ベクトル解析の公式の一覧(ベクトルかいせきのこうしきのいちらん)では、3次元空間におけるベクトル解析の公式の一覧を与える。
内積と外積
ここで
,
,
は任意のベクトルである。また重複添え字については和を取る(アインシュタインの縮約記法)。
はレヴィ=チヴィタ記号、
は
,
がなす角である。
内積[1]
![{\displaystyle \mathbf {A} \cdot \mathbf {B} =A_{i}B_{i}=A_{x}B_{x}+A_{y}B_{y}+A_{z}B_{z}=|\mathbf {A} ||\mathbf {B} |\cos \theta }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a81a8bcff8ffd2cce2f0c9affc94992297cc1f3)
![{\displaystyle \mathbf {A} \cdot \mathbf {B} =\mathbf {B} \cdot \mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/afd5ba92f92492580882544c12b770327fde64fb)
外積[1]
![{\displaystyle \mathbf {A} \times \mathbf {B} =(\epsilon _{ijk}A_{j}B_{k})\mathbf {e} _{i}=(A_{y}B_{z}-A_{z}B_{y})\mathbf {e} _{x}+(A_{z}B_{x}-A_{x}B_{z})\mathbf {e} _{y}+(A_{x}B_{y}-A_{y}B_{x})\mathbf {e} _{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dfb4e8ffb972ce49d5de0649eb7b9b099361e719)
![{\displaystyle \mathbf {A} \times \mathbf {B} =-\mathbf {B} \times \mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9b29544f07f1fabbf787a6802ce1c456770a04eb)
![{\displaystyle |\mathbf {A} \times \mathbf {B} |=|\mathbf {A} |\mathbf {B} |\sin \theta }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c7a9421466adff521d17c2ffd99ae26f1cc5ca51)
スカラー三重積[2][3]
![{\displaystyle \mathbf {A} \cdot (\mathbf {B} \times \mathbf {C} )=\mathbf {B} \cdot (\mathbf {C} \times \mathbf {A} )=\mathbf {C} \cdot (\mathbf {A} \times \mathbf {B} )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/34fd23ffb5847e3148b683b2812659b29a00b6db)
ベクトル三重積[4][3]
![{\displaystyle \mathbf {A} \times (\mathbf {B} \times \mathbf {C} )=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {C} )\mathbf {B} -(\mathbf {A} \cdot \mathbf {B} )\mathbf {C} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/934cbfd4a9826b8611001cb52d64e2c98f79a5bd)
ヤコビ恒等式[3]
![{\displaystyle \mathbf {A} \times (\mathbf {B} \times \mathbf {C} )+\mathbf {B} \times (\mathbf {C} \times \mathbf {A} )+\mathbf {C} \times (\mathbf {A} \times \mathbf {B} )=0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1941d61d2536babf6d243e3c277ef63d542af047)
四重積[3]
![{\displaystyle (\mathbf {A} \times \mathbf {B} )\cdot (\mathbf {C} \times \mathbf {D} )=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {C} )(\mathbf {B} \cdot \mathbf {D} )-(\mathbf {A} \cdot \mathbf {D} )(\mathbf {B} \cdot \mathbf {C} )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fbb3aa0d7980bf0e550b5a745f1ab31477dcf47e)
![{\displaystyle (\mathbf {A} \times \mathbf {B} )\times (\mathbf {C} \times \mathbf {D} )=[\mathbf {A} \cdot (\mathbf {C} \times \mathbf {D} )]\mathbf {B} -[\mathbf {B} \cdot (\mathbf {C} \times \mathbf {D} )]\mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/edc29b33cc5d01eb2e384f88049e9d829b4b861d)
微分公式
ここで
,
は任意のベクトル場,
は任意のスカラー場である。[3]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \cdot (f\mathbf {A} )=\mathbf {\nabla } f\cdot \mathbf {A} +f\mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3d9303988b0333336e7b09ca4ed7319120d0aba7)
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } (\mathbf {A} \cdot \mathbf {B} )=(\mathbf {B} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {A} +(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} +\mathbf {A} \times (\mathbf {\nabla } \times \mathbf {B} )+\mathbf {B} \times (\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/49cd3fe55b9648c82314cd37c2b2042f9c6ac805)
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \cdot (\mathbf {A} \times \mathbf {B} )=\mathbf {B} \cdot (\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} )-\mathbf {A} \cdot (\mathbf {\nabla } \times \mathbf {B} )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ebcc0286ea752ba56502bf586fef163b0b0e9ce)
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times (f\mathbf {A} )=\mathbf {\nabla } f\times \mathbf {A} +f\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c5b3052db2af46a99dec670c0ad53161c577caa2)
