矢量分析法
指数函数与对数函数的矢量分析与梯度下降法
指数函数与对数函数的矢量分析与梯度下降法指数函数和对数函数是高等数学中重要的数学函数，它们在数学、科学和工程领域中有广泛的应用。
本文将对指数函数和对数函数进行矢量分析，并介绍梯度下降法在这两种函数中的应用。
一、指数函数的矢量分析与梯度下降法指数函数是以常数e为底数的幂函数，通常表示为f(x) = e^x。
指数函数具有以下特征：1. 指数函数的导数与自身相等，即f'(x) = f(x)。
这是指数函数的一个重要性质，使其在数学和物理问题中具有广泛的应用。
2. 指数函数的图像呈现增长的趋势，斜率随着自变量的增大而变大。
在矢量分析中，我们可以使用矢量函数来表示指数函数。
设矢量函数为F(x, y, z) = e^x i + e^y j + e^z k，其中i、j和k为单位矢量。
对于该矢量函数，我们可以进行矢量的点乘、叉乘等运算，并应用梯度下降法进行最优化求解。
梯度下降法是一种常用的最优化算法，用于求解函数的极小值。
在指数函数中，我们可以利用梯度下降法来寻找使函数取得最小值的自变量值。
具体步骤如下：1. 初始化自变量值x0，设定学习率α和迭代次数n。
2. 循环进行n次迭代，更新自变量值：其中，f'(x)为指数函数的导数。
3. 重复步骤2，直到达到收敛条件。
通过梯度下降法，我们可以有效地求解指数函数的极小值，并得到函数最小值对应的自变量值。
二、对数函数的矢量分析与梯度下降法对数函数是指以某个正数为底的幂函数，通常表示为f(x) = loga(x)，其中a为底数，x为变量。
对数函数具有以下特征：1. 对数函数的导数与自变量的倒数成正比，即f'(x) = 1 / (x * ln(a))。
这是对数函数的一个重要性质，使其在概率论、信息论等领域中应用广泛。
2. 对数函数的图像呈现递增的特点，斜率随着自变量的增大而减小。
在矢量分析中，我们同样可以使用矢量函数来表示对数函数。
设矢量函数为F(x, y, z) = loga(x) i + loga(y) j + loga(z) k。
矢量分析简介
天津大学电子信息工程学院二零一四年目录一、标量场和矢量场 (1)二、矢量的通量散度 (6)三、矢量的环流旋度 (9)四、标量场的梯度 (12)五、亥姆霍兹定理 (15)小结 (16)习题 (18)附录1 电磁场与电磁波主要物理量符号和单位 (20)附录2 重要的矢量公式 (24)一、标量场和矢量场物理量场的概念是指，在空间区域的每一点，都有该物理量确定的值与之对应。
即物理量数值的无穷集合表示一种场。
如果此物理量为标量（一个仅用数值就可以表示的物理量，如温度），这种场就称为标量场，如温度场、密度场、电位场等。
如果此物理量为矢量（需要用数值及方向表示的物理量，如速度），这种场就称为矢量场，如速度场、力场、电磁场等。
仅与空间有关的场，称为静态场；与空间、时间都相关的场，称为动态场。
矢量：可以用一段有向线段来表示，如图1-1所示，记为A ，A 为A 的模。
线段长度表示模的大小，箭头是A 的方向。
单位矢量：用来表示矢量的方向 ，记为A ，其模为1，即：//A A A A A ==A AA = （1-1）三种常用的坐标系：()()(),,,,,,x y zz ϕϕθϕθϕ⎧ ⎪⎪⎨⎪⎪ ⎩直角坐标系 x,y,z; 正交坐标系圆柱坐标系r,,z;r 球坐标系r,,;rA图1-1 矢量表示圆柱坐标系、球坐标系对应的自变量与三个矢量方向关系，分别如图1-2、图1-3所示。
