<4D F736F F D20837D834E B95FB92F68EAE>

Similar documents
1/17 平成 29 年 3 月 25 日 ( 土 ) 午前 11 時 1 分量子力学とクライン ゴルドン方程式 ( 学部 3 年次秋学期向 ) 量子力学とクライン ゴルドン方程式 素粒子の満たす場 y ( x,t) の運動方程式 : クライン ゴルドン方程式 : æ 3 ö ç å è m= 0

<4D F736F F D2094F795AA8C608EAE8E478B4C92A08250>

ポンスレの定理

chapter5

パソコンシミュレータの現状

補足 中学で学習したフレミング左手の法則 ( 電 磁 力 ) と関連付けると覚えやすい 電磁力は電流と磁界の外積で表される 力 F 磁 電磁力 F li 右ねじの回転の向き電 li ( l は導線の長さ ) 補足 有向線分とベクトル有向線分 : 矢印の位

1/30 平成 29 年 3 月 24 日 ( 金 ) 午前 11 時 25 分第三章フェルミ量子場 : スピノール場 ( 次元あり ) 第三章フェルミ量子場 : スピノール場 フェルミ型 ボーズ量子場のエネルギーは 第二章ボーズ量子場 : スカラー場 の (2.18) より ˆ dp 1 1 =

1 対 1 対応の演習例題を解いてみた 微分法とその応用 例題 1 極限 微分係数の定義 (2) 関数 f ( x) は任意の実数 x について微分可能なのは明らか f ( 1, f ( 1) ) と ( 1 + h, f ( 1 + h)

<4D F736F F D20824F B CC92E8979D814696CA90CF95AA82C691CC90CF95AA2E646F63>

1/12 平成 29 年 3 月 24 日午後 1 時 1 分第 3 章測地線 第 3 章測地線 Ⅰ. 変分法と運動方程式最小作用の原理に基づくラグランジュの方法により 重力場中の粒子の運動方程式が求められる これは 力が未知の時に有効な方法であり 今のような 一般相対性理論における力を求めるのに使

7. 曲面上の積分 (1) ここでは曲面上の積分を学びます. 微分幾何とは点の周りの状態を調べる学問 ( 曲面の局部理論 ) ですが, ガウス ボンネの定理が示すように曲面全体の状況すなわち大域的な内容を研究することも大切です. 曲面の大域的な内容を扱うには当然積分が必要です. ここでは曲面上の積分

1/10 平成 29 年 3 月 24 日午後 1 時 37 分第 5 章ローレンツ変換と回転 第 5 章ローレンツ変換と回転 Ⅰ. 回転 第 3 章光速度不変の原理とローレンツ変換 では 時間の遅れをローレンツ変換 ct 移動 v相対 v相対 ct - x x - ct = c, x c 2 移動

120 9 I I 1 I 2 I 1 I 2 ( a) ( b) ( c ) I I 2 I 1 I ( d) ( e) ( f ) 9.1: Ampère (c) (d) (e) S I 1 I 2 B ds = µ 0 ( I 1 I 2 ) I 1 I 2 B ds =0. I 1 I 2

2018年度 2次数学セレクション(微分と積分)

F S S S S S S S 32 S S S 32: S S rot F ds = F d l (63) S S S 0 F rot F ds = 0 S (63) S rot F S S S S S rot F F (63)

喨微勃挹稉弑

木村の物理小ネタ ケプラーの第 2 法則と角運動量保存則 A. 面積速度面積速度とは平面内に定点 O と動点 P があるとき, 定点 O と動点 P を結ぶ線分 OP( 動径 OP という) が単位時間に描く面積を 動点 P の定点 O に

解析力学B - 第11回: 正準変換

PowerPoint Presentation

<4D F736F F D F2095A F795AA B B A815B837D839382CC95FB92F68EAE2E646F63>

ヤコビ楕円関数とはなにか

2014年度 筑波大・理系数学

1

2018年度 岡山大・理系数学

2015年度 京都大・理系数学

PowerPoint Presentation

スライド 1

PowerPoint プレゼンテーション

0.,,., m Euclid m m. 2.., M., M R 2 ψ. ψ,, R 2 M.,, (x 1 (),, x m ()) R m. 2 M, R f. M (x 1,, x m ), f (x 1,, x m ) f(x 1,, x m ). f ( ). x i : M R.,,

