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29593e1a
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29593e1a
authored
Sep 27, 2022
by
Claude Meny
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...70.combinaisons-of-operators/20.overview/cheatsheet.fr.md
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12.temporary_ins/08.grad-div-rot/70.combinaisons-of-operators/20.overview/cheatsheet.fr.md
View file @
29593e1a
...
...
@@ -16,7 +16,38 @@ $`\mathbf{\Delta\;\overrightarrow{E}=\;\overrightarrow{grad}\big(div\;\overright
Vérifions sont expression en coordonnées cartésiennes :
#### Quelle combinaison est nécessaire pour montrer qu'un champ vectoriel se propage ?
#### L'opérateur Laplacien scalaire, et la propagation d'un champ scalaire
##### Propagation d'une onde réelle unidimensionnelle.
*
Ici, la scalaire (qui peut être un nombre réel ou complexe) est réel.
$
`\dfrac{\partial^2 f}{\partial x}-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 f}{\partial t^2}=0`
$
##### Propagation d'une onde scalaire bidimensionnelle.
En coordonnées cartésiennes, l'équation de propagation d'une onde scalaire bidimensionnelle s'écrit :
$
`\left(\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 f}{\partial y^2}\right)-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 f}{\partial t^2}=0`
$
!!!
*Exemple :*
!!! L'onde décrit la variation d'altitude de la surface de l'eau, par rapport à la surface de l'eau non perturbée au repos.
!!! La surface de l'eau au repos est une surface (2D) et définit un champ scalaire bidimentionnel.
Mais
##### Propagation d'une onde scalaire tridimensionnelle.
$
`\left(\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 f}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 f}{\partial z^2}\right)-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 f}{\partial t^2}=0`
$
#### L'opérateur Laplacien vectoriel, et la propagation d'un champ vectoriel
*
Un champ vectoriel $
`\overrightarrow{U}`
$ se propage s'il vérifie l'équation d'onde vectorielle.
<br>
...
...
@@ -24,8 +55,42 @@ Vérifions sont expression en coordonnées cartésiennes :
<br>
$
`\Delta\overrightarrow{U}-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{U}}{\partial t^2}=0`
$
*
Cherchons les coordonnées cartésiennes du premier terme, $
`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E}\big)`
$
*
Cherchons les coordonnées cartésiennes du premier terme, $
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{E}\big)`
$
$
`\color{blue}{div\,\overrightarrow{U}=\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}}`
$
*
La divergence d'un champ vectoriel est un champ scalaire.
Le gradient d'un champ scalaire $
`f`
$ est le champ vectoriel, qui s'exprime en coordonnées cartésiennes :
$
`\overrightarrow{grad}\,f=\left(
\begin{array}{l}
\dfrac{\partial f}{\partial x}\\
\dfrac{\partial f}{\partial y}\\
\dfrac{\partial f}{\partial z}
\end{array}\right)`
$
donc :
$
`\overrightarrow{grad}\big(\color{blue}{div\,\overrightarrow{U}}\big)`
$
$
`\quad = \left(
\begin{array}{l}
\dfrac{\partial}{\partial x}\left( \color{blue}{\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}} \right)\\
\dfrac{\partial}{\partial y}\left( \color{blue}{\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}} \right)\\
\dfrac{\partial}{\partial z}\left( \color{blue}{\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}} \right)
\end{array}\right)`
$
et nous obtenons :
$
`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`
$
$
`\quad = \left(
\begin{array}{l}
\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial x\, \partial y}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial x \,\partial z}\\
\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial y \,\partial x}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y \,\partial z}\\
\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial z \,\partial x}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial z \,\partial y}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial z^2}
\end{array}\right)`
$
*
Cherchons les coordonnées cartésiennes du deuxième terme,
*
$
`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E}\big)`
$
$
`\color{blue}{\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E}=
\left(\begin{array}{l}
...
...
@@ -76,40 +141,6 @@ $`\quad =
+\dfrac{\partial^2 E_z}{\partial y\,\partial z} \\
\end{array}\right)`
$
*
Cherchons les coordonnées cartésiennes du deuxième terme, $
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{E}\big)`
$
$
`\color{blue}{div\,\overrightarrow{U}=\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}}`
$
*
La divergence d'un champ vectoriel est un champ scalaire.
Le gradient d'un champ scalaire $
`f`
$ est le champ vectoriel, qui s'exprime en coordonnées cartésiennes :
$
`\overrightarrow{grad}\,f=\left(
\begin{array}{l}
\dfrac{\partial f}{\partial x}\\
\dfrac{\partial f}{\partial y}\\
\dfrac{\partial f}{\partial z}
\end{array}\right)`
$
donc :
$
`\overrightarrow{grad}\big(\color{blue}{div\,\overrightarrow{U}}\big)`
$
$
`\quad = \left(
\begin{array}{l}
\dfrac{\partial}{\partial x}\left( \color{blue}{\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}} \right)\\
\dfrac{\partial}{\partial y}\left( \color{blue}{\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}} \right)\\
\dfrac{\partial}{\partial z}\left( \color{blue}{\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}} \right)
\end{array}\right)`
$
et nous obtenons :
$
`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`
$
$
`\quad = \left(
\begin{array}{l}
\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial x\, \partial y}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial x \,\partial z}\\
\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial y \,\partial x}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y \,\partial z}\\
\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial z \,\partial x}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial z \,\partial y}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial z^2}
\end{array}\right)`
$
il reste simplement à combiner les résultats :
...
...
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