可视化微积分:高斯定理(散度定理)
讨论这公式的文章太多了,不再叙述,直接上图上公式!
关键看思路!
一.向量场
二.散度的标准定义
余切空间 :是切空间的对偶空间。它的元素是线性泛函,即接收一个切向量并返回一个实数的函数。
散度的计算过程强烈地依赖于将切向量转换为余切向量(对偶向量),并在对偶空间中进行操作。
三.笛卡尔坐标的散度公式推导
如果一个闭合曲面的净通量 大于零,我们可以立刻断定这个曲面内部必然存在 净源(正散度点占主导)。
如果一个闭合曲面的净通量 小于零,我们可以断定这个曲面内部必然存在 净汇。
如果一个闭合曲面的净通量 等于零,这并不意味着内部没有源和汇,而是意味着内部源产生的总量和汇吸收的总量恰好相等,达到了平衡。
注意:在微分几何中,散度并不是直接定义在矢量场上的。它是通过李导数 (Lie Derivative) 和体积形式 (Volume Form) ω 来定义的。体积形式是一个最高阶的微分形式,它给出了流形上的“体积”测量。
四.高斯定理(散度定理)
极坐标和球坐标下的表示
散度定理最根本的意义在于:它建立了一个矢量场在一个区域内部的“源”或“汇”的总量,与该矢量场穿过该区域边界净通量之间的等价关系,是微观和宏观之间的桥梁!