( 23 )

i

2013年度 信州大・医系数学

変 位 変位とは 物体中のある点が変形後に 別の点に異動したときの位置の変化で あり ベクトル量である 変位には 物体の変形の他に剛体運動 剛体変位 が含まれている 剛体変位 P(x, y, z) 平行移動と回転 P! (x + u, y + v, z + w) Q(x + d x, y + dy,

1 nakayama/print/ Def (Definition ) Thm (Theorem ) Prop (Proposition ) Lem (Lemma ) Cor (Corollary ) 1. (1) A, B (2) ABC

第 6 章超ゲージ対称性 2002 年 1/12 第 6 章超ゲージ対称性 Non-abelian ゲージ群 第 1 章場の変換性と演算子 - 変数 X が同じとき より T a を generators にもつ Non-abelian 群の下で に注意して カイラル超場 F が = W = ( )

Microsoft Word - 微分入門.doc

1/17 第 13 章電子とディラック方程式 第 13 章電子とディラック方程式 Ⅰ. 量子力学と素粒子の運動方程式 素粒子は 寿命を持ち光速近くで運動するので ミュー中間子という素粒子を 用いて 第 4 章時間の遅れと長さの収縮 -Ⅲ. 素粒子の寿命の伸びで時間の 遅れの検証に持ちいた このミュウ

応用数学A

木村の物理小ネタ 単振動と単振動の力学的エネルギー 1. 弾性力と単振動 弾性力も単振動も力は F = -Kx の形で表されるが, x = 0 の位置は, 弾性力の場合, 弾性体の自然状態の位置 単振動の場合, 振動する物体に働く力のつり合

vecrot

2017年度 信州大・医系数学

公式集 数学 Ⅱ B 頭に入っていますか? 8 和積の公式 A + B A B si A + si B si os A + B A B si A si B os si A + B A B os A + os B os os A + B A B os A os B si si 9 三角関数の合成 si

i 18 2H 2 + O 2 2H 2 + ( ) 3K


05 年度センター試験数学 ⅡB () において,cos q 0 であるから,P ( cos q, sin q) より, 直線 OP を表す方程式は y sin q sin q x cos q cos q x すなわち, (sin q) x - (cos q) y 0 ( ) ク 点 O,P,Q が

2016年度 九州大・理系数学

1/17 平成 29 年 3 月 25 日 ( 土 ) 午前 11 時 37 分第 7 章 : 量子力学とディラック方程式 ( 学部 4 年次向 ) 第 7 章量子力学とディラック方程式 Ⅰ. クライン ゴルドン方程式の完全平方化 素粒子場 : y ( x,t ) の従うクライン ゴルドン方程式は

"éı”ç·ıå½¢ 微勃挹稉弑

スライド 1

<4D F736F F F696E74202D2095A8979D90948A CE394BC A2E707074>

航空機の運動方程式

<4D F736F F D20824F B834E835882CC92E8979D814690FC90CF95AA82C696CA90CF95AA2E646F63>

2015年度 信州大・医系数学

Phys1_03.key

12 2 E ds = 1 ρdv ε 1 µ D D S S D B d S = 36 E d B l = S d S B d l = S ε E + J d S 4 4 div E = 1 ε ρ div B = rot E = B 1 rot µ E B = ε + J

2016年度 京都大・文系数学

首都圏チェーンストアチラシ出稿状況調査 リニューアル 2014 年 6 Sample 月版版

1 1. はじめに ポンスレの閉形定理 Jacobi の証明 June 5, 2013 Akio Arimoto ヤコビは [2] においてポンスレの閉形定理に初等幾何を用いた証明を与え ている 大小 2つの円があり 一方が他方を完全に含んでいるとする 大小 2 円の半径をそれぞれ Rr, とする

<4D F736F F D2097CD8A7793FC96E582BD82ED82DD8A E6318FCD2E646F63>

grad φ(p ) φ P grad φ(p ) p P p φ P p l t φ l t = 0 g (0) g (0) (31) grad φ(p ) p grad φ φ (P, φ(p )) xy (x, y) = (ξ(t), η(t)) ( )

