電磁気学(118)波動方程式(16)平面波(12)定ベクトルについて(補足3)追加
記事中に登場した定ベクトルに∇が作用するとどうなるか?について補足説明します。
(本論)
まず、関連する内容は、
電磁気学(113)波動方程式(11)平面波(7)残るマクスウェル方程式を満たす条件(1)
https://jo3krp2.seesaa.net/article/519643684.html
「さらに、Eoは定ベクトルなので、∇×Eoはゼロとなります。」
電磁気学(115)波動方程式(13)平面波(9)残るマクスウェル方程式を満たす条件(2)
https://jo3krp2.seesaa.net/article/519682521.html
「さらに、Boは定ベクトルなので、∇×Boはゼロとなります。」のところです。
(補足3)
1. 定ベクトルとは、
定ベクトル(constant vector)とは、数学や物理学において、大きさと向きがともに変化しない(一定である)ベクトルのことを指します。 主な特徴は以下の通りです。
(1) 定義
ベクトル a が変数(例えば時間 t や座標 r=(x,y,z)に依存せず、常に一定である場合、それを定ベクトルと呼びます。
(2) 数学的性質
定ベクトル a を任意の変数tで微分すると、その値は必ず零ベクトルになります。
da/dt=0
成分表示で考えると、各成分( ax,ay,az) がすべて定数であるため、微分すると 0 になるからです。
(3) 注意点:「大きさが一定」との違い
「定ベクトル」と「大きさが一定のベクトル」は混同されやすいですが、明確な違いがあります。 定ベクトル: 大きさも向きも不変。大きさが一定のベクトル: 大きさは変わらないが、向きが変化する場合があります。例:円運動をしている物体の位置ベクトルは、原点からの距離(大きさ)は一定ですが、向きが常に変わるため定ベクトルではありません。
2. ∇との関係
定ベクトルとベクトル関数の積にナブラ演算子∇を作用させたらどうなるか?をまとめます。
まず、定ベクトルaが∇に対し、以下が成り立ちます。
(1) 発散:∇・a=0
(2) 回転:∇×a=0
(3) 勾配:∇(a⋅r)=a
また、定ベクトルa、ベクトル関数Aの積に∇が作用する場合には、以下が成り立ちます。
(4) (A⋅∇)a=0
(5) ∇⋅(a×A)=−a⋅(∇×A)
(6) ∇×(a×A)=a(∇⋅A)−(a⋅∇)A
(7) ∇(a⋅A)=(a⋅∇)A+a×(∇×A)
3. 物理的な例
(1) 重力加速度 g: 狭い範囲内での地表付近の重力加速度は、向き(鉛直下向き)も大きさ(約 9.8m/s^2)も変わらないため、定ベクトルとして扱われます。
(2) 一様な電場・磁場: 空間内のどこでも強さと向きが一定である電場Eや磁場Bも定ベクトルです。
※(以上は、AIによる回答と「定ベクトルとベクトル関数の積のベクトル演算のまとめ」https://toy1972.hatenablog.com/entry/2020/05/21/083801より引用した部分を組み合わせました。)
4. 今回記事中の該当する式部分
ここでは、(2)の∇×aのかたち、∇×Eoまたは、∇×Boとなるため、0(ゼロベクトル)となって、
sin(kE・r-ωEt)∇×Eo=0
sin(kB・r-ωBt)∇×Bo=0
※ kとωに電場と磁場の添え字を付けた場合
または、
sin(k・r-ωt)∇×Eo=0
sin(k・r-ωt)∇×Bo=0
※ 添え字区分しない場合
となることから、この項は無くなります。
(本論)
まず、関連する内容は、
電磁気学(113)波動方程式(11)平面波(7)残るマクスウェル方程式を満たす条件(1)
https://jo3krp2.seesaa.net/article/519643684.html
「さらに、Eoは定ベクトルなので、∇×Eoはゼロとなります。」
電磁気学(115)波動方程式(13)平面波(9)残るマクスウェル方程式を満たす条件(2)
https://jo3krp2.seesaa.net/article/519682521.html
「さらに、Boは定ベクトルなので、∇×Boはゼロとなります。」のところです。
(補足3)
1. 定ベクトルとは、
定ベクトル(constant vector)とは、数学や物理学において、大きさと向きがともに変化しない(一定である)ベクトルのことを指します。 主な特徴は以下の通りです。
(1) 定義
ベクトル a が変数(例えば時間 t や座標 r=(x,y,z)に依存せず、常に一定である場合、それを定ベクトルと呼びます。
(2) 数学的性質
定ベクトル a を任意の変数tで微分すると、その値は必ず零ベクトルになります。
da/dt=0
成分表示で考えると、各成分( ax,ay,az) がすべて定数であるため、微分すると 0 になるからです。
(3) 注意点:「大きさが一定」との違い
「定ベクトル」と「大きさが一定のベクトル」は混同されやすいですが、明確な違いがあります。 定ベクトル: 大きさも向きも不変。大きさが一定のベクトル: 大きさは変わらないが、向きが変化する場合があります。例:円運動をしている物体の位置ベクトルは、原点からの距離(大きさ)は一定ですが、向きが常に変わるため定ベクトルではありません。
2. ∇との関係
定ベクトルとベクトル関数の積にナブラ演算子∇を作用させたらどうなるか?をまとめます。
まず、定ベクトルaが∇に対し、以下が成り立ちます。
(1) 発散:∇・a=0
(2) 回転:∇×a=0
(3) 勾配:∇(a⋅r)=a
また、定ベクトルa、ベクトル関数Aの積に∇が作用する場合には、以下が成り立ちます。
(4) (A⋅∇)a=0
(5) ∇⋅(a×A)=−a⋅(∇×A)
(6) ∇×(a×A)=a(∇⋅A)−(a⋅∇)A
(7) ∇(a⋅A)=(a⋅∇)A+a×(∇×A)
3. 物理的な例
(1) 重力加速度 g: 狭い範囲内での地表付近の重力加速度は、向き(鉛直下向き)も大きさ(約 9.8m/s^2)も変わらないため、定ベクトルとして扱われます。
(2) 一様な電場・磁場: 空間内のどこでも強さと向きが一定である電場Eや磁場Bも定ベクトルです。
※(以上は、AIによる回答と「定ベクトルとベクトル関数の積のベクトル演算のまとめ」https://toy1972.hatenablog.com/entry/2020/05/21/083801より引用した部分を組み合わせました。)
4. 今回記事中の該当する式部分
ここでは、(2)の∇×aのかたち、∇×Eoまたは、∇×Boとなるため、0(ゼロベクトル)となって、
sin(kE・r-ωEt)∇×Eo=0
sin(kB・r-ωBt)∇×Bo=0
※ kとωに電場と磁場の添え字を付けた場合
または、
sin(k・r-ωt)∇×Eo=0
sin(k・r-ωt)∇×Bo=0
※ 添え字区分しない場合
となることから、この項は無くなります。
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