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90e88c2e
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90e88c2e
authored
Sep 27, 2022
by
Claude Meny
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...70.combinaisons-of-operators/20.overview/cheatsheet.fr.md
+50
-23
No files found.
12.temporary_ins/08.grad-div-rot/70.combinaisons-of-operators/20.overview/cheatsheet.fr.md
View file @
90e88c2e
...
@@ -73,7 +73,7 @@ visible: false
...
@@ -73,7 +73,7 @@ visible: false
<br>
<br>
**$`\large{\Delta}=div\;\overrightarrow{grad}`$**
**$`\large{\Delta}=div\;\overrightarrow{grad}`$**
##### 4 - Relation
s
entre les propriétés locales d'un champ scalaire et sa propagation
##### 4 - Relation entre les propriétés locales d'un champ scalaire et sa propagation
*
Tout champ scalaire $
`f`
$ (continue et au moins deux fois dérivable) possède son champ de gradient $
`\overrightarrow{f}`
$.
*
Tout champ scalaire $
`f`
$ (continue et au moins deux fois dérivable) possède son champ de gradient $
`\overrightarrow{f}`
$.
*
*Si le gradient de $`\overrightarrow{f}`$ vérifie l'*
**équation d'onde**
:
*
*Si le gradient de $`\overrightarrow{f}`$ vérifie l'*
**équation d'onde**
:
...
@@ -124,7 +124,7 @@ visible: false
...
@@ -124,7 +124,7 @@ visible: false
<br>
<br>
**
$
`\overrightarrow{\Delta}=
**
$
`\overrightarrow{\Delta}=
\left(\begin{array}{l}
\left(\begin{array}{l}
\dfrac{\partial^2 U_x}}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_x}
}
{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_x}}{\partial z^2}\\
\dfrac{\partial^2 U_x}}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_x}}{\partial z^2}\\
\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial z^2}\\
\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial z^2}\\
\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial z^2
\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial z^2
\end{array}\right)`
$
**
\end{array}\right)`
$
**
...
@@ -147,22 +147,22 @@ visible: false
...
@@ -147,22 +147,22 @@ visible: false
##### 3 - Définition du laplacien vectoriel à partir de la divergence et du rotationnel
##### 3 - Définition du laplacien vectoriel à partir de la divergence et du rotationnel
*
Le
champ de divergence $
`div\,\overrightarrow{U}`
$
d'un champ vectoriel $
`\overrightarrow{U}`
$ au moins
*
Le
**champ de divergence $`div\,\overrightarrow{U}`$**
d'un champ vectoriel $
`\overrightarrow{U}`
$ au moins
deux fois dérivable, peut être caractérisé
en chacun de ses points
par :
deux fois dérivable, peut être caractérisé
*en chacun de ses points*
par :
*
son gradient $
`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`
$
*
*son gradient $`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`$*
<br>
<br>
$
`\Longrightarrow`
$
nous pouvons cronstruire le
**$`\Longrightarrow`$**
nous pouvons cronstruire le
**champ de gradient $`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`$**
**champ de gradient $`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`$**
qui est un champ vectoriel.
qui est un champ vectoriel.
*
Cherchons les coordonnées cartésiennes de $
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)`
$
*
Cherchons les coordonnées cartésiennes de $
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)`
$
$
`\color{blue}{div\,\overrightarrow{U}=\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}}`
$
$
`\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.
*
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 :
Le gradient d'un champ scalaire $
`f`
$ est le champ vectoriel, qui s'exprime en coordonnées cartésiennes :
$
`\overrightarrow{grad}\,f=\left(
$
`\overrightarrow{grad}\,f=\left(
\begin{array}{l}
\begin{array}{l}
\dfrac{\partial f}{\partial x}\\
\dfrac{\partial f}{\partial x}\\
\dfrac{\partial f}{\partial y}\\
\dfrac{\partial f}{\partial y}\\
...
@@ -179,21 +179,23 @@ $`\quad = \left(
...
@@ -179,21 +179,23 @@ $`\quad = \left(
\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)
\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)`
$
\end{array}\right)`
$
et nous obtenons :
et nous obtenons
l'expression
**en coordonnées cartésiennes**
:
$
`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`
$
**
$
`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`
$
$
`\quad = \left(
$
`\quad = \left(
\begin{array}{l}
\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 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 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}
\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)`
$
\end{array}\right)`
$
**
---------------
*
Le
champ de rotationnel $
`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}`
$
d'un champ vectoriel $
`\overrightarrow{U}`
$ au moins
*
Le
**champ de rotationnel $`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}`$**
d'un champ vectoriel $
`\overrightarrow{U}`
$ au moins
deux fois dérivable, peut être caractérisé
en chacun de ses points
par :
deux fois dérivable, peut être caractérisé
*en chacun de ses points*
par :
*
son
rotationnel $
`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$
*
son
*rotationnel $`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`$*
<br>
<br>
$
`\Longrightarrow`
$
nous pouvons cronstruire le
**$`\Longrightarrow`$**
nous pouvons cronstruire le
**champ de rotationnel $`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`$**
**champ de rotationnel $`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`$**
qui est un champ vectoriel.
qui est un champ vectoriel.
