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Line 56: {{Einstein_summation_convention}}
{{Einstein_summation_convention}}
यदि <math>\mathbf{e}_1,\mathbf{e}_2,\mathbf{e}_3</math> कार्तीय समन्वय प्रणाली में आधार स'''दिश होता हैं, बिंदुओं के निर्देशांक के साथ निरूपि'''त किया गया है (<math>x_1, x_2, x_3</math>), फिर टेंसर क्षेत्र का ग्रेडिएंट <math>\boldsymbol{T}</math> द्वारा दिया गया है
यदि <math>\mathbf{e}_1,\mathbf{e}_2,\mathbf{e}_3</math> कार्तीय समन्वय प्रणाली में आधार सदिश होता हैं, जो बिंदुओं के निर्देशांक के साथ निरूपित होता है (<math>x_1, x_2, x_3</math>), फिर टेंसर क्षेत्र की प्रवणता <math>\boldsymbol{T}</math> द्वारा दिया गया है।
<math display="block"> \boldsymbol{\nabla}\boldsymbol{T} = \cfrac{\partial{\boldsymbol{T}}}{\partial x_i} \otimes \mathbf{e}_i </math>
<math display="block"> \boldsymbol{\nabla}\boldsymbol{T} = \cfrac{\partial{\boldsymbol{T}}}{\partial x_i} \otimes \mathbf{e}_i </math>
Line 70:
Line 70: = \left[\cfrac{\partial{\boldsymbol{T}}}{\partial x_i} \otimes \mathbf{e}_i\right]\cdot\mathbf{c} \qquad \square
= \left[\cfrac{\partial{\boldsymbol{T}}}{\partial x_i} \otimes \mathbf{e}_i\right]\cdot\mathbf{c} \qquad \square
\end{align} </math>}}
\end{align} </math>}}
चूंकि कार्तीय समन्वय प्रणाली में आधार सदिश भिन्न नहीं होते हैं, हमारे पास अदिश क्षेत्र के ग्रेडियेंट के लिए निम्नलिखित संबंध हैं <math>\phi</math>, सदिश क्षेत्र v, और दूसरे क्रम का टेंसर क्षेत्र <math>\boldsymbol{S}</math>.
चूंकि कार्तीय समन्वय प्रणाली में आधार सदिश भिन्न नहीं होते हैं, हमारे समीप अदिश क्षेत्र की प्रवणता के लिए निम्नलिखित संबंध होते हैं, <math>\phi</math>, सदिश क्षेत्र v, और दूसरे क्रम का टेंसर क्षेत्र <math>\boldsymbol{S}</math> होता है।
<math display="block"> \begin{align}
<math display="block"> \begin{align}
\boldsymbol{\nabla}\phi & = \cfrac{\partial\phi}{\partial x_i}~\mathbf{e}_i = \phi_{,i} ~\mathbf{e}_i \\
\boldsymbol{\nabla}\phi & = \cfrac{\partial\phi}{\partial x_i}~\mathbf{e}_i = \phi_{,i} ~\mathbf{e}_i \\
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Line 78: </math>
</math>
=== वक्रीय निर्देशांक ===
=== वक्रीय निर्देशांक ===
{{main|Tensors in curvilinear coordinates}}
{{main|वक्रीय निर्देशांक में टेन्सर }}
{{Einstein_summation_convention}}
{{Einstein_summation_convention}}
यदि <math>\mathbf{g}^1,\mathbf{g}^2,\mathbf{g}^3</math> [[वक्रीय निर्देशांक]] प्रणाली में सदिशों के आधार वाले सदिशों के सहप्रसरण और विपरीतप्रसरण होते हैं, जिन्हें बिंदुओं के निर्देशांक द्वारा निरूपित किया जाता है (<math>\xi^1, \xi^2, \xi^3</math>), फिर टेंसर क्षेत्र का ग्रेडिएंट <math>\boldsymbol{T}</math> द्वारा दिया गया है (देखें <ref>R. W. Ogden, 2000, ''Nonlinear Elastic Deformations'', Dover.</ref> सबूत के लिए।)
