电磁场与波的部分定理证明
最近在学习电磁场与波的时候,看到书上有些公式定理没给证明就直接在用,就尝试着推导了一下
- 关于R1的微分
∇(R1)=−R3R
这个式子第一眼看过去好怪,一个标量求散度之后得到了一个矢量,所以想推导一下
推导过程如下所示
设位置矢量为R=r−r′,其中r=xex+yey+zez,r′=x′ex+y′ey+z′ez
先推导∇R
∇R=∂x∂Rex+∂y∂Rey+∂z∂Rez=(x−x′)2+(y−y′)2+(z−z′)2x−x′ex+(x−x′)2+(y−y′)2+(z−z′)2y−y′ey+(x−x′)2+(y−y′)2+(z−z′)2z−z′ez=Rx−x′ex+Ry−y′ey+Rz−z′ez=RR
再推导∇(R1)
∇(R1)=R2∇R=R3R
- The Laplacian of R1
我们需要进行分类讨论
当R=0时,有
∇2(R1)=R21∂R∂(R2∂R∂(r1))=R21∂R∂(−1)=0
当R包含原点时,对∇2(R1)进行体积分
∫V∇2(R1)dV=∫Va∇2(R1)dV+∫Vb∇2(R1)dV=∫Va∇2(R1)dV
其中Vb不包含原点,Va是以原点为秋心,半径为r的球体,利用散度定理可知
∫Va∇2(r1)dV=∫Va∇⋅∇(r1)dV=∫S∇(r1)⋅ndS
其中n为球体表面外法线方向的单位向量,注意其与半径方向一致,则
∫S∇(R1)⋅ndS=∫02π∫0π∇(R1)⋅nR2sinθdθdφ=∫02π∫0π−(R21)n⋅nR2sinθdθdφ=−∫0π2πsinθdθ=−4π
因此可得
∇2(R1)=−4πδ(R)
To be continued⋯