如何記憶格林公式?
經常搞錯減的順序。
看它的向量表達式,從向量表達式推導:
不知道答主有沒有學過「旋度」(考慮到提問的時間,現在應該是已經學過了)。如果學過了的話,應該就可以看出來 就是二維向量函數 在 方向上的旋度,或者乾脆就可以稱之為二維向量函數的「旋度」。那麼,問題就轉化成了如何記住旋度的表達式。雖然行列式是個好辦法,但是如果你把第二、三行記反了,那最後的符號也就錯了,並無助於題主的問題。所以,不妨直接從 的直觀「理解」開始入手。
首先,我們知道,一個矢量沿著它本身的方向如何變化(因為沿著它本身的方向,所以只能有大小的變化),這是「散度」的直觀含義。與之相反,旋度是研究一個矢量沿著它的垂直方向如何變化的量。所以,對於一個處於 點的矢量 ,它的旋度,必然是與「沿 軸稍稍動一下, 方向的分量 如何變化」,以及「 沿 軸稍稍動一下, 軸分量 如何變化」有關。這樣我們就記住了兩個偏微分是 與 。
那麼,最關鍵的是,如何記住這兩個偏微分的符號呢?考慮到我們知道這兩個偏微分的組合叫做「旋度」,那麼必然和原矢量的方向變化(旋轉)有關。事實上,由於數學是自洽的,有逆時針旋轉趨勢的地方,旋度是正的,而有順時針旋轉趨勢的地方,旋度是負的……嗯,有正有負,好像和這兩個偏微分的符號有關?——我們就乾脆直接畫出這兩個偏微分的直觀表示,看看他們到底怎樣決定了原矢量的「旋轉」:
如上圖所示,向量 可以直接用分量 、 表示。先考慮 。不妨假設向量的「幅角」在0到90度之間(如果不在,你總可以重新選擇坐標系使之成立),並且 且 ,這意味著將 向 正方向移動 , 將增長 。因為移動和增長是有方向的,我在圖中將移動和增長的路徑用帶箭頭的虛線標出來了——現在應該看出來——上述的變化路徑,與 的末端一起,形成了一個正的有向角度 ,而 就是有向角度 的正切 ,既然 是正的,那麼 自然取正號了。為什麼 是正的呢?因為形成它的路徑是逆時針的哈。有人也許會追問,現在我們得到了這個有向角度 ,可它到底又是一個什麼含義呢?它好像並不是向量 向右移動 ,整個向量所旋轉的角度吧?的確如此,但是這不妨礙我們用它來記住 的符號。實際上,假如 的幅角在0到90度之間,並且大小不變,那麼 向右移動了 並且分量 增長了 ,的確意味著 沿逆時針正向旋轉了一定角度(請自己想一下),與 的符號完全相同。總之, 意味著, 這一項對旋度的貢獻是正的,所以它的符號也是正的。
仿照完全類似的討論,我們可以看出 對應於有向角度 的正切 ,而 的符號是負的,那麼意味著 對旋度的貢獻是負的(順時針旋轉),所以它的符號也是負的。
bottom line: 我們可以直接從組成旋度的偏微分的表觀含義來「推導」出格林公式的符號。雖然並不嚴謹,但是看起來容易記憶。
格林公式么用外微分直接推不就好了么,考試前先寫一遍外微分,用不了10分鐘的。
以下為一次、二次、三次外微分形式,零次記為函數f
現在定義外微分運算元d
零次情況:
一次情況:
對P再用零次,即微分,隨後外乘積同理可以得到多次情況。
便可以容易地推得格林公式、斯托克斯公式、高斯公式。
可以統一的記為廣義斯托克斯公式:
其中Σ為積分區域,?Σ為邊界。要注意的情況只有注意方向了。
具體如何推出牛頓萊布尼茨公式、格林公式、斯托克斯公式、高斯公式。作為習題吧。
當 的時候, 表示在 固定時,由 所導致的 的變化量,如圖所示
由於反正下面計算了還要到上面去算,所以可以把把它們合起來就是
而當算 的時候,由於是逆時針,而規定正方向是路徑左邊,所以是下減上。
而逆時針的時候右減左還是正數,所以格林公式裡面是一正一負。
給個比較污的記法:→py,所以py前面有個負號,而且py在一起
多做題就記住了。
另外,單單一個格林公式不難記,難記的在於區分格林公式、高斯公式、斯托克斯公式、梯度、散度、旋度、通量。以及它們的適用場合、線面積分和重積分的對應關係。
這些個公式長得太像了。當作解析的複變函數記吧
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