ベクトル解析かいせきポータル

導入どうにゅう

このポータルの核心かくしんは、ベクトル解析かいせきを「公式集こうしきしゅう」ではなく、場ばの局所変化きょくしょへんかと境界上きょうかいじょうの積分量せきぶんりょうを結むすぶ言語げんごとして整理せいりすることである。

方針ほうしん

最初さいしょにスカラー場ばとベクトル場ばを区別くべつする。つぎに勾配こうばい・発散はっさん・回転かいてんを局所演算子きょくしょえんざんしとして定義ていぎする。続つづいて線積分せんせきぶん・面積分めんせきぶんを導入どうにゅうし、Green・Gauss・Stokes の定理ていりにより局所量きょくしょりょうと大域量たいいきりょうを接続せつぞくする。

このトラックの責務せきむ

多変数微積分たへんすうびせきぶんトラックでは、偏微分へんびぶん・Jacobian・多重積分たじゅうせきぶん・曲面表示きょくめんひょうじを基礎きそとして整備せいびする。このトラックでは、それらを前提ぜんていにして、場ばの局所量きょくしょりょうと境界積分きょうかいせきぶんの関係かんけいを主題しゅだいにする。

微分形式びぶんけいしきトラックは、Green・Gauss・Stokes を一般いっぱん Stokes 定理ていりとして統一とういつする役割やくわりを担になう。このトラックでは、まず grad・div・curl、線積分せんせきぶん、面積分めんせきぶんを古典的こてんてきな言葉ことばで整理せいりし、物理ぶつりと幾何きかの両側りょうがわから理解りかいできる形かたちを与あたえる。

到達目標とうたつもくひょう

第一だいいちに、スカラー場ばとベクトル場ばを区別くべつし、grad・div・curl が何なにを測はかるかを説明せつめいできるようにする。第二だいにに、線積分せんせきぶんと面積分めんせきぶんの向むきと意味いみを区別くべつできるようにする。第三だいさんに、Green・Gauss・Stokes の定理ていりが局所量きょくしょりょうと境界量きょうかいりょうを結むすぶ同一原理どういつげんりであることを説明せつめいできるようにする。

読解順序どっかいじゅんじょ

標準順序ひょうじゅんじゅんじょは、場ば、grad/div/curl、線積分せんせきぶんと保存場ほぞんば、面積分めんせきぶんと流束りゅうそく、Green・Gauss・Stokes、Laplacian の順じゅんである。物理応用ぶつりおうようを優先ゆうせんする場合ばあいは、ベクトル場ば、発散はっさん、流束りゅうそく、Gauss 定理ていり、Laplacian へ進行しんこうする。循環じゅんかんを優先ゆうせんする場合ばあいは、curl、線積分せんせきぶん、保存場ほぞんば、Stokes 定理ていりへ進行しんこうする。

三みっつの読解経路どっかいけいろ

標準ひょうじゅん経路けいろは、場ば → grad/div/curl → 線積分せんせきぶんと保存場ほぞんば → 面積分めんせきぶんと流束りゅうそく → Green・Gauss・Stokes → Laplacian である。この経路けいろは、局所演算子きょくしょえんざんしから境界積分きょうかいせきぶんへ自然しぜんに進すすむ。

物理応用ぶつりおうよう経路けいろでは、ベクトル場ば → 発散はっさん → 面積分めんせきぶんと流束りゅうそく → Gauss 定理ていり → Laplacian の順じゅんに進すすむ。この経路けいろでは、電場でんば・流体りゅうたい・熱流ねつりゅうのような湧わき出だしと保存ほぞんの現象げんしょうが先さきに見みえやすい。

幾何重視きかじゅうし経路けいろでは、線積分せんせきぶんと保存場ほぞんば → curl → Stokes 定理ていり → 微分形式びぶんけいしきの順じゅんに進すすむ。この経路けいろでは、循環じゅんかん・向むき・境界きょうかいの概念がいねんが先さきに整ととのう。

各かくページが答こたえる疑問ぎもん

前提ぜんていの位置いち

偏微分へんびぶんは grad/div/curl の成分公式せいぶんこうしきに必要ひつようである。曲線きょくせん・曲面きょくめんのパラメータ表示ひょうじは、線積分せんせきぶんと面積分めんせきぶんに必要ひつようである。多重積分たじゅうせきぶんは、Green・Gauss・Stokes の定理ていりの右辺うへんを扱あつかうために必要ひつようである。

学習順序がくしゅうじゅんじょ

接続せつぞく

ベクトル解析かいせきは、電磁気でんじき・流体りゅうたい・熱伝導ねつでんどう・波動はどうで反復はんぷくして使用しようされる。微分形式びぶんけいしきへ進行しんこうすると、Green・Gauss・Stokes は一般いっぱん Stokes 定理ていりの特別例とくべつれいとして統一とういつされる。

古ふるい入口いりぐちページとしての「ベクトル解析かいせきの入口いりぐち」「線積分せんせきぶんと面積分めんせきぶんの入口いりぐち」は、このトラックの短みじかい導入どうにゅうとして参照対象さんしょうたいしょうに位置付いちづけられる。ただし、このポータル配下はいかの講義こうぎが本体ほんたいであり、定理ていりと責務分割せきむぶんかつはここを基準きじゅんに読よむ。

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