यदि <math>\mathbf{g}^1,\mathbf{g}^2,\mathbf{g}^3</math> [[वक्रीय निर्देशांक]] प्रणाली में सदिशों के आधार वाले सदिशों के सहप्रसरण और विपरीतप्रसरण होते हैं, जिन्हें बिंदुओं के निर्देशांक द्वारा निरूपित किया जाता है (<math>\xi^1, \xi^2, \xi^3</math>), फिर टेंसर क्षेत्र का प्रवणता <math>\boldsymbol{T}</math> द्वारा दिया गया है। (देखें <ref>R. W. Ogden, 2000, ''Nonlinear Elastic Deformations'', Dover.</ref> प्रमाण के लिए )
<math display="block">
<math display="block">
\boldsymbol{\nabla}\boldsymbol{T} = \frac{\partial{\boldsymbol{T}}}{\partial \xi^i}\otimes\mathbf{g}^i
\boldsymbol{\nabla}\boldsymbol{T} = \frac{\partial{\boldsymbol{T}}}{\partial \xi^i}\otimes\mathbf{g}^i
</math>
</math>
इस परिभाषा से हमारे पास अदिश क्षेत्र के ग्रेडियेंट के लिए निम्नलिखित संबंध हैं <math>\phi</math>, सदिश क्षेत्र v, और दूसरे क्रम का टेंसर क्षेत्र <math>\boldsymbol{S}</math>.
इस परिभाषा से हमारे समीप अदिश क्षेत्र के प्रवणता के लिए निम्नलिखित संबंध होते हैं <math>\phi</math>, सदिश क्षेत्र v और दूसरे क्रम का टेंसर क्षेत्र <math>\boldsymbol{S}</math> होता है।
<math display="block">\begin{align}
<math display="block">\begin{align}
\boldsymbol{\nabla}\phi & = \frac{\partial\phi}{\partial\xi^i}~\mathbf{g}^i \\
\boldsymbol{\nabla}\phi & = \frac{\partial\phi}{\partial\xi^i}~\mathbf{g}^i \\
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Line 94: = \left(\frac{\partial S_{jk}}{\partial\xi_i} - S_{lk}~\Gamma_{ij}^l - S_{jl}~\Gamma_{ik}^l\right)~\mathbf{g}^j\otimes\mathbf{g}^k\otimes\mathbf{g}^i
= \left(\frac{\partial S_{jk}}{\partial\xi_i} - S_{lk}~\Gamma_{ij}^l - S_{jl}~\Gamma_{ik}^l\right)~\mathbf{g}^j\otimes\mathbf{g}^k\otimes\mathbf{g}^i
\end{align}</math>
\end{align}</math>
जहां क्रिस्टोफेल प्रतीक है <math>\Gamma_{ij}^k</math> का प्रयोग करके परिभाषित किया गया है
जहां क्रिस्टोफेल प्रतीक <math>\Gamma_{ij}^k</math> है, इसका प्रयोग करके इसे परिभाषित किया गया है।
<math display="block">
<math display="block">
\Gamma_{ij}^k~\mathbf{g}_k = \frac{\partial\mathbf{g}_i}{\partial\xi^j} \quad \implies \quad
\Gamma_{ij}^k~\mathbf{g}_k = \frac{\partial\mathbf{g}_i}{\partial\xi^j} \quad \implies \quad
Line 100:
Line 100: </math>
</math>
==== बेलनाकार ध्रुवीय निर्देशांक ====
==== बेलनाकार ध्रुवीय निर्देशांक ====
बेलनाकार निर्देशांक में, ढाल द्वारा दिया जाता है
बेलनाकार निर्देशांक में, प्रवणता द्वारा दिया जाता है।
<math display="block">\begin{align}
<math display="block">\begin{align}
\boldsymbol{\nabla}\phi ={}\quad
\boldsymbol{\nabla}\phi ={}\quad
Line 148:
Line 148: \end{align}</math>
\end{align}</math>
== टेंसर क्षेत्र का [[विचलन]] ==
== टेंसर क्षेत्र का [[विचलन]] ==
टेंसर क्षेत्र का विचलन <math>\boldsymbol{T}(\mathbf{x})</math> पुनरावर्ती संबंध का उपयोग करके परिभाषित किया गया है