图1-2 圆柱坐标系参量示意图图1-3 球坐标系参量示意图位置矢量：从坐标原点指向空间位置点的矢量，记为r 。
对直角坐标系有r xx yy zz =++。
r 与空间位置点(),,x y z 有着一一对应的关系，即空间位置点(),,x y z 可以用位置矢量r 表示。
三维空间的矢量场可以分解为三个分量场， ()()()()x y z F r x F r y F r z F r = + + 。
其中()()()x y z F r F r F r 、、为标量场。
第一章：矢量分析法
f ( x, y , z ) f ( , , z) f ( r , , )
点，平行与Z 轴的方向。
r
O
ˆ
Y
X
矢量场的圆柱坐标系分量
ˆ 圆柱坐标轴单位矢量
ˆ
ˆ z
ˆ : 以Z为轴，半径为 的园柱面在 ( , , z ) 点的外法
线方向。
Z
ˆ : 垂直于Z轴及( , , z )
点组成的平面，沿 增大一侧的方向。
ˆ z
ˆ
P( , , z )
ˆ z : 在 ( , , z )
矢量分析法直角坐标系场点的坐标位置xyz圆柱坐标系圆球坐标系12直角坐标系坐标与圆柱坐标系坐标的关系cossinsincossinarctanarctanxxyyzz垂直于z轴及点组成的平面沿增大一侧的方向
第一章：矢量分析法
1.2 三种坐标系
直角坐标系 场点的坐标位置(x,y,z) 圆柱坐标系 ( , , z ) 圆球坐标系 (r , , )
r xx yy zz
f (r )
距离矢量
R r r n ( x x n)dx ( y y n)dy ( z z n)dz
R r r' ( x x' ) 2 ( y y' ) 2 ( z z' ) 2
直角坐标系坐标与圆柱坐标系坐标的关系
x cos y sin z z
x 2 y 2 y arctan x zz
矢量分析法的研究方法包括
矢量分析法的研究方法包括
矢量分析法的研究方法包括：
1. 矢量分析方法的理论研究：对矢量分析方法的基本原理、定义和性质进行理论分析和推导，研究其数学模型和方法。
2. 矢量分析方法的数值模拟与计算：利用计算机进行数值模拟，通过建立矢量分析方法的数学模型，计算分析实际问题。
可以采用数值方法求解矢量场的方程，如有限元法、有限差分法、有限体积法等。
3. 矢量分析方法的实验研究：通过实验手段收集数据，进行现场实验或者室内实验，对矢量场的相关参数进行测量和分析。
4. 矢量分析方法的应用研究：将矢量分析方法应用于实际问题领域，在工程、物理、地质等领域中解决实际问题，如流体力学、电磁场分析、机器学习等。
5. 矢量分析方法的比较研究：对不同的矢量分析方法进行比较研究，分析其优缺点和适用范围，提出性能改进的方法和途径。
总之，矢量分析方法的研究方法主要涉及理论研究、数值模拟与计算、实验研究、应用研究和比较研究等方面。
生物电阻抗矢量分析法评估患者容量状况
生物电阻抗矢量分析法评估患者容量状况生物电阻抗矢量分析法是一种非侵入性的生理学评估方法，通过测量人体组织对电流的传导情况，来评估患者的容量状况。
该方法可以提供全身组织和器官的容量、液体分布和交换以及心血管功能的信息，对于临床医学的应用具有重要的意义。
生物电阻抗矢量分析法的原理是基于生物体组织对交流电流的电阻和反抗能力的测量。
在应用该方法进行评估时，病人会被放置在一台称为生物电阻抗仪的设备上。