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times (\mathbf {A} \times \mathbf {B} )=(\mathbf {B} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {A} -(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} +\mathbf {A} (\mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {B} )-\mathbf {B} (\mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {A} )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/31bfdc4fcb553a4e2c50eebd238428e144f089fa)
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times \mathbf {\nabla } f=0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a5dc2d974ca576cbaf8cd361ca986e6a86f67317)
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \cdot (\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} )=0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/97b51db2597e7a273f62d0d63a1684e21b702a5c)
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times (\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} )=\mathbf {\nabla } (\mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {A} )-\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0ac1404238c4a7b111cdc22ab702b99e2bdc38a1)
ヘルムホルツ分解[3]
![{\displaystyle \mathbf {B} =\mathbf {\nabla } f+\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/58d5f2227a95e9c3b70d599e70630c71e3b7af46)
積分公式
ここで
,
,
は任意のベクトル場,
,
は任意のスカラー場である。また,
は空間領域,
はその境界,
は面,
はその法線ベクトル (
の場合
は外向きに取る),
は面要素ベクトルである。閉曲線
に関する線積分
は法線
に対応する向きとする。
ガウスの発散定理および関連する公式[3](最後の等式はグリーンの定理である)
![{\displaystyle \int _{V}\mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {A} \,dV=\oint _{\partial V}\mathbf {A} \cdot d\mathbf {S} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/082fd4b1dd1c632cff8926d6992d9ac271762c5f)
![{\displaystyle \int _{V}\mathbf {\nabla } f\,dV=\oint _{\partial V}f\,d\mathbf {S} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ceba0ee688517d3be13a11aaa75d8ff9ac812de8)
![{\displaystyle \int _{V}\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} \,dV=\oint _{\partial V}d\mathbf {S} \times \mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ab520c8cf9610caf18322e5ab5426f445427616b)
![{\displaystyle \int _{V}(f\mathbf {\nabla } ^{2}g-g\mathbf {\nabla } ^{2}f)dV=\oint _{\partial V}(f\mathbf {\nabla } g-g\mathbf {\nabla } f)\cdot d\mathbf {S} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f4e237380e7ad3b1eac5af5b5ceb36d40a90fc0e)
ストークスの定理および関連する公式[3]
![{\displaystyle \int _{S}(\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} )\cdot d\mathbf {S} =\oint _{\partial S}\mathbf {A} \cdot d\mathbf {r} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/88fb03f4a33340ccd644c4a48b32f13523fb9b2e)
![{\displaystyle \int _{S}d\mathbf {S} \times \mathbf {\nabla } f=\oint _{\partial S}fd\mathbf {r} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e565666abe579304fa4448423b8d275ae25cff17)
![{\displaystyle \int _{S}(d\mathbf {S} \times \mathbf {\nabla } )\times \mathbf {A} =\oint _{\partial S}d\mathbf {r} \times \mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/afa9df2da68dc07fc7e8b37757f32fe0b589a966)
曲線座標
曲線座標における勾配、発散、回転、ラプラシアン、物質微分の公式。
円柱座標
円柱座標
と直交座標
の変換[5]
![{\displaystyle \left\{{\begin{array}{l}x=r\cos \theta \\y=r\sin \theta \\z=z\end{array}}\right.\ \ \ \ \left\{{\begin{array}{l}r={\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\\\theta =\tan ^{-1}{\frac {y}{x}}\\z=z\end{array}}\right.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e6b941e95739e7c4ee079ac16c2b6442a913819a)
単位基底ベクトル[5]
![{\displaystyle \mathbf {e} _{r}=\cos \theta \mathbf {e} _{x}+\sin \theta \mathbf {e} _{y}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/42b159c086b941e8b264714ccbd0000edb78dbca)
![{\displaystyle \mathbf {e} _{\theta }=-\sin \theta \mathbf {e} _{x}+\cos \theta \mathbf {e} _{y}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/10993d6a575ac7b729fee8a5635b493f050baba7)