Microsoft PowerPoint - H21生物計算化学2.ppt

2018年度 筑波大・理系数学

Holton semigeostrophic semigeostrophic,.., Φ(x, y, z, t) = (p p 0 )/ρ 0, Θ = θ θ 0,,., p 0 (z), θ 0 (z).,,,, Du Dt fv + Φ x Dv Φ + fu +

ニュートン重力理論.pptx

II 2 II

2018年度 東京大・理系数学

2011年度 筑波大・理系数学

ÿþŸb8bn0irt

2016年度 筑波大・理系数学

A

Laplace2.rtf

Microsoft PowerPoint - 10.pptx

C 言語第 6 回 1 数値シミュレーション :2 階の微分方程式 ( シラバス10 11 回目 ) 1 2 階の微分方程式と差分方程式微分方程式を 2 d x dx + c = f ( x, t) 2 dt dt とする これを 2 つの 1 階の微分方程式に変更する ìdx = y 2 2 d

DVIOUT-SS_Ma

2017年度 神戸大・理系数学

34号 目 次


hyousi


Microsoft Word - thesis.doc

2010年度 筑波大・理系数学

1/20 平成 29 年 3 月 25 日午前 11 時 7 分第 1 章 :U(N) 群 SU(N) 群 ( 学部 4 年次向 ) 第 1 章 :U(N) 群 SU(N) 群 Ⅰ. 標準模型の素粒子 素粒子の分類図 3 世代 素粒子の標準理論に含まれる素粒子は 素粒子の分類図 から R, G, B

以下 変数の上のドットは時間に関する微分を表わしている (ex. 2 dx d x x, x 2 dt dt ) 付録 E 非線形微分方程式の平衡点の安定性解析 E-1) 非線形方程式の線形近似特に言及してこなかったが これまでは線形微分方程式 ( x や x, x などがすべて 1 次で なおかつ

2015年度 岡山大・理系数学

物性基礎

スライド 1

(1) (2) (3) (4) HB B ( ) (5) (6) (7) 40 (8) (9) (10)

応力とひずみ.ppt

Microsoft Word - 9章(分子物性).doc

8.3 ( ) Intrinsic ( ) (1 ) V v i V {e 1,..., e n } V v V v = v 1 e v n e n = v i e i V V V V w i V {f 1,..., f n } V w 1

2011年度 東京大・文系数学

橡点検記録(集約).PDF

2017年度 長崎大・医系数学

<4D F736F F D208CF68BA48C6F8DCF8A C30342C CFA90B68C6F8DCF8A7782CC8AEE967B92E8979D32288F4390B394C529332E646F63>

.1 z = e x +xy y z y 1 1 x 0 1 z x y α β γ z = αx + βy + γ (.1) ax + by + cz = d (.1') a, b, c, d x-y-z (a, b, c). x-y-z 3 (0,

. p.1/14

木村の理論化学小ネタ 緩衝液 緩衝液とは, 酸や塩基を加えても,pH が変化しにくい性質をもつ溶液のことである A. 共役酸と共役塩基 弱酸 HA の水溶液中での電離平衡と共役酸 共役塩基 弱酸 HA の電離平衡 HA + H 3 A にお


difgeo1.dvi

Microsoft Word doc

Transcription:

マクスウエルの方程式 Akio Arimoto, Monday, November, 7. イントロ長野 []p.4 に証明抜きで以下のような解説がある 次節以下これを証明していきたいと思う grad f «df d dx =,, rot «( i i), [ ] div «d ( dx dx + dx dx + dx dx ) æ f f f æ f f f rot grad f = rot( df ) = rot dx + dy + dz = d dx + dy + dz = ddf è x y z è x y z div rot = div d dx = d d dx = dd dx ( ( i i) ) ( ( i i) ) ( i i) とかけるが 外微分 d の一般的性質 dd º より ベクトル解析でよく知られた関係 : rot grad f = div rot = が導かれる 電磁気学で基本となる静止媒質に対するマクスウエルの方程式は 磁場 c 光速 D 電気変位 i 電気密度 r 電荷密度 E 電場 B 磁場 次 とすると 4p rot - D = i, div D = 4pr, rot E + B =, div B = c c c である 次微分形式 F = B dx dx + B dx dx + B dx dx + E dx dx G =- D dx dx + D dx dx + D dx dx + dx dx s = i dx dx + i dx dx + i dx dx dx -rdx dx dx c 次形式 4