仪器通过电极将微弱的交流电流传输到病人的身体中，然后测量通过不同部位的电流的强度和频率。
根据电流的传输情况，可以得出不同组织的电阻和反抗能力，进而评估患者的容量状况。
生物电阻抗矢量分析法的主要参数有总体阻抗、体阻抗、总体反抗、体反抗等。
其中，总体阻抗和总体反抗是反映整体身体容量状态的指标，体阻抗和体反抗则是反映人体肢体或组织区域的数量和分布情况。
通过分析这些参数，可以综合评估病人的容量状况，如容量不足、容量过多或者正常容量状态。
生物电阻抗矢量分析法的临床应用主要包括对心血管功能和血压监测、输液管理、营养评估等方面。
在心血管功能和血压监测方面，生物电阻抗矢量分析方法可以通过测量患者心脏的容量和压力状态，提供心脏收缩和舒张功能的评估指标，有助于对心脏疾病的诊断和治疗。
在输液管理方面，该方法可以提供患者的液体分布情况，有助于医生制定合理的输液方案，避免液体过多或不足对患者造成不良影响。
此外，生物电阻抗矢量分析法还可以根据组织的电阻和反抗情况评估患者的营养状况，为合理的营养干预提供依据。
然而，生物电阻抗矢量分析法也存在一些限制。
首先，该方法对被测者的合作程度和体位要求较高，不适合心肺功能差或无法动弹的患者。
其次，由于生物电阻抗矢量分析法对组织的测量是间接的，因此测量结果受到干扰的概率较高，可能存在一定的误差。
此外，该方法对于一些特定类型的病症，如体内液体异常分布或移位的病例，可能会导致评估结果的不准确性。
总之，生物电阻抗矢量分析法作为一种非侵入性的生理学评估方法，可以通过测量人体组织对电流的传导情况，来评估患者的容量状况。
矢量分析
二、方向导数 在实际应用中，不仅需要宏观上了解场在空间的数值，还要知道在不同 方向上场变化的情况。方向导数表征标量场空间中，某点处场沿各个方向变 化的规律。
取等位面 u 1、定义：
x, y , z
增加的方向，相互垂直且满足右手螺旋法则
v ˆ ˆ ˆ 矢量表示： A = e x Ax + e y Ay + e z Az
v 位置矢量： r = e x x + e y y + e z z ˆ ˆ ˆ
v ˆ ˆ ˆ dr = e x dx + e y dy + e z dz 微分长度元：
（2）球面坐标系下矢量运算
v ˆ ˆ ˆ A = er Ar + eθ Aθ + eϕ Aϕ v ˆ ˆ ˆ B = er Br + eθ Bθ + eϕ Bϕ
v v ˆ ˆ ˆ A ± B = er ( Ar ± Br ) + eθ ( Aθ ± Bθ ) + eϕ ( Aϕ ± Bϕ )
v v A• B = Ar Br + Aθ Bθ + Aϕ Bϕ
e 单位矢量：ˆ ρ
ρ
,φ
ˆ , eφ
,z
ˆ , ez
0 ≤ ρ < ∞ , 0 ≤ φ ≤ 2π , − ∞ < z < ∞
ˆ ˆ ˆ e z = e ρ × eφ ˆ ˆ ˆ e ρ = eφ × e z ˆ ˆ ˆ eφ = e z × e ρ
ˆ ˆ ˆ ↑ e ρ 、eφ 、e z
分别代表ρ、φ、z 增加的方向，相互垂直且满足右手螺旋法则
ˆ 由于 θ、ϕ 不是常矢量，与 er
ˆ ∂er ˆ =eθ ∂θ ˆ ∂ eθ ˆ = −er ∂θ ˆ ∂ eϕ = 0 ∂θ
第1章-矢量分析
⎝
2⎠
⎝
2⎠
Ay
⎜⎛ x,y+Δy,z ⎟⎞ ⎝ 2⎠
=
Ay
(x,y,z)
+
∂Ay ∂y
(x,y,z)
Δy 2
+
1 2!
∂2 Ay ∂y2
( Δy )2 2
+ ...
