Связь градиента с производной по направлению

Теорема: Пусть задана функция u = u(x, y, z) и поле градиентов

Связь градиента с производной по направлению - student2.ru .

Тогда производная Связь градиента с производной по направлению - student2.ru по направлению некоторого вектора Связь градиента с производной по направлению - student2.ru равняется проекции вектора gradu на вектор Связь градиента с производной по направлению - student2.ru .

Доказательство: Рассмотрим единичный вектор Связь градиента с производной по направлению - student2.ru и некоторую функцию u = u(x, y, z) и найдем скалярное произведение векторов Связь градиента с производной по направлению - student2.ru и gradu.

Связь градиента с производной по направлению - student2.ru

Выражение, стоящее в правой части этого равенства является производной функции u по направлению s.

Т.е. Связь градиента с производной по направлению - student2.ru . Если угол между векторами gradu и Связь градиента с производной по направлению - student2.ru обозначить через j, то скалярное произведение можно записать в виде произведения модулей этих векторов на косинус угла между ними. С учетом того, что вектор Связь градиента с производной по направлению - student2.ru единичный, т.е. его модуль равен единице, можно записать:

Связь градиента с производной по направлению - student2.ru

Выражение, стоящее в правой части этого равенства и является проекцией вектора gradu на вектор Связь градиента с производной по направлению - student2.ru .

Теорема доказана.

Для иллюстрации геометрического и физического смысла градиента скажем, что градиент – вектор, показывающий направление наискорейшего изменения некоторого скалярного поля u в какой- либо точке. В физике существуют такие понятия как градиент температуры, градиент давления и т.п. Т.е. направление градиента есть направление наиболее быстрого роста функции.

С точки зрения геометрического представления градиент перпендикулярен поверхности уровня функции.

Наши рекомендации