とおく ( x, x, x ) て x 4 = は我々の住む空間 の座標を表し 時間 t とおい = ct としてみると上のマクスウエルの方程式は外微分を用いて df =, dg = 4ps と非常に簡単に書ける. 微分形式以下の外積の定義から示されるのであるが座標 xy, に対して dx dy =-dy dx, dx dx = などを頭に入れておく m のある領域で定義された関数 w (,. i ) i w k i m i< i< < i m i = x x ÎC に対して w= w x,, x dx dx を k 次微分形式と呼ぶ k 次微分形式 w w < < < = x,, x dx dx とl 次微分形式 i< i< < i m i h= h x,, x dx dx の外積 w h を m i i x,, x,, k m x x l m dxi dx i dx k dx i< <, < < w h= w h で定義する k 次微分形式 w w i< i< < = x,, x dx dx の外微分を i< i< < i m i dw= dw x,, x dx dx i m i で定義する ここで dw ( x x ) は関数 w = w ( x x ) i i m,. k ( x,. x ) w ( x,. x ) w dw x x dx dx,. i i m 全微分で i m i m ii,. k m = + + m x xm という 次形式である

. grad, rot,div の微分形式による表現 æ f x æ æ æ f f f f grad f = = + + y x y z è ø è ø è ø f è z である 他方 の基底 f f f df = dx + dy + dz x y z æææ に対し 次の微分形式のベクトル空間 V は基底 dx, dy, dz èøèøèø をもつ ([]p.56) æ «dx, dy «, è ø è ø «dz の対応を考えれば è 関係 : æ f x f f f f grad f = «dx + dy + dz y x y z f è z grad f «df æ - y x = z ) に対して rot = - z x である è ø - x y è

æ «dx, dy «, è ø è ø «dz の対応をもう一度考えれば è = xyz,, «w = ( xyzdx,, ) + ( xyzdy,, ) + ( xyzdz,. ) è となるが 次形式 w の外微分 dw を の定義で計算してみると (,, ) (,, ) (,. ) dw = d x y z dx + d x y z dy + d x y z dz æ æ dx dy dz dx dx dy dz dy è x y z è x y z æ + dx + dy + dz dz è x y z ø = + + + + + ここで dx dx = などの関係を使うと æ dy dz æ æ dx dx dz = + + + dy è y z è x z + dx + dy dz ø è x y そして 分配法則と dx dy =-dy dx などの関係を使うと æ æ æ = - dy dz + - dz dx + - dx dy è y z è z x è x y 今度は における 次微分形式の基底は dy dz, dz dx, dx dy である ([]p.58) æ dy dz, dz dx, dx dy の対応を考えれば è ø è ø è 関係 : = «w = dx+ dy+ dz è rot dw となる 4

(,, ) = x y z に対して div = + + x y z è である (,, ) = x y z h = dy dz + dz dx + dx dy è の対応を考え h = dy dz + dz dx + dx dy の外微分を計算する æ æ dx dy dz dy dz dx dy dz è x y z è x y z dz dx æ + dx + dy + dz dx dy è x y z = + + + + + 再び dx dy =-dy dx, dx dx = の関係と分配法則を使うと æ è x y z dh = + + dxdydz をえる 結局 関係 (,, ) = x y z h = dy dz + dz dx + dx dy è div = + + «x y z æ dh = dx dy dz + + è x y z もちろん における 次微分形式全体は 次元でその基底は dx dy dz という関係をもちている 5