得
ΔΨr
=
( Ay
+
∂Ay ∂y
Δy 2
+ .........) ΔxΔz
divA 直角坐标表示式的推导
11
§1.2通量、散度、散度定理
8
§1.2通量、散度、散度定理
作业：1.1-1,1.1-3,1.1-5
S为封闭面时： 若Ψ > 0， 有净通量流出，说明S内有源； 若Ψ < 0， 有净通量流入，说明S内有洞(负源); 若Ψ = 0， 则净通量为零，说明S内无源。
举例：
由《大学物理》知，电通量 Ψe = ∫sD ⋅ ds = Q（高斯定理） 水流的单位时间流量（米3/秒）＝ v ⋅ d s
A 矢量的模：
γ
β o
Ay
α Ax
y
A = A = Ax2 + Ay 2 + Az 2
x
A 的单位矢量：
Aˆ = A = xˆ Ax + yˆ A y + zˆ Az AA AA
= xˆ cosα + yˆ cos β + zˆ cosγ
2
§1.1矢量代数
二、标量积和矢量积
a) 标量积（点乘）
加减乘除
∂y 4π r 5
∂Dz = q r 2 − 3z 2
∂z 4π r 5
描述三种空间分析方法及其特点与作用
描述三种空间分析方法及其特点与作用一、矢量空间分析矢量空间分析主要通过空间数据和空间模型的联合分析来挖掘空间目标的潜在信息，而这些空间目标的基本信息，无非是其空间位置、分布、形态、距离、方位、拓扑关系等，其中距离、方位、拓扑关系组成了空间目标的空间关系。
它是地理实体之间的空间特性，可以作为数据组织、查询、分析和推理的基础。
通过将地理空间目标划分为点、线、面不同的类型，可以获得这些不同类型目标的形态结构。
将空间目标的空间数据和属性数据结合起来，可以进行许多特定任务的空间计算与分析。
1.图元合并图元合并即矢量空间聚合，是根据空间邻接关系、分类属性字段，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并(数据的综合)。
空间聚合的结果往往将较复杂的类别转换为较简单的类别，当从地点、地区到大区域的制图综合变换时常需要使用这种分析处理方法。
2.空间查询空间查询是将输入图层与查询图层的要素或是交互输入的查询范围进行空间拓扑判别(包含、相离、相交、外包矩形相交)，从输入图层中提取出满足拓扑判别条件的图元。
3.叠加分析叠加分析至少要使用到同一区域，具有相同坐标系统的两个图层。
所谓叠加分析，就是将包含感兴趣的空间要素对象的多个数据层进行叠加，产生一个新要素图层。
该图层综合了原来多层实体要素所具有的属性特征。
叠加分析的目标是分析在空间位置上有一定关联的空间对象的空间特征和专题属性之间的相互关系。
多层数据的叠加分析，不仅仅产生了新的空间对象的空间特征和专题属性之间的相互关系，能够发现多层数据间的相互差异、联系和变换等特征。
点与多边形的叠加，就是研究某一矢量数据层中的点要素位于另外一个矢量数据层中的哪个多边形内，这样就可以根据点与多边形的空间关系，确定给点要素添加哪些属性特征。
线与多边形叠加，就是研究矢量数据层中的线要素与其他数据层中的多边形要素之间的关系，进而判定线要素与多边形的相离、相交、包含等空间关系。
多边形的叠加，就是要研究两个或多个多边形矢量数据层的叠加操作，生成一个新的多边形数据层。
第二章矢量分析
则有:
g
式中
ex ey e z grad x y z
( , , ) x y z
梯度(gradient)
哈密顿算子
二. 梯度的物理意义 • 标量场的梯度是一个矢量,是空间坐标点的函数; • 梯度的大小为该点标量函数 的最大变化率，即该点最大方向导数; • 梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它 指向函数的增加方向. 例1 三维高度场的梯度 例2 电位场的梯度
