第一章 矢量分析
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1矢量分析
1.在球面坐标系中,当ϕ与φ无关时,拉普拉斯方程的通解为:()。
2.我们讨论的电磁场是具有确定物理意义的(),这些矢量场在一定的区域内具有一定的分布规律,除有限个点或面以外,它们都是空间坐标的连续函数。
3. 矢量场在闭合面
的通量定义为
,它是一个标量;矢量场的()也是一个标量,定义为。
4. 矢量场在闭合路径
的环流定义为
,它是一个标量;矢量场的旋度是一个(),它定义为。
5.标量场u(r)中,()的定义为,
其中n为变化最快的方向上的单位矢量。
6. 矢量分析中重要的恒等式有任一标量的梯度的旋度恒为()。任一矢量的旋度的散度恒为()。
7. 算符▽是一个矢量算符,在直角坐标内,
,所以
是个(),而
是个(),
是个()。
8. 亥姆霍兹定理总结了矢量场的基本性质,分析矢量场总要从它的散度和旋度开始着手,()方程和()方程组成了矢量场的基本微分方程。
9. ()坐标、()坐标和球坐标是电磁理论中常用的坐标
10. 标量:()。如电压U、电荷量Q、电流I、面积S 等。
11. 矢量:()。如电场强度矢量、磁场强度矢量、作用力矢量、速度矢量等。
12. 标量场:在指定的时刻,空间每一点可以用一个标量()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。
13. 矢量场:在指定的时刻,空间每一点可以用一个矢量()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。
14. 旋度为零的矢量场叫做()
15. 标量函数的梯度是(),如静电场
16.无旋场的()不能处处为零
17. 散度为零的矢量场叫做()
18. 矢量的旋度是(),如恒定磁场
19.无散场的()不能处处为零
20.一般场:既有(),又有()
21.任一标量的梯度的旋度恒为()
22.任一矢量的旋度的散度恒为()。
23.给定三个矢量
和
:
求:(1);
(2);
(3);
(4);
(5)在
上的分量:
(6);
(7);
(8)和
。
24.三角形的三个顶点为(0,1,-2)、
(4,1,-3)和
(6,2,5)。
(1) 判断是否为一直角三角形。
(2) 求三角形的面积。
25.求(-3,1,4)点到P(2,-2,3)点的距离矢量及的方向。
26.给定两矢量和
,求
在
上的分量。
27.如果给定一未知矢量与已知矢量的矢量积,那么便可以确定该未知矢量。设为一矢量,
,而
,和
已知,试求。
28.在圆柱坐标中,一点的位置由定出,
求该点在(1)直角坐标中;(2)球坐标中的坐标。
29.用球坐标表示的场,
(1) 求在直角坐标系中点(-3,4,5)处的
和
;
(2) 求与矢量
构成的夹角。
30.球坐标中两个点()和()定出两个位置矢量
和
。证明
和
间夹角的余弦为
提示:
,在直角坐标中计算。
31.一球面S的半径为5,球心在原点上,计算:
的值。
32.在由r=5,z=0和z=4围成的圆柱形区域,对矢量
验证散度定理。
33.求(1)矢量的散度;
(2)求对中心在原点的一个单位立方体的积分;
(3)求对此立方体表面的积分,验证散度定理。
34.计算矢量对一个球心在原点,半
径为a的球表面的积分,并求对球体积的部分。
35.求矢量沿xy平面上的一个边长为2的正方形回路的线积分,此正方形的两边分别与x轴和y轴相重合。再求
对此回路所包围的表面积分,验证斯托克斯定理。
36.求矢量沿圆周
的线积分,再计算
对此圆面积的积分。
37.证明:(1),(2)
,(3)
,其中
为一常矢量。
38.一径向矢量场用,
表示,如果
,那么函数
会有什么特点呢?
39.给定矢量函数,试:(1)沿抛物线;(2)沿连接该两点的直线分别计算从点到
的线积分
的值,这个是保守场吗?
40.求标量函数的梯度及
再一个指定方向的方向导数。此方向由
单位矢量定出;求(2,3,1)点的导数值。
41.试采用与推导式(1,3,8)相似的方法计算圆柱坐标下
的计算式。
42.方程给出一椭球族。求椭球表面上任意一点的单位法向矢量。
43.现有三个矢量场
问:(1)哪些矢量可以由一个标量函数的梯度表示?哪些矢量可以用一个矢量的旋度表示?
(2)求出这些矢量的源分布。
44.利用直角坐标证明:45.证明:
46.利用直角坐标证明: