向量分析

更新时间:2022-08-25 15:57

向量分析是数学的分支,关心拥有两个维度或以上的向量的多元实分析。它有一套方程式及难题处理技巧对物理学及工程学特别有帮助。在微分几何偏微分方程的研究中起着重要作用。它被广泛应用于物理工程中,特别是在描述电磁场引力场和流体流动的时候。

简介

向量分析关注向量场微分积分,主要在3维欧几里得空间 中。“向量分析”有时用作多元微积分的代名词,其中包括向量分析,以及偏微分和多重积分等更广泛的问题。

向量分析从四元数分析发展而来,由约西亚·吉布斯和奥利弗·黑维塞于19世纪末提出,大多数符号和术语由吉布斯和黑维塞在他们1901年的书《向量分析》中提出。向量演算的常规形式中使用外积,不能推广到更高维度,而另一种几何代数的方法,它利用可以推广的外积,下文将会讨论。

相关应用

1.代数运算

向量分析中的基本代数(非微分)运算的称为向量代数,定义在向量空间,然后应用到整个向量场,包括:

1.标量乘法

标量场和向量场相乘,产生向量场: ;

2.向量加法

两个向量场相加,产生向量场: ;

3.内积

两个向量场相乘,产生标量场: ;

4.外积

两个向量场相乘,产生向量场: ;

5.标量三重积

向量和两个向量叉积的点积: ;

6.向量三重积

向量和两个向量叉积的叉积: 或 ;

尽管三重积不常作为基本运算,不过仍可以用内积及外积表示。

2.微分运算

向量分析研究定义在标量场或向量场定义的不同微分算子,通常用的向量算子(∇)来表示,也被称为“Nabla算子”。向量分析的五个最重要的微分运算:

3.相关定理

同样,也有几个与这几个相关的重要定理,将微积分基本定理拓展到了更高维度:

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