基础
∇=ex∂x∂+ey∂y∂+ez∂z∂
∇⋅f≡divf
∇×f≡rotf
∇ϕ≡gradϕ
积分公式
∮Sf⋅dS=∫V∇fdV
∮Lf⋅dl=∫S(∇×f)⋅dS
∮ψ∇ϕ⋅dS=∫V(ψ∇2ϕ+∇ψ⋅∇ϕ)dV
∮(ψ∇ϕ−ϕ∇ψ)⋅dS=∫V(ψ∇2ϕ−ϕ∇2ψ)dV
- 亥姆霍兹定理:
任意矢量可以分解成无源场和无旋场之和
f=∇ϕ+∇×A
常用公式
∇2ϕ=(∇⋅∇)ψ∇2f=∇(∇⋅f)−∇×(∇×f)∇×∇ϕ=0,∇⋅(∇×f)∇(ϕψ)=ϕ∇ψ+ψ∇ϕ∇(f⋅g)=f×(∇×g)+g×(∇×f)+(f⋅∇)g+(g⋅∇)f∇⋅(ϕf)=ϕ(∇⋅f)+f⋅(∇ϕ)∇⋅(f×g)=g⋅(∇×f)−f⋅(∇×g)∇×(ϕf)=ϕ(∇×f)−f×(∇ϕ)∇×(f×g)=(g⋅∇)f−(f⋅∇)g+f(∇⋅g)−g(∇⋅f).
对一些简单函数的作用
∇⋅r=3,∇r=rr,∇×r=0,∇r1=−r3r,∇f(r)=f(r′)rr,∇2r1=−4πδ(r)∇×(f(r)r)=0,∇r=I∇(a⋅r)=(a⋅∇)r=a,∇eia⋅r=iareia⋅r.
球坐标
∇=er∂r∂+eθr1∂θ∂+eϕrsinθ1∂ϕ∂∇ψ=∂r∂ψer+r1∂θ∂ψeθ+rsinθ1∂ϕ∂ψeϕ∇⋅A=r21∂r∂(r2Ar)+rsinθ1∂θ∂(sinθAθ)+rsinθ1∂ϕ∂(Aϕ)∇×A=rsinθ1[∂θ∂(sinθAϕ)−∂ϕ∂(Aθ)]er+r1[sinθ1∂ϕ∂(Ar)−∂r∂(rAϕ)]eθ+r1[∂r∂(rAθ)−∂θ∂Ar]eϕ∇2ψ=r21∂r∂(r2∂r∂ψ)+r2sinθ1∂θ∂(sinθ∂θ∂ψ)+r2sin2θ1∂ϕ2∂2ψ.
柱坐标
∇=er∂r∂+eθr1∂θ∂+ez∂z∂∇ψ=∂r∂ψer+r1∂θ∂ψeθ+∂z∂ψez∇⋅A=r1∂r∂(rAr)+r1∂θ∂Aθ+∂z∂Az∇×A=(r1∂θ∂Az−∂z∂Aθ)er+(∂z∂Ar−∂r∂Az)eθ+r1(∂r∂(rAθ)−∂θ∂Ar)ez∇2ψ=r1∂r∂(r∂r∂ψ)+r21∂θ2∂2ψ+∂z2∂2ψ.