ベクトル解析 様々な微分演算子に関する公式 admin 2023年11月6日 2023.11.17 次の関係式が成り立つことを示せ。 div(f(r→)A→(r→))=f(r→)divA→(r→)+gradf(r→)⋅A→(r→)rot rotA→(r→)=grad divA→(r→)–ΔA→(r→)div(A→(r→)×B→(r→))=B→(r→)⋅rotA→(r→)–A→(r→)⋅rotB→(r→)rot gradf(r→)=0div rotA→(r→)=0 Einstein の縮約、及び Levi-Civita の記号を利用して証明を行う。(こちらの記事を参照) div(f(r→)A→(r→))=∂∂xi(f(r→)Axi(r→))=∂f(r→)∂xiAxi(r→)+f(r→)∂Axi(r→)∂xi=gradf(r→)⋅A→(r→)+f(r→)divA→(r→) (rot rotA→(r→))xi=ϵijk∂∂xj(rotA→(r→))xk=ϵijk∂∂xjϵklm∂Axm(r→)∂xl=(ϵijkϵlmk)∂∂xj∂Axm(r→)∂xl=(δi,lδj,m–δi,mδj,l)∂2Axm(r→)∂xj∂xl=∂2Axj(r→)∂xj∂xi–∂2Axi(r→)∂xj∂xj=(grad divA→(r→))xi–ΔA→xi(r→) div(A→(r→)×B→(r→))=∂∂xi(A→(r→)×B→(r→))xi=∂∂xi(ϵijkAxj(r→)Bxk(r→))=ϵkij∂Axj(r→)∂xiBxk(r→)–Axj(r→)ϵjik∂Bxk(r→)∂xi=rotA→(r→)⋅B→(r→)–A→⋅rotB→(r→) (rot gradf(r→))xi=ϵijk∂∂xj(gradf(r→))xk=ϵijk∂2∂xj∂xkf(r→)=ϵikj∂2∂xk∂xjf(r→)=–ϵijk∂2∂xj∂xkf(r→)=0 ここで2行目から3行目においてjとkを入れ替えても値が変わらないことを用いた。 div rotA→(r→)=∂∂xi(rotA→(r→))xi=∂∂xiϵijk∂Axk(r→)∂xj=ϵijk∂2Axk(r→)∂xi∂xj=0 ここで3行目から4行目はiとjを入れ替えても値は変わらないことを用いた。 このように、Einstein の縮約と Levi-Civita の記号は、ベクトル積や微分演算子の計算を非常に簡便に行うことが出来る。