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gauss公式是什么?微积分笔记——高斯公式的物理意义

程琰657

本文就对微积分中的高斯(Gauss)公式进行一点思考,方向是其是否体现了什么物理意义。

我个人觉得,数学是物理在人类逻辑能力上的体现,也就是说,学习数学的定理、公式,必须和物理相联系,接了物理这个地气,数学才能学得通透。至少对工科的学生来说。

这是我第一篇对微积分的笔记,或者说思考。看情况,如果感兴趣的朋友多,再写写其他的思考结果。

这篇着重微积分中的Guass公式。一般的微积分教材中,对Guass公式有精确的定义、严格地推导过程和详细的数理说明。但是没有说明其物理意义。但我隐约觉得,Guass公式是反映了这个宇宙的某种规律的。数学么,如果不反映规律才怪。


先说Guass公式

数学意义很直观。就三维空间而论,矢量场在对封闭区域表面的通量,等于其势源在该区域的发散或汇聚程度的总量。

为了说明其和守恒的关系,和麦克斯韦方程(仅电场部分)放在一起。

麦克斯韦方程可以写成

从麦克斯韦的电场方程来看,Gauss公式的左边表示一个矢量场(这里是电场)对区域边界的作用,右边表示区域内产生该矢量场的源(这里就是电荷总量)。

Gauss公式的右边的被积函数表示一个数量场,也就是说,如果一个数量场能有梯度,则这个梯度场(即矢量场本身)必然是一个保守场,根据保守场性质,这个标量场必然符合守恒定律。

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