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.