体积元
0.1 正交坐标系
1、直角坐标系：x y z • 单位向量： ex，ey，ez • 长度元：dl = exdx + eydy + ezdz • 面积元：dS = exdydz + eydzdx + ezdxdy • 体积元：dV = dxdydz
单位矢量
e
e
ez
任意矢量A在直角坐标系下的表达式
• 若矢量场处处A=0，称之为无旋场。
四、斯托克斯(Stockes)定理
A 是环量密度，即围绕单位面积环路上的环量。
因此，其面积分后，环量为
l A dli ( A) dSi
i
l A dl ( A ) dS
S
Stocke’s定理
• 矢量函数的线积分与面积分的互换。 • 该公式表明了区域S中场A与边界L上的场A之间的关系
• A= 0 (负源)
在矢量场中，若• A= 0，称之为有源场， 称为(通量)源密度；若矢量场
中处处• A=0，称之为无源场。
四、高斯公式(散度定理)
divA lim
v 0
1 v
A dS
S
第1章矢量分析
F dS S
S1 F dS1
S2 F dS2
S3 F dS3
S4 F dS4
S5 F dS5
S6 F dS6
aˆx aˆz 0, aˆy aˆy 1,
aˆy aˆz 0 aˆz aˆz 1
A B (Axaˆx Ayaˆy Azaˆz ) (Bxaˆx Byaˆy Bzaˆz )
Ax Bx Ay By Az Bz
•结论: 两矢量点积等于对应分量的乘积之和。
电磁场与电磁波
第1章 矢量分析
其中：dl ,dS 和 dV 称为微分元。
dS
dl
1. 直角坐标系
在直角坐标系中，坐标变量为(x,y,z)，如图，做一微分体元。
线元：dlx dxaˆx
dly dyaˆy
面元： dSx dydzaˆx dSy dxdzaˆy
dlz dzaˆz dl dxaˆx dyaˆy dzaˆz
电磁场与电磁波
第1章 矢量分析
3.乘法：
（1）标量与矢量的乘积：
k 0 方向不变，大小为|k|倍
kA k | A | aˆ
k
0
k 0 方向相反，大小为|k|倍
（2）矢量与矢量乘积分两种定义
a. 标量积（点积）：
B
A B | A| | B | cos
A
两矢量的点积含义： 一矢量在另一矢量方向上的投影与另一矢量模的乘积，
定义： A BC | A|| B || C | sin cos
含义： 标量三重积结果为三矢量构成
的平行六面体的体积 。
h BC
A C
B
电磁场与电磁波
第1章 矢量分析
V A (BC) C (A B) B (C A)
第一章矢量分析
r u ( x, y , z , t ) 、 F ( x , y , z , t )
r u ( x, y, z )、 F ( x, y, z )
第一章 矢量分析
1.1.1 标量场的等值面
标量场空间中，由所有场值相等的点所构成的面，即为等值面。 即若标量函数为 u u( x, y, z) ，则等值面方程为：
第一章 矢量分析
第一章
主 要
矢量分析
内 容
梯度、散度、旋度、亥姆霍兹定理 1. 标量场的方向导数与梯度
2. 矢量场的通量与散度 3. 矢量场的环量与旋度 4. 无散场和无旋场 5. 格林定理
6. 矢量场的惟一性定理
7. 亥姆霍兹定理 8. 正交曲面坐标系
第一章 矢量分析
1.1 矢量代数
1.1.1 标量和矢量
空间中存在任意曲面S，则定义：
v v S A(r ) dS
为矢量 A(r ) 沿有向曲面 S 的通量。
矢量场的通量
第一章 矢量分析
若S 为闭合曲面
s
v v v Ñ A ( r ) dS
