background image

VECTOR IDENTITIES

4

Notation:

f, g,

are scalars;

A

,

B

, etc., are vectors;

T

is a tensor;

I

is the unit

dyad.

(1)

A

·

B

×

C

=

A

×

B

·

C

=

B

·

C

×

A

=

B

×

C

·

A

=

C

·

A

×

B

=

C

×

A

·

B

(2)

A

×

(

B

×

C

) = (

C

×

B

)

×

A

= (

A

·

C

)

B

−

(

A

·

B

)

C

(3)

A

×

(

B

×

C

) +

B

×

(

C

×

A

) +

C

×

(

A

×

B

) = 0

(4) (

A

×

B

)

·

(

C

×

D

) = (

A

·

C

)(

B

·

D

)

−

(

A

·

D

)(

B

·

C

)

(5) (

A

×

B

)

×

(

C

×

D

) = (

A

×

B

·

D

)

C

−

(

A

×

B

·

C

)

D

(6)

∇

(

f g

) =

∇

(

gf

) =

f

∇

g

+

g

∇

f

(7)

∇ Â·

(

f

A

) =

f

∇ Â·

A

+

A

· âˆ‡

f

(8)

∇ Ã—

(

f

A

) =

f

∇ Ã—

A

+

∇

f

×

A

(9)

∇ Â·

(

A

×

B

) =

B

· âˆ‡ Ã—

A

−

A

· âˆ‡ Ã—

B

(10)

∇ Ã—

(

A

×

B

) =

A

(

∇ Â·

B

)

−

B

(

∇ Â·

A

) + (

B

· âˆ‡

)

A

−

(

A

· âˆ‡

)

B

(11)

A

×

(

∇ Ã—

B

) = (

∇

B

)

·

A

−

(

A

· âˆ‡

)

B

(12)

∇

(

A

·

B

) =

A

×

(

∇ Ã—

B

) +

B

×

(

∇ Ã—

A

) + (

A

· âˆ‡

)

B

+ (

B

· âˆ‡

)

A

(13)

∇

2

f

=

∇ Â· âˆ‡

f

(14)

∇

2

A

=

∇

(

∇ Â·

A

)

− âˆ‡ Ã— âˆ‡ Ã—

A

(15)

∇ Ã— âˆ‡

f

= 0

(16)

∇ Â· âˆ‡ Ã—

A

= 0

If

e

1

, e

2

, e

3

are orthonormal unit vectors, a second-order tensor

T

can be

written in the dyadic form

(17)

T

=

P

i,j

T

ij

e

i

e

j

In cartesian coordinates the divergence of a tensor is a vector with components

(18) (

∇·

T

)

i

=

P

j

(

∂T

ji

/∂x

j

)

[This definition is required for consistency with Eq. (29)]. In general

(19)

∇ Â·

(

AB

) = (

∇ Â·

A

)

B

+ (

A

· âˆ‡

)

B

(20)

∇ Â·

(

f

T

) =

∇

f

·

T

+

f

∇·

T

4

background image

Let

r

=

i

x

+

j

y

+

k

z

be the radius vector of magnitude

r

, from the origin to

the point

x, y, z

. Then

(21)

∇ Â·

r

= 3

(22)

∇ Ã—

r

= 0

(23)

∇

r

=

r

/r

(24)

∇

(1

/r

) =

−

r

/r

3

(25)

∇ Â·

(

r

/r

3

) = 4

πδ

(

r

)

(26)

∇

r

=

I

If

V

is a volume enclosed by a surface

S

and

d

S

=

n

dS

, where

n

is the unit

normal outward from

V,

(27)

Z

V

dV

∇

f

=

Z

S

d

S

f

(28)

Z

V

dV

∇ Â·

A

=

Z

S

d

S

·

A

(29)

Z

V

dV

∇·

T

=

Z

S

d

S

·

T

(30)

Z

V

dV

∇ Ã—

A

=

Z

S

d

S

×

A

(31)

Z

V

dV

(

f

∇

2

g

−

g

∇

2

f

) =

Z

S

d

S

·

(

f

∇

g

−

g

∇

f

)

(32)

Z

V

dV

(

A

· âˆ‡ Ã— âˆ‡ Ã—

B

−

B

· âˆ‡ Ã— âˆ‡ Ã—

A

)

=

Z

S

d

S

·

(

B

נ∇ Ã—

A

−

A

נ∇ Ã—

B

)

If

S

is an open surface bounded by the contour

C

, of which the line element is

d

l

,

(33)

Z

S

d

S

נ∇

f

=

I

C

d

l

f

5

background image

(34)

Z

S

d

S

· âˆ‡ Ã—

A

=

I

C

d

l

·

A

(35)

Z

S

(

d

S

נ∇

)

×

A

=

I

C

d

l

×

A

(36)

Z

S

d

S

·

(

∇

f

נ∇

g

) =

I

C

f dg

=

−

I

C

gdf

6