在物理学和数学中的向量分析中,亥姆霍兹定理,[1][2] 或称向量分析基本定理,[3][4][5][6][7][8][9] 指出对于任意足够光滑、快速衰减的三维向量场可分解为一个无旋向量场和一个螺线向量场的和,这个过程被称作亥姆霍兹分解。此定理以物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹为名。[10]
定理内容
假定 F 为定义在有界区域 V ⊆ R3 里的二次连续可微向量场,且 S 为 V 的包围面,则 F 可被分解成无旋度及无散度两部分:[11]
- ,
其中
如果 V = R3,且 F 在无穷远处消失的比 快,则标势及矢势的第二项为零,也就是说
[12]
推导
假定我们有一个向量函数,且其旋度及散度已知。利用狄拉克δ函数可将函数改写成
- ,
- 。
利用以下等式
- ,
可得
- 。
注意到,我们可将上式改写成
- 。
利用以下二等式,
- 。
可得
- 。
利用散度定理,方程可改写成
- 。
定义
所以
(疑似有错误) 将F改写成傅里叶变换的形式:
标量场的傅里叶变换是一个标量场,向量场的傅里叶变换是一个维度相同的向量场。 现在考虑以下标量场及向量场:
所以
注释
参考文献
外部链接
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