求问一道散度的数学题!如果f = f(x, y, z)是光滑函数(无穷可导的函数)证明ܢ × (ܢf) = 0

2025-06-22 22:42:58
推荐回答(1个)
回答1:

标量场的梯度: ∇f={df/dx,df/dy,df/dz} ,
向量场的旋度:∇ × F ={dF_3/dy-dF_2/dz,dF_1/dz-dF_3/dx,dF_2/dx-dF_1/dy}
(我找不到专用符号,这里的d表示偏导数。)
利用光滑函数的混合偏导数可以交换次序:d^2f/dxdy=d^f/dydx.
1.∇ × (∇f)=∇ ×{df/dx,df/dy,df/dz}
={d(df/dz)/dy-d(df/dy)/dz,d(df/dx)/dz-d(df/dz)/dx,d(df/dy)/dx-d(df/dx)/dy}
={d^2f/dzdy-d^2f/dydz,d^2f/dxdz-d^2f/dzdx,d^2f/dydx-d^2f/dxdy}={0,0,0}
2.向量场的散度是个数。
∇ · (∇ × F) = (d/dx)(dF_3/dy-dF_2/dz)+(d/dy)(dF_1/dz-dF_3/dx),(d/dz)(dF_2/dx-dF_1/dy)
=d^2F_3/dydx-d^2F_2/dzdx +d^2F_1/dzdy-d^2F_3/dxdy +d^2F_2/dxdz-d^2F_1/dydz=0
3. ∇ × (φF) ={d(φF_3)/dy-d(φF_2)/dz,d(φF_1)/dz-d(φF_3)/dx,d(φF_2)/dx-d(φF_1)/dy}
=φ{dF_3/dy-dF_2/dz,dF_1/dz-dF_3/dx,dF_2/dx-dF_1/dy}
+{F_3(dφ/dy)-F_2(dφ/dz),F_1(dφ/dz)-F_3(dφ/dx),F_2(dφ/dx)-F_1(dφ/dy)}
=φ(∇ × F) + (∇φ) × F