[0315]格林公式的推导
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格林第一第二第三公式的推导?
答:格林公式的推导涉及三个主要部分,即格林第一公式、格林第二公式和格林第三公式。
以下是它们的推导过程:
1. 格林第一公式的推导:
格林第一公式可以由高斯公式的散度形式进行推导。
令向量场A为φ▽ψ,其中φ和ψ是标量函数。
通过散度运算,得到▽⋅(φ▽ψ)=▽φ⋅▽ψ+φ▽²ψ。
这就是格林第一公式的形式。
2. 格林第二公式的推导:
令向量场A′为ψ▽φ。
代入格林第一公式,得到∮S ψ▽φ⋅dσ=∫V[ψ▽²φ+▽φ⋅▽ψ]dV。
与原式相减,得到格林第二公式。
3. 格林第三公式的推导:
格林第三公式可以通过格林第一和第二公式进行推导。
具体地,将格林第一和第二公式结合,并进行适当的变换,即可得到格林第三公式。
另外,格林公式与高数中的格林公式有一定关系。
可以通过将Q和P表达为u和v的偏导数,并进行一系列变换,得到与高数中格林公式类似的形式。
请注意,具体的数学符号和表达式可能因教材或参考资料的不同而有所差异。
以上信息仅供参考,建议查阅相关的数学教材或专业资料以获取更详细和准确的推导过程。
格林公式的推导
格林公式是一个重要的数学定理,它连接了曲线积分和曲面积分。
以下是格林公式的推导过程:
第一步,首先我们需要知道曲线积分的基本公式,即∫Pdx+Qdy=∫∫
(dQ/dx-dP/dy)dxdy(在曲线所围成的有界闭区域D上从A点出发到B点结束)。
第二步,根据线积分的基本公式,我们可以将格林公式左边∫Pdx+Qdy转化为一个二重积分。
第三步,接下来我们需要对二重积分进行化简。
利用散度定理,我们可以将二重积分转化为一个曲面积分。
第四步,根据曲面积分的基本公式,我们可以将格林公式右边转化为一个曲面积分。
第五步,最后我们需要将两个曲面积分相等,得到格林公式。
综上所述,格林公式的推导过程主要涉及到曲线积分的基本公式、散度定理和曲面积分的基本公式等知识点。
格林公式推导
格林公式是一种用于计算曲线或曲面的积分的方法。
它是由英国
数学家格林所提出的。
格林公式的推导可分为曲线积分和曲面积分两
种情况。
当计算曲线积分时,可以将其分为线积分和面积分部分。
线积分
可以表示为:
$\int_{C} Pdx + Qdy$
其中,C表示曲线,P与Q分别为C中每个点的横坐标和纵坐标。
然后,将它转化为形如以下的形式:
$\oint_{C} Pdx + Qdy = \iint_{D} \frac{\partial
Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} dA$
其中D为被C所围成曲线的内部区域。
这个公式可以通过斯托克
斯定理推导得出。
而当计算曲面积分时,可以表示为:
$\iint_{S} F\cdot n ds$
其中,F表示曲面上每个点的向量场,n为曲面上每个点的法向量,ds为曲面上每个点的微元面积。
这个公式可以通过高斯定理推导得出。
需要注意的是,这两种公式相似,但基于的原理不同。
但无论如何,通过这两个公式可以方便地计算曲线与曲面的积分。
格林公式的推导
推导格林公式之前,首先要深入理解高斯-散度定律:
v div dv Γ=⎰⎰⎰⎰⎰F Fds (1)
其实就是一句话, 矢量的散度的体积积分=矢量的面积积分。
简单来说可以这样理解:对比等式左右两端,左端的被积函数求了散度(就是微分运算)比右端低了一阶,因此左端的积分变量上就要比右端高一阶(由面元变为体元)。
详细说明如下:
注意P Q R =++F i j k 为矢量,散度算子div x y z ∂∂∂=++∂∂∂i
j k 也是矢量,因此等式左端是两个矢量的标量积的体积积分。
而等式右端,面积微元()cos cos cos ds ds αβγ==++ds n i j k 也是矢量,因此等式右端实际上是两个矢量的标量积的面积积分。
这样将上式(1)展开,可以得到高斯-散度定理另一种形式:
()cos cos cos v P Q R dv P Q R ds x y z αβγΓ⎛⎫∂∂∂++=++ ⎪∂∂∂⎝⎭
⎰⎰⎰⎰⎰ (2) 注意,上述推导中矢量的处理(矢量都已加粗并上标箭头),不要混淆了。
明白了以上几点,再推导格林公式就很容易了: 令,,v v v P u
Q u R u x y z
∂∂∂===∂∂∂代入(2)式: 左端: v v v P Q R u v u v u v dv u vdv dv x y z x x y y z z ⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂∂∂++=∆+++ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭
⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ 右端:
()cos cos cos cos cos cos P Q R ds v v v u ds x y z v u ds n αβγαβγΓΓΓ++⎡⎤⎛⎫∂∂∂=++⎢⎥ ⎪∂∂∂⎝
⎭⎣⎦∂=∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰ 最后一步逆用了方向导数的定义,方向恰为外法线方向: cos cos cos αβγ=++n i j k
稍微整理,即得格林第一公式:
v v u u v u v u v v udv v ds dv n x x y y z z Γ⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂∆=-++ ⎪∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭
⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ (3)。