Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Indexes deriválás

322
Hogyan oldhatóak meg az alábbi feladatok indexes deriválással?
Δ(eAe)
Δ(rAr)
Δ(eSe),
ahol A konstans antiszimmetrikus mátrix, S konstans szimmetrikus mátrix és e az r irányú egységvektor
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
0
Középiskola / Fizika

Válaszok

1
Mátrix és vektor szorzata vektor, ezt még egy vektorral megszorozva skalárt kapunk. Tehát mindhárom esetben egy skalármezőn ható Laplace-operátort kell kiértékelni, aminek az eredménye is skalármező lesz.

Az első kettőt könnyű megválaszolni, ugyanis antiszimmetrikus mátrix esetén a `mathbf{vAv}` szorzat minden `mathbf{v}` vektorra nulla, tehát a Laplace is nulla. (Lineáris algebrában gondolkodva: `\mathbf{v}^text{T} mathbf{Av}=\mathbf{v}^text{T} mathbf{A}^text{T}mathbf{v}`, de most `mathbf{A}^text{T}=-mathbf{A}`, tehát `\mathbf{v}^text{T} mathbf{Av}=-\mathbf{v}^text{T} mathbf{Av}`, vagyis `\mathbf{v}^text{T} mathbf{Av}=0`.)

A másodikat gyakorlásképpen nézzük meg általánosan is, mert érdekes és nem nehéz:

`Delta(mathbf{rAr})``=``grad^2(mathbf{rAr})``=``partial_i partial_i A_{jk}x_k x_j``=``A_{jk} partial_i partial_i x_j x_k``=``A_{jk} partial_i [(partial_i x_j) x_k+x_j partial_i x_k]``=``A_{jk} partial_i [delta_{ij} x_k+x_j delta_{ik}]``=``A_{jk}[delta_{ij}partial_i x_k+delta_{ik} partial_i x_j]``=``A_{jk}[delta_{ij}delta_{ik}+delta_{ik}delta_{ij}]``=``2delta_{jk}A_{jk}``=``2A_{jj}``=``2\text{Tr}(mathbf{A})`

Vagyis ez a mátrix nyomának a duplája. Antiszimmetrikus esetben a főátlóban csupa nulla van, ezért persze most a nyom is nulla.

Nézzük a harmadikat:

`Delta(mathbf{eSe})``=``grad^2(mathbf{eSe})``=``partial_i partial_i S_{jk}e_k e_j``=``partial_i partial_i S_{jk}x_j x_k r^-2``=``S_{jk} partial_i partial_i x_j x_k r^-2``=``S_{jk} partial_i [(partial_i x_j) x_k r^-2+x_j partial_i x_k r^-2]``=``S_{jk} partial_i [delta_{ij} x_k r^-2+x_j [(partial_i x_k) r^-2+x_k partial_i r^-2]]``=``S_{jk} partial_i [delta_{ij} x_k r^-2+x_j [delta_{ik} r^-2-2x_k r^-3 partial_i r]]``=``S_{jk} partial_i [delta_{ij} x_k r^-2+delta_{ik}x_j r^-2-2x_i x_j x_k r^-4 ]=...`

Végig kell még egyszer deriválni a zárójelben lévő tagokat. A kéttényezőseket már láttuk, ezek ráadásul egyenlőek:

`delta_{ij} partial_i x_k r^-2``=``delta_{ij}[(partial_i x_k) r^-2+x_k partial_i r^-2]``=``delta_{ij}[delta_{ik} r^-2-2x_i x_k r^-4]``=``delta_{jk} r^-2-2x_j x_k r^-4`

`delta_{ik} partial_i x_j r^-2``=``delta_{ik}[(partial_i x_j) r^-2+x_j partial_i r^-2]``=``delta_{ik}[delta_{ij} r^-2-2x_i x_j r^-4]``=``delta_{jk} r^-2-2x_j x_k r^-4`

A négytényezős picit hosszadalmasabb:

`-2partial_ix_i x_j x_k r^-4``=``-2[(partial_i x_i) x_j x_k r^-4+x_i partial_i x_j x_k r^-4]``=``-2[delta_{ii} x_j x_k r^-4+x_i [(partial_i x_j) x_k r^-4+ x_j partial_i x_k r^-4]]``=``-2[delta_{ii} x_j x_k r^-4+x_i [delta_{ij} x_k r^-4+ x_j [(partial_i x_k) r^-4+ x_k partial_i r^-4]]]``=``-2[delta_{ii} x_j x_k r^-4+x_i [delta_{ij} x_k r^-4+ x_j [delta_{ik} r^-4-4x_i x_k r^-6]]]``=``-2[delta_{ii} x_j x_k r^-4+x_j x_k r^-4+ x_j x_k r^-4-4x_i x_i x_j x_k r^-6]``=``-10 x_j x_k r^-4+8x_i x_i x_j x_k r^-6`

Tehát akkor összerakva:

`...=S_{jk} [2delta_{jk} r^-2-4x_j x_k r^-4-10 x_j x_k r^-4+8x_i x_i x_j x_k r^-6]``=``S_{jk} [2delta_{jk} r^-2-14 x_j x_k r^-4+8x_i x_i x_j x_k r^-6]``=``2S_{jj} r^-2-14S_{jk} x_j x_k r^-4+8S_{jk}x_i x_i x_j x_k r^-6``=``2{\text{Tr}(mathbf{S})}/r^2-14 mathbf{rSr}/r^4+8(mathbf{r}^2*mathbf{rSr})/r^6``=``2{\text{Tr}(mathbf{S})}/r^2-14 mathbf{eSe}/r^2+8(mathbf{eSe})/r^2``=``(2\text{Tr}(mathbf{S})-6mathbf{eSe})/r^2`
1