R 2 left frac partial M partial x frac partial L partial y right dA oint partial A left L dx M dy right nbsp Integral nad divergenciyeyu abo krivoyu u vektornomu poli po deyakij oblasti v R 2 displaystyle mathbb R 2 nbsp dorivnyuye gustini potoku energiyi abo linijnomu integralu u vektornomu poli po zamknenij krivij sho obmezhuye oblast Dlya divergenciyi F M L displaystyle F M L nbsp Dlya krivoyi F L M 0 displaystyle F L M 0 nbsp L i M ye funkciyami zminnih x y Zastosuvannya RedaguvatiLinijna aproksimaciya Redaguvati Linijna aproksimaciya nablizhennya vikoristovuyetsya abi zaminiti skladni funkciyi linijnimi funkciyami sho ye duzhe podibnimi Dana diferencijovana funkciya f x y displaystyle f x y nbsp dijsnih zminnih Mozhna aproksimuvati funkciyu f x y displaystyle f x y nbsp dlya x y displaystyle x y nbsp sho ye blizkimi do a b displaystyle a b nbsp za dopomogoyu formuli f x y f a b f x a b x a f y a b y b displaystyle f x y approx f a b frac partial f partial x a b x a frac partial f partial y a b y b nbsp V pravij chastini predstavlene rivnyannya ploshini sho ye dotichnoyu do grafiku funkciyi z f x y displaystyle z f x y nbsp u tochci a b displaystyle a b nbsp Optimizaciya Redaguvati Dokladnishe Optimizaciya matematika Dlya neperervno diferencijovanoyi funkciyi bagatoh dijsnih zminnih en tochka P sho ye mnozhinoyu znachen vhidnih zminnih i yaka rozglyadayetsya yak tochka v prostori Rn ye kritichnoyu tochkoyu yaksho vsi chastkovi pohidni funkciyi dorivnyuyut nulyu v danij tochci P abo ekvivalentno yaksho yiyi gradiyent dorivnyuye nulyu Kritichnimi znachennyami ye znachennya funkciyi v kritichnih tochkah Yaksho funkciya ye gladkoyu abo prinajmni dvichi neperervno diferencijovana kritichna tochka mozhe buti abo lokalnim maksimumom lokalnim minimumom abo sidlovoyu tochkoyu Ci rizni vipadki mozhna rozrizniti yaksho rozglyanuti vlasni znachennya matrici Gesse dlya drugih pohidnih Vidpovidno do teoremi Ferma vsi lokalni maksimumi i minimumi diferencijovanoyi funkciyi znahodyatsya v kritichnih tochkah Takim chinom abi znajti lokalni maksimumi i minimumi teoretichno ye dostatnim rozrahuvati nuli gradiyenta i vlasni znachennya matrici Gesse v cih nulyah Fizika i inzheneriya Redaguvati Vektorne chislennya zokrema vazhlive dlya vivchennya Centra mas Teoriyi polya Kinematiki Rivnyan MaksvellaOsnovni formuli vektornogo chislennya RedaguvatiDokladnishe Formuli vektornogo analizuDlya dovilnih vektornih poliv a displaystyle mathbf a nbsp ta b displaystyle mathbf b nbsp i dovilnih sklyarnih poliv f displaystyle varphi nbsp ta 3 displaystyle xi nbsp rot f 0 displaystyle text rot nabla varphi 0 nbsp div rot a 0 displaystyle text div text rot mathbf a 0 nbsp rot rot a div a D a displaystyle text rot text rot mathbf a nabla text div mathbf a Delta mathbf a nbsp f 3 f 3 3 f displaystyle nabla varphi xi varphi nabla xi xi nabla varphi nbsp div f a f div a a f displaystyle text div varphi mathbf a varphi text div mathbf a mathbf a cdot nabla varphi nbsp rot f a f rot a f a displaystyle text rot varphi mathbf a varphi text rot mathbf a nabla varphi times mathbf a nbsp div a b b rot a a rot b displaystyle text div mathbf a times mathbf b mathbf b cdot text rot mathbf a mathbf a cdot text rot mathbf b nbsp a b a b b a a rot b b rot a displaystyle nabla mathbf a cdot mathbf b mathbf a cdot nabla