As identidades a seguir são relevantes para o Cálculo Vetorial:

Notação de Operadores

Gradiente

No Sistema de coordenadas cartesiano em três dimensões, o gradiente de alguma função é dado por:

onde i, j, k são os vetores de uma Base ortonormal.

O gradiente de um campo tensorial, , de ordem n é geralmente escrito como:

e é um campo tensorial de ordem . Em particular, se o campo tensorial tem ordem 0, como por exemplo um campo escalar , o gradiente resultante,

é um campo vetorial.

Divergente

No espaço cartesiano tridimensional, a divergência de uma campo vetorial continuamente diferenciável é definida como a função escalar:

A divergência de um campo tensorial, , de ordem não nula n, é geralmente escrita como

e é uma contração para um tensor de ordem . Especificamente, a divergência de um vetor é um escalar. A divergência de um campo tensorial de ordem superor pode ser encontrada decompondo-se o campo tensorial na soma dos produtos externos, assim permitindo o uso da identidade,

onde é a derivada direcional na direção multiplicada pela sua magnitude. Especificamente, para o produto externo de dois vetores,

Rotacional

Em coordenadas cartesianas, para :

onde i, j, and k são os vetores unitários para os eixos x-, y-, e z- , respectivamente.

Para um campo vetorial tridimensional , o rotacional também é um campo vetorial tridimensional, normalmente escrito como:

ou na Notação de Einstein como:

onde ε é o Símbolo de Levi-Civita.

Laplaciano

Em coordenadas cartesianas, o Laplaciano de uma função é

Para um campo tensorial, , o laplaciano é geralmente escrito como:

e é um campo tensorial de mesma ordem.

Notações especiais Na Notação de Feynman,

onde a notação ∇B significa que o gradiente subscrito opera somente no fator B.

Uma ideia semelhante mas menos geral é utilizada na álgebra geométrica, onde a notação de sobreponto Hestenes é utilizada. A identidade acima é então expressada como:

onde o sobreponto define o escopo da derivada vetorial. O vetor com sobreponto, neste caso B, é diferenciado, enquanto o A, sem ponto, é mantido constante.

Pelo resto deste artigo, a notação subscrita de Feynman será usada onde for apropriado.

Propriedades

Propriedades distributivas

Regra do Produto para o Gradiente O gradiente do produto de dois campos escalares and segue a mesma forma da regra do produto no cálculo de variável simples.

Produto de um Escalar e um Vetor

Regra do Quociente

Regra da Cadeia

Produto Escalar ou Produto Vetorial Interno

onde denota o Jacobiano de .

Alternativamente, usando notação subscrita de Feynman,

Como um caso especial, quando ,

Produto Vetorial

Derivações Segundas

Rotacional do Gradiente

O rotacional do gradiente de qualquer campo escalar contínuo duplamente diferenciável é sempre o vetor nulo.

Divergente do Rotacional O divergente do rotacional de qualquer campo vetorial A (cujas componentes são funções que admitem a segunda derivada, sendo a última uma função contínua) é sempre zero:

Divergente do Gradiente O Laplaciano de um campo escalar é o divergente do seu gradiente:

O resultado é um valor escalar.

Rotacional do Rotacional

Aqui,∇2 é o vetor Laplaciano operando no campo vetorial A.

Sumário de Identidades Importantes

Adição e Multiplicação

(Produto triplo) (Produto triplo) (Produto triplo) (Identidade de Jacobi) (Identidade de Jacobi)

Diferenciação

Gradiente

Divergente

Rotacional

Derivações Segundas miniaturadaimagem|DCG chart:

Um mapa demonstrando todas as regras pertinentes as segundas derivações.

D, C, G, L e CC representam, respectivamente, divergente, rotacional, gradiente, Laplaciano e rotacional do rotacional.

As setas indicam a existência de segundas derivações. O círculo azul no centro representa o rotacional do rotacional, enquanto os outros dois círculo vermelhos tracejados significam que divergente do divergente e gradiente do gradiente não existem.

(Laplaciano escalar) (Laplaciano vetorial)

(Identidade vetorial de Green)

Derivações Terceiras

Integração Abaixo, o símbolo ∂ significa "contorno de".

Integrais de Superfície-volume Nos teoremas de integral de superfície-volume, V denota o volume tridimensional correspondente ao contorno bidimensional S = ∂V (uma superfície fechada):

(Teorema da divergência)

(Primeira Identidade de Green)

(Segunda Identidade de Green)

Integrais de Curva-Superfície Nos teoremas de integral de curva-superfície a seguir S denta uma superfície bidimensional aberta com contorno correspondente (uma curva fechada):

(Teorema de Stokes)

Integração ao redor de uma curva fechada no sentido horário é o negativo da mesma integral de linha no sentido anti-horário, o que é análogo a mudar a inverter os limites em uma integral definida.

Referências

Leitura Adicional

Categoria:Cálculo vetorial Categoria:Listas de matemática