Nabla in coordinate cilindriche e sferiche

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Template:F Nel calcolo vettoriale è spesso utile conoscere come esprimere in altri sistemi di coordinate diversi da quello cartesiano.

Operatore Coordinate cartesiane (x,y,z) Coordinate cilindriche (ρ,φ,z) Coordinate sferiche (r,θ,φ)
Definizione delle coordinate   {x=ρcosϕy=ρsinϕz=z {x=rsinθcosϕ0θπy=rsinθsinϕ0ϕ<2πz=rcosθ0r<+
{ρ=x2+y2ϕ=arctan(y/x)z=z {r=x2+y2+z2θ=arccos(z/r)ϕ=arctan(y/x)
Campo vettoriale 𝐀 Ax𝐱^+Ay𝐲^+Az𝐳^ Aρρ^+Aϕϕ^+Az𝒛^ Ar𝒓^+Aθθ^+Aϕϕ^
Gradiente f fx𝐱^+fy𝐲^+fz𝐳^ fρρ^+1ρfϕϕ^+fz𝒛^ fr𝒓^+1rfθθ^+1rsinθfϕϕ^
Divergenza 𝐀 Axx+Ayy+Azz 1ρ(ρAρ)ρ+1ρAϕϕ+Azz 1r2(r2Ar)r+1rsinθθ(Aθsinθ)+1rsinθAϕϕ
Rotore ×𝐀 (AzyAyz)𝐱^+(AxzAzx)𝐲^+(AyxAxy)𝐳^  (1ρAzϕAϕz)ρ^+(AρzAzρ)ϕ^+1ρ((ρAϕ)ρAρϕ)𝒛^  1rsinθ(θ(Aϕsinθ)Aθϕ)𝒓^+1r(1sinθArϕr(rAϕ))θ^+1r(r(rAθ)Arθ)ϕ^ 
Laplaciano 2f 2fx2+2fy2+2fz2 1ρρ(ρfρ)+1ρ22fϕ2+2fz2 1r2r(r2fr)+1r2sinθθ(sinθfθ)+1r2sin2θ2fϕ2
Laplaciano di un vettore 2𝐀 2Ax𝐱^+2Ay𝐲^+2Az𝐳^ (2AρAρρ22ρ2Aϕϕ)ρ^+(2AϕAϕρ2+2ρ2Aρϕ)ϕ^+(2Az)𝒛^  (2Ar2Arr22r2sinθ(Aθsinθ)θ2r2sinθAϕϕ)𝒓^+(2AθAθr2sin2θ+2r2Arθ2cosθr2sin2θAϕϕ)θ^+(2AϕAϕr2sin2θ+2r2sinθArϕ+2cosθr2sin2θAθϕ)ϕ^
Lunghezza infinitesima d𝐥=dx𝐱^+dy𝐲^+dz𝐳^ d𝐥=dρρ^+ρdϕϕ^+dz𝒛^ d𝐥=dr𝐫^+rdθθ^+rsinθdϕϕ^
Area infinitesima d𝐒=dydz𝐱^+dxdz𝐲^+dxdy𝐳^ d𝐒=ρdϕdzρ^+dρdzϕ^+ρdρdϕ𝐳^ d𝐒=r2sinθdθdϕ𝐫^+rsinθdrdϕθ^+rdrdθϕ^
Volume infinitesimo dv=dxdydz dv=ρdρdϕdz dv=ρ2sinθdρdθdϕ

Relazioni notevoli (valgono in tutti i sistemi di riferimento)

  • divgradf=(f)=2f (Laplaciano)
  • rotgradf=×(f)=0
  • divrot𝐀=(×𝐀)=0
  • rotrot𝐀=×(×𝐀)=(𝐀)2𝐀
  • 2fg=f2g+2fg+g2f

Formula di Lagrange per il prodotto vettoriale: 𝐀×(𝐁×𝐂)=𝐁(𝐀𝐂)𝐂(𝐀𝐁)

  • (f𝐀)=f𝐀+𝐀f
  • ×f𝐀=f×𝐀𝐀×f
  • (𝐀𝐁)=(𝐀)𝐁+(𝐁)𝐀+𝐀×(×𝐁)+𝐁×(×𝐀),
che insieme a 𝐀=𝐁=𝐯 segue immediatamente Template:Senza fonte:
(𝐯)𝐯=𝐯22𝐯×(×𝐯)
  • ×(𝐀×𝐁)=𝐀(𝐁)𝐁(𝐀)+(𝐁)𝐀(𝐀)𝐁
  • (𝐀×𝐁)=𝐁(×𝐀)𝐀(×𝐁)

Nota

  • La funzione atan2(y,x) è usata al posto di arctan(y/x) per il suo dominio. La funzione arctan(y/x) ha immagine in (π/2,π/2), mentre atan2(y,x) ha immagine in (π,π].

Voci correlate

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