物理意义：表示穿入和穿出闭合面S的通量的代数和。 说明：1) 面元矢量 dS 定义：面积很小的有向曲面。
s
第一章 矢量分析
通过闭合面S的通量的物理意义：
0
0
若 0 ，通过闭合曲面有净的矢量线穿出，闭合面内有发 出矢量线的正源； 若 0 ，有净的矢量线进入，闭合面内有汇集矢量线的负源； 若 0 ，进入与穿出闭合曲面的矢量线相等，闭合面内无 源，或正源负源代数和为0。 局限：只能判断闭合曲面中源的正负特性，不能显示源的特 性。如果令包围某点的闭合面无限收缩，那么该点就可以通量 可以表示源的特性。
矢量分析：旋度、散度、梯度(1)
二、矢量积 Cross production 定义：矢量积A×B是一个矢量, 其大小等于两个矢量的模
值相乘, 再乘以它们夹角αAB(≤π)的正弦, 其方向与A , B成右手螺
旋关系, 为 ˆ A , B所在平面的右手法向 n :
ˆ A B sin aAB A B n
第一章 矢 量 分 析
Chapter 1 Vector Analysis §1.1 矢量表示法和运算 §1.2 通量与散度,散度定理
§1.3 环量与旋度,斯托克斯定理
§1.4 方向导数与梯度,格林定理 §1.5 曲面坐标系 §1.6 亥姆霍兹定理
基本要求
1. 掌握矢量在正交坐标系中的表示方法 2. 掌握矢量的代数运算及其在坐标系中的物理意义 3. 掌握矢量积、标量积的计算 4. 了解矢量场散度的定义，掌握其计算方法和物理意义；掌 握散度定理的内容，并能熟练运用。
1 .3 .1 环量 Curl of a vector field
矢量A沿某封闭曲线的线 积分, 定义为A沿该曲线的环 量(或旋涡量), 记为
l
A dl
1 .3 .2 旋度的定义和运算
1、定义：
为反映给定点附近的环量情况, 我们把封闭曲线收小, 使它包围的 面积ΔS趋近于零, 取极限 A dl l lim S 0 S
物理量的表示 • 矢量：大写黑体斜体字母
A 大写斜体字母加表示矢量的符号 A
• 标量：小写斜体字母 u ˆ x • 单位矢量：小写上加倒勾
ex
ex
§1 .1 矢量表示法及其运算
1 .1 .1 矢量表示法及其和差
若一个矢量在三个相互垂 直的坐标轴上的分量已知 , 这 个矢量就确定了。 例如在直角
第1章 矢量分析
体积元
dV dxdydz
z
z
z0
（ 平面） ez
P
ey
ex
o
点P(x0,y0,z0)
y
y y0（平面） x x x0 （平面）
直角坐标系
z dSz ezdxdy
dz
dSy eydxdz
o
dy
dx dSx exdydz
y
x
直角坐标系的长度元、面积元、体积元
第一章 矢量分析
A Axex Ayey Azez
sin cos
0
0 ex
0
e y
1 ez
ex cos
ey
sin
ez 0
sin cos
0
0 e
0
e
1 ez
第一章 矢量分析
2、直角坐标系与球坐标系的关系
er ex sin cos ey sin sin ez cos e cos cos ex cos sin ey sin ez e ex sin ey cos
坐标变量 坐标单位矢量 位置矢量 线元矢量 面元矢量
x, y, z,( x, y, z )
ex , ey , ez
r ex x ey y ez z
dl
exdx
ey
dy
ezdz
dSx exdlydlz exdydz
dSy eydlxdlz eydxdz
dSz ezdlxdly ezdxdy
A B AxBx Ay By Az Bz
ex ey ez
A B Ax Ay Az Bx By Bz
ex
Ay By
Az Bz
ey
Ax Bx
第五章 矢量数据空间分析方法
