Tuesday, November 17, 2009

戴振铎的矢量算符小记


2年前看戴振铎的《电磁理论中的并矢格林函数》里,有个对矢量算符的统一定义,写成P7(1.20)的形式,它把梯度、旋度和散度统一写成微小面积分/体积元的形式,另外,再给出P8的一般正交曲线坐标系的散度和旋度表达式中,它用了3个没有交代的公式(1.24-1.26),曾一度让我感到困惑。

暑假读了梅向明《微分几何》和黄克智《张量分析》一书,发现后者在用微分几何的观点来讨论张量的时候,在第四章最后也讨论了正交曲线坐标系中的散度、旋度表达式问题,并用微分几何的形式给出了一般正交曲线坐标系的表达式,见P179(4.9.16-4.9.17)。顺带注意到,对于梯度,按定义即可直接给出,另外,戴振铎的(1.25-1.26)式,在此书P177给出了完整的证明。

而戴的(1.24)式,实际上可以用黄的P136的公式(4.1.22)根号g对x^i的偏导来推导,或者,直接把这个(1.24)公式当作微小面元积分和体元做除法,只是分子要乘以3个Lame系数。

梯度、旋度和散度的统一写法,在方能航的《矢量、并矢分析与符号运算法》一书给出了简介证明,实际上会发现那样的写法刚好符合直角坐标系下的表达式。

一直以来只知道一般曲线坐标系的梯度、散度和旋度可以按照几何意义直接推出,微分几何的做法其实统一了这些表达式,而戴引入的这套方法,在他自己说,是因为传统方法不对,主要表现在(1.5a-b)上,但是实际上(1.5a)式中第二个等式并不对,因为一般坐标系下的基矢对坐标变量偏导非0。但是无论如何,他这样做确实简化了很多问题。在用并矢格林函数的时候,是个不错的方案。

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