下面是常用於正交曲線坐標系中的一些向量微積分公式。
註釋
- 本文對球坐標使用標準符號ISO 80000-2,它取代了ISO 31-11,(部分其他來源可能有着顛倒θ和φ的定義):
- 極角表示為θ:它是在z軸與連接原點和目標點的徑向向量之間的角度。
- 方位角表示為φ:它是在x軸與徑向向量在xy面上的投影之間的角度。
- 函數atan2(y, x)可以用於替代數學函數arctan(y/x)。這是由於它的定義域和像的緣故,經典arctan函數的像為(−π/2, +π/2),而atan2定義的像為(−π, π]。
坐標轉換
在直角、圓柱和球坐標間的變換[1]
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從
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直角
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圓柱
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球
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到
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直角
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圓柱
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球
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單位向量轉換
在直角、圓柱和球坐標系間的單位向量轉換,從目的坐標的角度。[1]
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直角
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圓柱
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球
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直角
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不適用
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圓柱
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不適用
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球
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不適用
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在直角、圓柱和球坐標系間的單位向量轉換,從源坐標的角度。
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直角
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圓柱
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球
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直角
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不適用
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圓柱
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不適用
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球
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不適用
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Del公式
在直角、圓柱和球坐標下的del算子的表格
運算
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直角坐標 (x, y, z)
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圓柱坐標 (ρ, φ, z)
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球坐標 (r, θ, φ),這裏的θ是極角而φ是方位角α
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向量場 A
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梯度 ∇f[1]
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散度 ∇ ⋅ A[1]
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旋度 ∇ × A[1]
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拉普拉斯算子 ∇2f ≡ ∆f[1]
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向量拉普拉斯算子 ∇2A ≡ ∆A
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物質導數α[2] (A ⋅ ∇)B
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張量散度 ∇ ⋅ T
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微分位移 dℓ[1]
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微分正規面積 dS
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微分體積 dV[1]
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- ^α 本頁對極角採用對方位角採用,這是在物理學中常用的符號。某些來源在這些公式中對方位角採用對極角採用,這是常用數學符號,如果需要這種數學公式,可對換上表公式中的和。
非平凡的演算規則
- (del的拉格朗日公式)
直角坐標系推導
和的表達式可以同理得出。
註:第一式中的是在時的量值,並非值乘上。以下圓柱座標、球座標的推導中亦然。
圓柱坐標系推導
球坐標系推導
單位向量轉換公式
坐標參數u的單位向量以如下方式定義,u的小的正值改變導致位置向量在方向上的改變。因此:
這裏的s是弧長參數。
對於兩組坐標系和,依據鏈式法則:
現在,使除了一個之外的所有並在兩邊除以對應的坐標參數的微分,得到:
參見
引用
外部連結