![{\displaystyle \mathbf {e} _{z}=\mathbf {e} _{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/860b3ad9b9078755a9dc02528a95e1ab3a2c00db)
計量[6]
![{\displaystyle ds^{2}=dr^{2}+r^{2}d\theta ^{2}+dz^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4137d8374ae5ac6085a7ae1d12a68f2a48883050)
体積要素[6]
![{\displaystyle dV=r\,dr\,d\theta \,dz}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a12e82407d5501942909f4b20047422ce7186f4f)
勾配[6]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } f={\frac {\partial f}{\partial r}}\mathbf {e} _{r}+{\frac {1}{r}}{\frac {\partial f}{\partial \theta }}\mathbf {e} _{\theta }+{\frac {\partial f}{\partial z}}\mathbf {e} _{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5cdcebd69043162c52939e26bbc1b3cce2c51bea)
発散[6]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {A} ={\frac {1}{r}}{\frac {\partial }{\partial r}}(rA_{r})+{\frac {1}{r}}{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \theta }}+{\frac {\partial A_{z}}{\partial z}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2179016f1ab9994ddf9ed4134e6ced01788f4d48)
回転[6]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} =\left({\frac {1}{r}}{\frac {\partial A_{z}}{\partial \theta }}-{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial z}}\right)\mathbf {e} _{r}+\left({\frac {\partial A_{r}}{\partial z}}-{\frac {\partial A_{z}}{\partial r}}\right)\mathbf {e} _{\theta }+\left[{\frac {1}{r}}{\frac {\partial }{\partial r}}(rA_{\theta })-{\frac {1}{r}}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}\right]\mathbf {e} _{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/67fa2b6ba4c30bd4949e3281d7626b1901fc8159)
ラプラシアン (スカラー場)[6]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } ^{2}f={\frac {1}{r}}{\frac {\partial }{\partial r}}\left(r{\frac {\partial f}{\partial r}}\right)+{\frac {1}{r^{2}}}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial \theta ^{2}}}+{\frac {\partial ^{2}f}{\partial z^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0e066fdadbc77a7c28a12cd27d927b7bba7cf921)
ラプラシアン (ベクトル場)[6]
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{r}=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{r}-{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \theta }}-{\frac {A_{r}}{r^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/03c24fadb63af52b7ea4323dfe19fe1d8eacdf90)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{\theta }=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{\theta }+{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}-{\frac {A_{\theta }}{r^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b78a81af6cce4b97694ff144523b52fa599e10ae)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{z}=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bd57e38cad2722c287ac648eb3054daada2dc2f4)
物質微分[7]
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{r}=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{r}-{\frac {A_{\theta }B_{\theta }}{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/05c654c954145f0ce08ec2720bcd81a30ca6f580)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{\theta }=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{\theta }+{\frac {A_{\theta }B_{r}}{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83d9795521d1d26288412b193466ae5d10afb02d)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{z}=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de806323f4aa08415cbadf04d09d50d50b65b502)
球座標
球座標
と直交座標
の変換[5]
![{\displaystyle \left\{{\begin{array}{l}x=r\sin \theta \cos \phi \\y=r\sin \theta \sin \phi \\z=r\cos \theta \end{array}}\right.\ \ \ \ \left\{{\begin{array}{l}r={\sqrt {x^{2}+y^{2}+z^{2}}}\\\theta =\cos ^{-1}{\frac {z}{r}}\\\phi =\tan ^{-1}{\frac {y}{x}}\end{array}}\right.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/731f226e283f5c257e3ee3f3366da9424d1df65b)
単位基底ベクトル[5]
