Выражение оператора Лапласа в цилиндрических координатах

H = H1 H2 H3 = r,

Du = div grad u =  = =.

§4. Выражение операций теории поля в сферических координатах

1. Сферические координаты (r, j, q) = (x1,x2,x3).

x = r cos q cos j

y = r cos q sin j

z = r sin q

e1 = er = (cos q cos j , cos q sin j , sin q),

e2 = ej = (- sin j , cos j , 0),

e3 = eq = (- sin q cos j , - sin q sin j , cos q).

Базис er , ej , eq – ортонормированный.

,

  = cos q e2 ,  = - cos q e1 + sin q e3 ,  = - sin q  e2 ,

 = e3 ,  = 0 ,  = - e1 .

.

Криволинейные интегралы

Условия независимости интеграла второго рода от пути интегрирования.

Определение. Область называется односвязной, если ее граница представляет собой связное множество. Область называется n-связной, если ее граница распадается на n- связных множеств.

Замечание. Формула Грина верна и для многосвязных областей.

До конца этого пункта будем считать, что область D - открытое и односвязное множество, а функции P(x,y), Q(x,y) непрерывны в замыкании D вместе со своими производными , . О формулах Френе

Лемма. Для того, чтобы интеграл

  (4)

( A, B – любые точки из D ) не зависел от пути интегрирования ( а только от начальной и конечной точек A, B ) необходимо и достаточно, чтобы по любой замкнутой кривой (по любому контуру) лежащей в D интеграл (4) был равен нулю

=0.

Доказательство (необходимость). Пусть (4) не зависит от пути интегрирования. Рассмотрим произвольный контур C, лежащий в области D и выберем две произвольные точки A, B на этом контуре. Тогда кривую C можно представить, как объединение двух кривых AB=G2 , AB=G1 , C= + G2 .

По условию =, кроме того =, поэтому =+=-=0. Для доказательства достаточности рассмотрим две точки A, B в области D и два пути AB=G2 , AB=G1 соединяющие эти две точки. Рассмотрим контур C= + G2 . По условию =0 , откуда, с учетом соотношения =+=-, следует требуемое равенство =.

Теорема 1. Для того, чтобы криволинейный интеграл (4) не зависел от пути интегрирования в D, необходимо и достаточно чтобы

в области D. (5)

Достаточность. Если (5) выполнено, то формуле Грина для любого контура C будет

=0,

откуда по лемме следует требуемое утверждение.