这些适合不同应用要求的缓冲区，尽管其形态各异， 基本原理是一致的。
5.3 矢量数据的缓冲区分析
缓冲区计算中的一个基 本问题是平行线的计算， 对于由折线表示的线状物 体(以及面状物体的边界)， 平行线是分段计算的，线 段间的连接根据具体情况 采用圆弧连接法或者直接 连接。
对于多个对象的集合
其半径为R的缓冲区是单个对象的缓冲区的并，即：
5.3 矢量数据的缓冲区分析
点缓冲
线缓冲
面缓冲
5.3 矢量数据的缓冲区分析
另外还有一些特殊形态的缓冲区， 如对点状物体而言，还可以生成三角形、矩形、圆形 等特殊形态的缓冲区；
对于线状物体还可以生成双侧对称、双侧不对称或单 侧缓冲区；
方式。 ——点对象可以代表水井、水准点或采石场。 ——线对象可以代表道路、河流或行政区边界。 ——面对象可以代表菜地、水体或污水池。
该概念属于数据结构领域，亦即数字数据文件结构和文件 之间关系。
3/37
5.1 矢量数据
5.1.2 矢量数据的几何对象 根据地图比例尺和概括指标，几何对象类
型分为： ——点 ——线 ——面
(1)点 点及其坐标是矢量数据模型的基本单元。
4/37
5.1 矢量数据
(2)线 线是由两个端点
之间一系列标记线 形态的点所构成。
线要素可以与其 他线相交或相连， 并形成网络。
5/37
5.1 矢量数据
(3)面 面要素由线定义。
由一条或多条线包络而 成。
面要素可以是一个 单独的区域，若干个邻 接区域;可以在其他面 要素内形成岛;可彼此 重叠并产生叠置区。
用交点分布的奇偶特性判别多边形与点的 关系，其优点是计算简单，并且能够识别点是 否位于多边形边界上，其缺点是当多边形有边 与过点的垂线重合时就需要一些附加的判断。
第一章 矢量分析
第一章 矢量分析§1 场的概念 一. 矢量与标量1.概念标量 实数域内只有大小的量。
如：电压、温度、时间、电荷等。
矢量 实数域内既有大小又有方向的量，且加法运算遵循平行四边形法则。
如：力F 、电场强度E 、磁场强度H、速度等。
常矢：矢量的模和方向都不变。
如：x e 、y e 、z e。
变矢：模和方向或两者之一变化的矢量(在实际问题中遇到的更多)。
如：r e 、θe 、ϕe 、ρe。
物理量 标量或矢量被赋予物理单位，成为有物理意义的量。
2.矢量的表示印刷 黑体 A ；A(白体)表示A的模。
手写 模和方向均表示出。
表示A 的方向(模为1)。
A 表示矢量A 的模。
▪ 零矢（空矢）：模为零的矢量。
0▪单位矢量：模为1的矢量。
如直角坐标系坐标轴方向x e 、y e 、z e （参考书）。
也有用x a、y a 、z a或i 、j 、k 或 x ˆ、y ˆ、z ˆ 等表示。
若三个相互垂直的坐标轴上的分量已知，一个矢量就确定了。
如直角坐标系中，矢量A的三个分量模值分别是A x , A y , A z ，则直角坐标系： A的模为 A的单位矢量为判断以下手写表示是否正确：（矢量≠标量） （标量≠矢量） ☹ 常见手写表示错误： Aa A 0=A A a=0zz y y x x A e A e A e A ++=222z y x A A A A ++=γβcos cos cos ˆ0z y x zz y y x x A e e a e A A e A A e A A e A A a A++=++===5=E 5x e E=5x e E =765zy x e e e E ++= 765z y x e e e E++=二. 矢量的代数运算1.矢量的加减法2.矢量的乘法a.标量积(点乘) 结果为标量！b.矢量积(叉乘) 结果为矢量！直角坐标系：∙ 点乘 垂直 平行点乘符合交换律： ∙ 叉乘平行 垂直注意：z x y e e e-=⨯ 叉乘不符合交换律： 三.矢量场与标量场1.场在某一空间区域内的每一点，都对应着某个物理量的一个确定的值，则称在此区域内确定了该物理量的一个场。
