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##### Opérateur laplacien et équation d'onde d'un champ scalaire. ##### Opérateur laplacien et équation d'onde d'un champ scalaire.
* Un champ scalaire $`\overrightarrow{U}`$ se propage s'il vérifie l'équation d'onde scalaire. * Un *champ scalaire $`\overrightarrow{U}`$ se propage* s'il vérifie l'**équation d'onde scalaire**.
<br> <br>
L'écriture générale de cette équation utilise l'opérateur lagrangien scalaire et s'écrit : L'écriture générale de cette équation *utilise l'opérateur lagrangien scalaire $`\Delta`$* et s'écrit :
<br> <br>
$`\Delta\overrightarrow{U}-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{U}}{\partial t^2}=0`$ **$`\Delta\overrightarrow{U}-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{U}}{\partial t^2}=0`$**
* Cet opérateur laplacien scalaire possède une existence en soit, indépendante de son expression dans un système * Cet opérateur laplacien scalaire **$`\Delta`$ possède une existence en soit**,
de coordonnées donné, de même qu'un vecteur à une existence en soit, indépendante de l'expression de ses composantes *indépendante de son expression dans un système de coordonnées* donné, de même qu'un vecteur à une existence en soit, indépendante de l'expression de ses composantes
dans un système de coordonnées donné. dans un système de coordonnées donné.
* Exprimée en coordonnées cartésiennes, l'équation d'onde scalaire s'écrit : * Exprimée **en coordonnées cartésiennes**, l'*équation d'onde scalaire* s'écrit :
<br> <br>
$`\left(\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 f}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 f}{\partial z^2}\right)-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 f}{\partial t^2}=0`$ *$`\left(\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2 f}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2 f}{\partial z^2}\right)-\dfrac{1}{\mathscr{v}^2}\dfrac{\partial^2 f}{\partial t^2}=0`$*
<br> <br>
l'expression du laplacien scalaire en coordonnées cartésienne étant : l'expression du laplacien scalaire **$`\Delta`$ en coordonnées cartésienne** étant :
<br> <br>
$`\Delta=\dfrac{\partial^2}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial z^2}`$ **$`\Delta=\dfrac{\partial^2}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial z^2}`$**
!!! *Exemples de champs scalaires* : !!! *Exemples de champs scalaires* :
!!! * le champ des température dans l'atmosphère terrestre. !!! * le champ des température dans l'atmosphère terrestre.
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##### Champ scalaire et opérateur $`\overrightarrow{grad}`$ ##### Champ scalaire et opérateur $`\overrightarrow{grad}`$
* Un champ scalaire $`f`$, fonction continue et au moins une fois dérivable de l'espace, peut être * Un **champ scalaire $`f`$**, fonction continue et au moins une fois dérivable de l'espace, peut être
caractérisé en chacun de ses points par un vecteur gradient $`\overrightarrow{grad}\,f`$. caractérisé *en chacun de ses points* par un *vecteur gradient $`\overrightarrow{grad}\,f`$*.
<br> <br>
$`\Longrightarrow`$ nous pouvons construire le champ de gradient $`\overrightarrow{grad}\,f`$ qui est un champ vectoriel. **$`\Longrightarrow`$** nous pouvons construire le *champ de gradient $`\overrightarrow{grad}\,f`$* qui est un champ vectoriel.
* Ce champ vectoriel $`\overrightarrow{grad}\,f`$, si $`f`$ est deux fois déribale, peut être caractérisé * Ce **champ vectoriel $`\overrightarrow{grad}\,f`$**, si $`f`$ est deux fois dérivable, peut être caractérisé
en chacun de ses points par sa divergence $`div\,\overrightarrow{grad}\,f`$. *en chacun de ses points* par sa *divergence $`div\,\overrightarrow{grad}\,f`$*.
<br> <br>
$`\Longrightarrow`$ nous pouvons construire le champ de divergence $`\overrightarrow{grad}\,f`$ qui est un champ scalaire. **$`\Longrightarrow`$** nous pouvons construire le **champ de divergence $`\overrightarrow{grad}\,f`$** qui est un champ scalaire.
* Cherchons l'expression de ce champ de divergence en fonction du champ f, en coordonnées cartésiennes. * Cherchons l'expression de ce champ de divergence en fonction du champ f, en coordonnées cartésiennes.
* L'expression cartésienne du gradient d'un champ $`f`$ est : * L'expression cartésienne du gradient d'un champ $`f`$ est :
$`\overrightarrow{grad}\,f=\dfrac{\partial f}{\partial x}\overrightarrow{e_x}+\dfrac{\partial f}{\partial y}\overrightarrow{e_y}+\dfrac{\partial f}{\partial z}\overrightarrow{e_z}`$ $`\overrightarrow{grad}\,f=\dfrac{\partial f}{\partial x}\overrightarrow{e_x}+\dfrac{\partial f}{\partial y}\overrightarrow{e_y}+\dfrac{\partial f}{\partial z}\overrightarrow{e_z}`$
* L'expression cartésienne de la divergence d'un champ $`\overrightarrow{U}`$ est : * L'expression cartésienne de la divergence d'un champ $`\overrightarrow{U}`$ est :
$`div\,\overrightarrow{U}=\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}`$ $`div\,\overrightarrow{U}=\dfrac{\partial U_x}{\partial x}+\dfrac{\partial U_y}{\partial y}+\dfrac{\partial U_z}{\partial z}`$
<br> * La combinaison des deux expressions permet d'exprimer la
ce qui donne au total : *divergence du gradient de $`f`$ en coordonnées cartésiennes* :
**$`div\,\overrightarrow{grad}\,f`$**$`\;= \dfrac{\partial}{\partial x}\big(\dfrac{\partial f}{\partial x}\big)+\dfrac{\partial}{\partial y}\big(\dfrac{\partial f}{\partial y}\big)+\dfrac{\partial}{\partial z}\big(\dfrac{\partial f}{\partial z}\big)`$
<br>
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