4. rot E + B =, div B = の証明と関係 df = c この節以降では 4 で考える 座標 ( x, x, x, x ) z, ct) 4 外微分 " d " も と 4 では異なり 4 では f f f f df = dx + dy + dz + dt x y z = を用いる そして と最後の dt 項が追加される これは 4 にお ける 次微分形式である つまり 次微分形式の基底は { dx, dy, dz, dt } 次 微分形式の基底は { dx dy, dx dz, dx dt, dy dz, dy dt, dz dt} 次微分形式の 基底は { dx dy dz, dx dy dt, dx dz dt, dy dz dt} 4 次微分形式の基底は { dx dy dz dt} となる さて 次微分形式 において df を計算する F = B dx dx + B dx dx + B dx dx + E dx dx df = db dx dx + db dx dx + db dx dx + de dx dx æ B B B B B B è x y z x B B dbdx dx= dy dz dx + dt dz dx y dbdx dx = dx + dy + dz + dtdy dz = dx dy dz + dt dy dz B B = + z したがってこれらを加えて db dx dx dz dx dy dt dx dy () db dx dx + db dx dx + db dx dx æ B B B æ B B B = + + dx dy dz + dy dz + dz dx + dx dy dt è x y z è ø また de dx = de dx + de dy + de dz は 6

æ E E E E E de dx = dx + dy + dz dx =- dx dy + dz dx è x y z ø y z æ E E E E E de dy = dx + dy + dz dy = dx dy - dy dz è x y z x z æ E E E E E de dz = dx + dy + dz dz =- dz dx + dy dz è x y z x y の和となる したがって () æ E E æ E E æ E E de dx = - dy dz + - dz dx + - dx dy è y dz è z x è x y ø である (),() より df = db dx dx + db dx dx + db dx dx + de dx dx æ B B B æ B B B = + + dx dy dz + dy dz + dz dx + dx dy dt è x y z è ø ææ E E æ E E æ E E + - + - + - y dz z x x y èè ø è ø è ø c dy dz dz dx dx dy dt が得られた df は 4 における 次微分形式形式でその基底 dx dy dz, dx dy dt, dxdz dt, dy dz dt は 次独立である つまり df = であるための必要十分条件は B B B + + = x y z および æ B B B dy dz + dz dx + dx dy dt cè ææ E E æ E E æ E E + dy dz dz dx dx dy - + - + - dt = y dz è z x x y èè ø è ø ø これは div B = と B+ rot E= を表している c 証明終わり 7

5. d 4p rot - D = i, div D = 4pr と関係 dg = 4ps cdt c G =- D dx dx + D dx dx + D dx dx + dx dx において dg を計算する ほとんど 4 節と同じ繰り返しになるが dg =- dd dx dx + dd dx dx + dd dx dx + d dx dx D D = + x D D dddx dx= dy dz dx + dt dz dx y dd dx dx dx dy dz dt dy dz D D z dddx dx = dz dx dy + dt dx dy これを加えて () dd dx dx + dd dx dx + dd dx dx æ D D D æ D D D = + + dx dy dz + dy dz + dz dx + dx dy dt è x y z è また (4) d dx æ æ æ = - dy dz + dz dx - + - dx dy è y dz ø è z x è x y ø である 結局 dg は æ D D D æ D D D dg =- + + dx dy dz - dy dz + dz dx + dx dy dt è x y z ø è ìæ æ æ ü + í ï ï - + - + - ý y dz z x x y ïîè ø è ø è ø ïþ c dy dz dz dx dx dy dt 4p 4 s = i dx dx + i dx dx + i dx dx dx -4prdx dx dx c これが p 4 に等しいことから dx dy dz, dx dy dt, dxdz dt, dy dz dt は 次独立性を用いて 8

æ D D D + + dx dy dz = 4prdx dy dz è x y z すなわち div D = 4pr そして æ D D D - dy dz + dz dx + dx dy dt + cè ø ì æ æ æ ü í ï dy dz dz dx dx dyï - + - + - ýdt y dz z x x y ïîè ø è ø è ø ïþ 4p = ( idx dx+ idx dx+ idxdx) dt c より D 4p rot - = i c c が得られた 証明終わり 参考文献 [] 志賀浩二ベクトル解析 講朝倉書店 [] 清水勇二基礎と応用ベクトル解析サイエンス社 [] 長野正曲面の数学培風館 9