![{\displaystyle \mathbf {e} _{r}=\sin \theta \cos \phi \mathbf {e} _{x}+\sin \theta \sin \phi \mathbf {e} _{y}+\cos \theta \mathbf {e} _{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d3593b8edf0f981888089e11a694d944cf99e70b)
![{\displaystyle \mathbf {e} _{\theta }=\cos \theta \cos \phi \mathbf {e} _{x}+\cos \theta \sin \phi \mathbf {e} _{y}-\sin \theta \mathbf {e} _{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/421a47498dc174df57962353295478d69fcf1a39)
![{\displaystyle \mathbf {e} _{\phi }=-\sin \phi \mathbf {e} _{x}+\cos \phi \mathbf {e} _{y}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/66e3251029d78d5d46a0152a43ec56f60d2cc9f4)
計量[8]
![{\displaystyle ds^{2}=dr^{2}+r^{2}(d\theta ^{2}+\sin ^{2}\theta d\phi ^{2})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3203587e9844d8e41091a96cef34ccf1920c1682)
体積要素[8]
![{\displaystyle dV=r^{2}\sin \theta \,dr\,d\theta \,d\phi }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eaadb2cbd2d99e3a986b94d23c94386c6adcad70)
勾配[8]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } f={\frac {\partial f}{\partial r}}\mathbf {e} _{r}+{\frac {1}{r}}{\frac {\partial f}{\partial \theta }}\mathbf {e} _{\theta }+{\frac {1}{r\sin \theta }}{\frac {\partial f}{\partial \phi }}\mathbf {e} _{\phi }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d5c879ab5a7e5daa543b58d0139d94e92097d23)
発散[8]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {A} ={\frac {1}{r^{2}}}{\frac {\partial }{\partial r}}(r^{2}A_{r})+{\frac {1}{r\sin \theta }}{\frac {\partial }{\partial \theta }}(\sin \theta A_{\theta })+{\frac {1}{r\sin \theta }}{\frac {\partial A_{\phi }}{\partial \phi }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8adb5faacecc2c22304c70c086401635eefa0290)
回転[8]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} ={\frac {1}{r\sin \theta }}\left[{\frac {\partial }{\partial \theta }}(\sin \theta A_{\phi })-{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \phi }}\right]\mathbf {e} _{r}+{\frac {1}{r}}\left[{\frac {1}{\sin \theta }}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \phi }}-{\frac {\partial }{\partial r}}(rA_{\phi })\right]\mathbf {e} _{\theta }+{\frac {1}{r}}\left[{\frac {\partial }{\partial r}}(rA_{\theta })-{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}\right]\mathbf {e} _{\phi }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/20ec7fe156a6c16ffcd695f9fbe45242f20c4fab)
ラプラシアン (スカラー場)[8]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } ^{2}f={\frac {1}{r^{2}}}{\frac {\partial }{\partial r}}\left(r^{2}{\frac {\partial f}{\partial r}}\right)+{\frac {1}{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial }{\partial \theta }}\left(\sin \theta {\frac {\partial f}{\partial \theta }}\right)+{\frac {1}{r^{2}\sin ^{2}\theta }}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial \phi ^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2cf25d89da74e1cf72f7dacd14c49f0af820b8d3)
ラプラシアン (ベクトル場)[9]
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{r}=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{r}-{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \theta }}-{\frac {2}{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{\phi }}{\partial \phi }}-{\frac {2A_{r}}{r^{2}}}-{\frac {2\cot \theta A_{\theta }}{r^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/19170897afcc06dff2ac3c5b48b3fe8e3994f31c)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{\theta }=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{\theta }+{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}-{\frac {2\cot \theta }{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{\phi }}{\partial \phi }}-{\frac {A_{\theta }}{r^{2}\sin ^{2}\theta }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4512dbfd81e5164f016f4a8454176584a1948c50)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{\phi }=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{\phi }+{\frac {2}{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \phi }}+{\frac {2\cot \theta }{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \phi }}-{\frac {A_{\phi }}{r^{2}\sin ^{2}\theta }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bb613e87f25e2c1cd7baabc811544b192d06783d)