...
@@ -229,9 +231,9 @@ $`\quad =
...
@@ -229,9 +231,9 @@ $`\quad =
\color{blue}{\dfrac{\partial U_z}{\partial y}-\dfrac{\partial U_y}{\partial z}}
\color{blue}{\dfrac{\partial U_z}{\partial y}-\dfrac{\partial U_y}{\partial z}}
\right)\end{array}\right]`
$
\right)\end{array}\right]`
$
Nous obtenons alors :
Nous obtenons alors
l'expression
**en coordonnées cartésiennes**
:
$
`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$
**
$
`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$
$
`\quad =
$
`\quad =
\left(\begin{array}{l}
\left(\begin{array}{l}
\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial y\,\partial x}
\dfrac{\partial^2 U_y}{\partial y\,\partial x}
...
@@ -246,10 +248,11 @@ $`\quad =
...
@@ -246,10 +248,11 @@ $`\quad =
-\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial x^2}
-\dfrac{\partial^2 U_x}{\partial x^2}
-\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y^2}
-\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y^2}
+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y\,\partial z} \\
+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y\,\partial z} \\
\end{array}\right)`
$
\end{array}\right)`
$
**
----------------------------------
Un
**fait important**
apparaît par
Un
**fait important**
apparaît par
*soustraction*
des composantes cartésiennes
*de $`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`$*
*soustraction*
des composantes cartésiennes
*de $`\overrightarrow{grad}\big(div\,\overrightarrow{U}\big)`$*
*et de $`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`$*
*et de $`\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`$*
...
@@ -298,7 +301,7 @@ $`\quad = \left(\begin{array}{l}
...
@@ -298,7 +301,7 @@ $`\quad = \left(\begin{array}{l}
\end{array}\right)`
$
\end{array}\right)`
$
*
L'ordre de dérivation n'important pas,
*
L'ordre de dérivation n'important pas,
(exemple : $
`\dfrac{\partial^2}{\partial x\,\partial y}=\dfrac{\partial^2}{\partial y\,\partial x}
)`
$,
$
`\big(\text{exemple :}\;\dfrac{\partial^2}{\partial x\,\partial y}=\dfrac{\partial^2}{\partial y\,\partial x}\big
)`
$,
nous remarquons alors que toutes les dérivées partielles du second ordre correspondant à
nous remarquons alors que toutes les dérivées partielles du second ordre correspondant à
des termes croisés de coordonnées s'annulent :
des termes croisés de coordonnées s'annulent :
...
@@ -324,7 +327,7 @@ $`\require{cancel}\quad = \left(\begin{array}{l}
...
@@ -324,7 +327,7 @@ $`\require{cancel}\quad = \left(\begin{array}{l}
-\color{blue}{\cancel{\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y\,\partial z}}} \\
-\color{blue}{\cancel{\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y\,\partial z}}} \\
\end{array}\right)`
$
\end{array}\right)`
$
*
Au total nous obtenons l'expression simple :
*
Au total nous obtenons l'expression simple
**en coordonnées cartésiennes**
:
**
$
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
**
$
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$
**
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$
**
...
@@ -335,13 +338,37 @@ $`\require{cancel}\quad = \left(\begin{array}{l}
...
@@ -335,13 +338,37 @@ $`\require{cancel}\quad = \left(\begin{array}{l}
\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial z^2}
\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 U_z}{\partial z^2}
\end{array}\right)`
$
**
\end{array}\right)`
$
**
Cette combinaison particulière d'opérateurs $
`\overrightarrow{grad}`
$, $
`\overrightarrow{rot}`
$ et $
`div`
$
*
Nous reconnaissons l'expression cartésienne de l'opérateur laplacien vectoriel.
constitue la
**définition de l'opérateur Laplacien vectoriel**
:
*
L'opérateur combiné $
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$
constitue la
**définition de l'opérateur laplacien vectoriel**
:
<br>
**
$
`\large{\overrightarrow{\Delta}=\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
**
$
`\large{\overrightarrow{\Delta}=\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)}`
$
**
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)}`
$
**
##### 4 - Relation entre les propriétés locales d'un champ vectoriel et sa propagation
*
Tout champ vectoriel $
`\overrightarrow{U}`
$ (continue et au moins deux fois dérivable)
possède son champ $
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$.
*
*
Si $
`\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)`
$ vérifie l'
* **équation d'onde*
*
:
<br>
*
$
`\large{\overrightarrow{grad}\big(div\;\overrightarrow{U}\big)
-\overrightarrow{rot}\big(\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{U}\big)}`
$$
`\;\;-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{U}}{\partial t^2}=0}`
$
*
<br>
ou écrit avec le laplacien scalaire :
<br>
**$`\large{\overrightarrow{\Delta}\,\overrightarrow{U}-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{U}}{\partial t^2}=0}`$**
<br>
**alors le champ vectoriel $`f`$ se propage**
*à la célérité $`\mathscr{v}`$*
.
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