8.7 Vlastnosti diferenciálních operátorů
Věta (linearita operátorů)
Všechny uvedené diferenciální operátory (gradient, divergence, rotace, Laplaceův operátor, nabla operátor) jsou lineární, tzn. homogenní (pro k-násobný argument obdržíme k-násobek hodnoty pro argument) a aditivní (pro součet argumentů obdržíme součet hodnot pro jednotlivé argumenty).
Důkaz
Důkaz je triviální, plyne z vět pro derivaci součtu a součinu funkcí.
Věta (operátorové identity)
,
,
,
,
,
.
Důkaz
Stačí aplikovat definice jednotlivých operátorů.
Poznámka
· Poslední dvě identity vyjadřují důležitý poznatek, že pole (potenciální pole) je vždy nevírové (jeho rotace je identicky rovna nule) a pole je nutně nezřídlové (jeho divergence je identicky nulová).
· Uvedené tvrzení platí za určitých, značně obecných podmínek[1] také obráceně, tzn. je-li nějaké vektorové pole v určité oblasti nevírové (), musí být gradientem nějakého skalárního pole (), a je-li pole v nezřídlové (), musí být rotací nějakého vektorového pole ().
Poznámka
· Uvedené identity můžeme názorně zdůvodnit vyjádsřením vystupujících operátorů pomocí nabla operátoru a použitím jednoduchých pravidel pro skalární a vektorový součin.
· Např. v předposlední identitě výraz nabývá tvaru , který můžeme přepsat na (veličina zde hraje roli skaláru). Protože vektorový součin dvou vektorů téhož směru je roven nulovému vektoru, je , a tedy .
· Obdobně v poslední identitě výraz přepíšeme na . Vektorový součin je, jak známo, kolmý k oběma činitelům, speciálně k (symbolickému) vektoru . To ovšem znamená, že skalární součin , neboť skalární součin dvou navzájem kolmých vektorů je z definice nulový.
[1] Uvažovaná oblast musí být jednoduše souvislá.