矢量分析-PPT
0
2 2 2 2
x2 y2 z2
1 .4 .2 格林定理
将散度定理中矢量A表示为某标量函数的梯度 ψ与另一标 量函数 φ的乘积, 则有
A ( ) 2
取上式在体积V内的积分, 并应用散度定理, 得
(2 )dv
V
s( ) nˆds
s
n
ds
(1 -49)
式中S是包围体积V的封闭面, nˆ 是封闭面S的外法线方向单位矢
量。此式对于在体积V内具有连续二阶偏导数的标量函数φ和ψ都 成立, 称为格林( G .Green)第一定理。
divA A
A
xˆ
x
yˆ
y
zˆ
z
(xˆAx
yˆAy
zˆAz
)
Ax Ay Az x y z
利用哈密顿算子, 读者可以证明, 散度运算符合下列规则:
(A B) A B
(A) A A
1 .2 .3 散度定理
既然矢量的散度代表的是其通量的体密度, 因此直观地可知, 矢量场散度的体积分等于该矢量穿过包围该体积的封闭面的总 通量, 即
ds nˆds
nˆ 是面元的法线方向单位矢量。nˆ 的取法(指向)有两种情形: 对
开曲面上的面元, 设这个开曲面是由封闭曲线l所围成的, 则当选
定绕行l的方向后, 沿绕行方向按右手螺旋的姆指方向就是 nˆ 的方 向, 如图1 -4所示; 对封闭曲面上的面元, nˆ 取为封闭面的外法线方
向。
图 1 -4 开曲面上的面元
为A , B崐所在平面的右手法向 n:ˆ
A B nˆAB sin aAB
它不符合交换律。 由定义知,
A B (B A)
并有
xˆ xˆ yˆ yˆ zˆ zˆ 0 xˆ yˆ zˆ, yˆ zˆ xˆ, zˆ xˆ yˆ
矢量分析
| 首页 | 目录 | 向前 | 向后 | 资源 | 搜索 | 帮助 | 矢量分析 > 标量场和矢量场 标量场和矢量标量场和矢量场概念标量：只有大小而没有方向的量。
如电压U 、电荷量Q 、电流I 、面积S 等。
矢量：具有大小和方向特征的量。
如电场强度矢量、磁场强度矢量、作用力矢量、速度矢量等。
标量场：在指定的时刻，空间每一点可以用一个标量唯一地描述，则该标量函数定出标量场。
例如物理系统中的温度、压力、密度等可以用标量场来表示。
矢量场：在指定的时刻，空间每一点可以用一个矢量唯一地描述，则该矢量函数定出矢量场。
例如流体空间中的流速分布等可以用矢量场来表示。
标量场 矢量场矢量描述矢量可采用有向线段、文字、单位矢量、分量表示等多种方式来描述。
场的"场图"表示研究标量和矢量场时，用“场图”表示场变量在空间逐点演变的情况具有很大的意义。
对标量场，用等值面图表示。
空间内标量值相等的点集合形成的曲面称为等值面，例如气象图上的等压线，地图上的等高线等。
显然，等值面的方程式为＝常数值对矢量场，则用一些有向曲线来形象表示矢量在空间的分布，称为力线或流线。
力线上任意点的切线方向必定与该点的矢量方向相同，即, 称为力线的微分方程式。
式中为力线切向的一段矢量。
在直角坐标内，力线的微分方程式可写成按统一规则，绘制出力线，则既能根据力线确定矢量场中各点矢量的方向，又可根据各处力线的疏密程度，判别出各处矢量的大小及变化趋势。
P点处的矢量力线图矢量代数平行四边形法则求和差作图法遵循平行四边形法则分量法.求点积（标量积、内积）公式：特点：应用：电通量的计算求矢积（矢量积、外积）公式：特点：应用：磁感应强度的计算|首页|目录|向前|向后|资源|搜索|帮助|矢量分析> 矢量的环流、旋度矢量的环流、矢量的环流定义：矢量沿某一有向闭合曲线的线积分为沿的环流，即。
物理意义：矢量沿闭合曲线的环流反映了闭合曲线内源的性质。