物質微分[7]
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{r}=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{r}-{\frac {A_{\theta }B_{\theta }+A_{\phi }B_{\phi }}{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7b7383014215c3a585a2048e658dc42f06ee89f3)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{\theta }=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{\theta }+{\frac {A_{\theta }B_{r}}{r}}-{\frac {A_{\phi }B_{\phi }\cot \theta }{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4db4d1add29222fd09fa744b4763e119a0f898df)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{\phi }=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{z}+{\frac {A_{\phi }B_{r}}{r}}+{\frac {A_{\phi }B_{\theta }\cot \theta }{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b44086ce4a8a4ce2c0a6cc211a9ab70d52c3156c)
直交曲線座標
3次元ユークリッド空間
の曲線座標
について、その座標系で計量が
![{\displaystyle ds^{2}=\sum _{i=1}^{3}h_{i}(x)^{2}(dx^{i})^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/27e5ab43a6ee72b72669e79bd6b0e74ea80c486d)
という対角形になるとき、これを直交曲線座標と呼ぶ[10]。この座標系に付随する規格化された基底ベクトルを
とする。
体積要素[11]
![{\displaystyle dV=hdx^{1}dx^{2}dx^{3},\ \ h=h_{1}h_{2}h_{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f31c759d214e138f04c6f77345d8ec8f7610e11e)
勾配[11]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } f=\sum _{i=1}^{3}{\frac {1}{h_{i}}}{\frac {\partial f}{\partial x^{i}}}\mathbf {e} _{i}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/08c46372b5a7af754c0ec97e9e78b593d784060b)
発散[11]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {A} =\sum _{i=1}^{3}{\frac {1}{h}}{\frac {\partial }{\partial x^{i}}}\left({\frac {h}{h_{i}}}A_{i}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8b566372e8b96a426d04cb95be4318b76d576d0f)
回転[11]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} =\sum _{i=1}^{3}\mathbf {e} _{i}\sum _{j=1}^{3}\sum _{k=1}^{3}\epsilon _{ijk}{\frac {h_{i}}{h}}{\frac {\partial (h_{k}A_{k})}{\partial x^{j}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2bc025d820ae44f329bb8e0579a85c69c298bf93)
ラプラシアン (スカラー場)[11]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } ^{2}f=\sum _{i=1}^{3}{\frac {1}{h}}{\frac {\partial }{\partial x^{i}}}\left({\frac {h}{h_{i}^{2}}}{\frac {\partial f}{\partial x^{i}}}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d9d63dd5f63b5d6b36b223868dc548468b12523a)
物質微分[7]
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{i}=\sum _{k=1}^{3}\left[{\frac {A_{k}}{h_{k}}}{\frac {\partial B_{i}}{\partial x_{k}}}+\left(A_{i}{\frac {\partial h_{i}}{\partial x_{k}}}-A_{k}{\frac {\partial h_{k}}{\partial x_{i}}}\right){\frac {B_{k}}{h_{k}h_{i}}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d5881e1688130f2c775c50ef6fd28a89296cf12)
脚注
[脚注の使い方]
- ^ a b “ベクトル・テンソル解析”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ Richard Fitzpatrick. “Scalar Triple Product”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ a b c d e f g h “電磁気学に用いるベクトル公式集”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ Richard Fitzpatrick. “Vector Triple Product”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ a b c d “座標系・ベクトルの復習”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ a b c d e f g Richard Fitzpatrick. “Cylindrical Coordinates”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ a b c “Convective Operator”. Wolfram MathWorld. 2021年4月21日閲覧。
- ^ a b c d e f Richard Fitzpatrick. “Spherical Coordinates”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ “Vector differential operators”. p. 252. 2021年4月21日閲覧。
- ^ 河合佑太. “物理数学補足ノート(直交曲線座標)”. 2020年11月27日閲覧。
- ^ a b c d e Richard Fitzpatrick. “Orthogonal Curvilinear Coordinates”. 2020年11月27日閲覧。