mathbf b mathbf b cdot nabla mathbf a mathbf a times text rot mathbf b mathbf b times text rot mathbf a nbsp rot a b b a a b a div b b div a displaystyle text rot mathbf a times mathbf b mathbf b cdot nabla mathbf a mathbf a nabla mathbf b mathbf a text div mathbf b mathbf b text div mathbf a nbsp Uzagalnennya RedaguvatiRizni 3 vimirni mnogovidi Redaguvati Vektorne chislennya yak pravilo viznachayetsya dlya evklidovogo 3 vimirnogo prostoru R 3 displaystyle mathbb R 3 nbsp yake yak pravilo maye dodatkovu strukturu krim prostogo predstavlennya yak 3 vimirnogo dijsnogo vektornogo prostoru ciyeyu strukturoyu ye norma sho zadaye ponyattya dovzhini yaka viznachayetsya cherez vnutrishnij dobutok skalyarnij dobutok Ce v svoyu chergu dodaye ponyattya kuta i oriyentaciyi sho mozhe viznachatisya za pravilom pravoyi chi livoyi ruki Ci strukturi takozh privodyat do ponyattya formi ob yemu a takozh do vektornogo dobutku yakij dosit shiroko i vsebichno vikoristovuyetsya u vektornomu chislenni Operatori gradiyentu i divergenciyi potrebuyut lishe isnuvannya vnutrishnogo dobutku a rotor i vektornij dobutok potrebuyut vrahovuvati napravlenist sistemi koordinat za pravilom pravoyi chi livoyi ruki Vektorne chislennya mozhe buti viznachene i dlya inshih 3 vimirnih vektornih prostoriv yaksho voni viznachayut predgilbertiv prostir abo v bilsh zagalno kazhuchi mayut simetrichnu nevirodzhenu formu i oriyentaciyu Varto zauvazhiti sho ci vimogi ye vuzhchimi za izomorfizm Evklidovogo prostoru oskilki vektorne chislennya ne potrebuye vikoristannya mnozhini koordinat tobto sistemi vidliku sho pidkreslyuye toj fakt sho vektorne chislennya ye invariantnim do obertan specialna ortogonalna grupa SO 3 U bilsh zagalnomu vipadku vektorne chislennya mozhe viznachatisya dlya bud yakogo 3 vimirnogo oriyentovanogo rimanovogo mnogovidu abo dlya psevdorimanovogo mnogovida Cya struktura prosto kazhuchi oznachaye sho dotichnij prostir v kozhnij tochci maye vnutrishnij dobutok simetrichnu nevirodzhenu formu i oriyentaciyu abo bilsh zagalno v nomu isnuye simetrichnij nevirodzhenij metrichnij tenzor i oriyentaciya i ce ye dijsnim tomu sho vektorne chislennya viznachayetsya cherez dotichni vektori v kozhnij tochci Primitki Redaguvati Galbis Antonio amp Maestre Manuel 2012 Vector Analysis Versus Vector Calculus Springer s 12 ISBN 978 1 4614 2199 3 Arhiv originalu za 25 kvitnya 2016 Procitovano 27 listopada 2016 Posilannya RedaguvatiHazewinkel Michiel red 2001 Vector analysis Matematichna enciklopediya Springer ISBN 978 1 55608 010 4 Hazewinkel Michiel red 2001 Vector algebra Matematichna enciklopediya Springer ISBN 978 1 55608 010 4 Vector Calculus Video Lectures Arhivovano 31 grudnya 2013 u Wayback Machine from University of New South Wales on Academic Earth A survey of the improper use of in vector analysis 1994 Tai Chen Expanding vector analysis to an oblique coordinate system nedostupne posilannya z zhovtnya 2019 Vector Analysis Arhivovano 25 kvitnya 2016 u Wayback Machine A Text book for the Use of Students of Mathematics and Physics based upon the lectures of Willard Gibbs by Edwin Bidwell Wilson published 1902 Earliest Known Uses of Some of the Words of Mathematics Vector Analysis Arhivovano 19 chervnya 2018 u Wayback Machine Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Vektorne chislennya amp oldid 40289834