1. 程式人生 > >高數中的場

高數中的場

決定寫這樣一篇文章對我自己而言是個極大的挑戰,如此抽象的概念,對於高中磁場都沒怎麼的我,誒!

雖然考研還未涉及場這個概念,但是其主要的載體梯度,散度,旋度,那時從來都不缺席的,所以這也是一塊重要的知識!本著知識完整性的角度,我希望你能迎難而上,盡力而為吧!將做過的題總結總結,是你寫本篇文章的目的!

需要討論:

1.梯度場

2.散度場

3.旋度場

4.有勢場,保守場,無旋場

寫在前:重點不是去寫具體的計算怎麼算,我希望你能夠從巨集觀角度進行把握

首先是場的概念:若對全空間或其中某一區域V中每一點M,都有一個數量或者向量與之對應,則稱在V上給定了一個數量場或者向量場。

M的位置可以由座標確定,故對於數量場,等於總是給定了一個數量函式u(x,y,z)

                                              對於向量場,等於總是給定了一個向量函式u(x,y,z)=P(x,y,z)i +Q(x,y,z)j +R(x,y,z)k

1.梯度場

運算的物件是數量,運算的結果是向量

從上面分析可知,梯度場是一個向量場,因為梯度是方向導數最大值的方向。

舉例子來說,現在有一座山,山的陡峭程度程度是不一樣的,那麼經過梯度的運算,山上的每一點都會形成一個向量,它告訴你:在這個點處最陡的方向是哪個方向,而向量的大小則代表了這個最陡的方向到底有多陡。

2.散度場

散度的運算物件是向量,運算的結果是數量

故散度場是一個數量場

如果現在我們考慮在任何一個點(或者說這個點的周圍極小的一塊區域),在這個點上,向量場的發散程度,如果是正的,代表這些向量場是往外散出的。如果是負的,代表這些向量場是往內集中的。

舉例來說,我們知道,黑洞可以吸收它周圍的一切物質,包括光線,這時,所以的一切都往這中心匯聚,此時散度值為負。

而如果一個恆興不斷塌縮最終變成爆炸變成超新星的過程中,物質都離中間而去,此時散度值為正。

3.旋度場

旋度的運算物件是向量,運算的結果也是向量。

表示曲線,流體等旋轉程度的量,


想象這是大海中的旋渦,考慮現在它有多大的可能想把船給掀翻,也不知道理解對不對。

4.有勢場,保守場,無旋場

在這裡還需要附上一個求勢函式的方法:

(1)首先判斷是有勢場

(2)根據P Q R與u(x,y,z)關於偏導數的關係列式子求解,這裡就是之前平面與路徑無關理論中求原函式的方法!

以例題說明。

例1:source:1000題chapter6

分析:有勢場說明旋度為0,就可以計算出a,b

勢函式就是求原函式,此處用的是湊的手法,有點技巧性,需多做題積累!

總結:對於不熟悉的知識,不要恐懼,你會發現,計算還是蠻簡單的是不是??