टेंसर क्षेत्र का विचलन <math>\boldsymbol{T}(\mathbf{x})</math> को पुनरावर्ती संबंध का उपयोग करके परिभाषित किया गया है।
<math display="block">
<math display="block">
(\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{T})\cdot\mathbf{c} =
(\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{T})\cdot\mathbf{c} =
Line 154:
Line 154: \boldsymbol{\nabla}\cdot\mathbf{v} = \text{tr}(\boldsymbol{\nabla}\mathbf{v})
\boldsymbol{\nabla}\cdot\mathbf{v} = \text{tr}(\boldsymbol{\nabla}\mathbf{v})
</math>
</math>
जहाँ c स्वेच्छ अचर सदिश है और v सदिश क्षेत्र है। यदि <math>\boldsymbol{T}</math> क्रम n > 1 का टेन्सर क्षेत्र है तो क्षेत्र का विचलन क्रम n− 1 का टेन्सर है।
जहाँ c स्वेच्छ अचर सदिश है और v सदिश क्षेत्र है। यदि <math>\boldsymbol{T}</math> क्रम n > 1 का टेन्सर क्षेत्र होता है तब क्षेत्र का विचलन क्रम n− 1 का टेन्सर होता है।
=== कार्तीय निर्देशांक ===
=== कार्तीय निर्देशांक ===
{{Einstein_summation_convention}}
{{Einstein_summation_convention}}
कार्तीय निर्देशांक प्रणाली में सदिश क्षेत्र v और दूसरे क्रम के टेंसर क्षेत्र के लिए हमारे पास निम्नलिखित संबंध हैं <math>\boldsymbol{S}</math>.
कार्तीय निर्देशांक प्रणाली में सदिश क्षेत्र v और दूसरे क्रम के टेंसर क्षेत्र <math>\boldsymbol{S}</math> के लिए हमारे समीप निम्नलिखित संबंध होते हैं।
<math display="block">\begin{align}
<math display="block">\begin{align}
\boldsymbol{\nabla}\cdot\mathbf{v} &= \frac{\partial v_i}{\partial x_i} = v_{i,i} \\
\boldsymbol{\nabla}\cdot\mathbf{v} &= \frac{\partial v_i}{\partial x_i} = v_{i,i} \\
\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S} &= \frac{\partial S_{ik}}{\partial x_i}~\mathbf{e}_k = S_{ik, i}~\mathbf{e}_k
\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S} &= \frac{\partial S_{ik}}{\partial x_i}~\mathbf{e}_k = S_{ik, i}~\mathbf{e}_k
\end{align}</math>
\end{align}</math>
जहां रिक्की कैलकुस # आंशिक व्युत्पन्न के लिए भेदभाव का उपयोग सबसे सही अभिव्यक्तियों में किया जाता है। ध्यान दें कि
जहां आंशिक व्युत्पन्न के लिए टेन्सर उचित अंकन का उपयोग सबसे उचित अभिव्यक्तियों में किया जाता है। ध्यान दीजिए कि
<math display="block">\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S} \neq \boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S}^\textsf{T}.</math>
<math display="block">\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S} \neq \boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S}^\textsf{T}.</math>
सममित दूसरे क्रम के टेंसर के लिए, विचलन को अधिकांशतः इस रूप में भी लिखा जाता है<ref name=Hjelmstad2004>{{cite book|last1=Hjelmstad|first1=Keith|title=संरचनात्मक यांत्रिकी के मूल तत्व|date=2004|publisher=Springer Science & Business Media|isbn=9780387233307|page=45}}</ref>
सामान्यतः सममित दूसरे क्रम के टेंसर के लिए, विचलन को अधिकांशतः इस रूप में भी लिखा जाता है। <ref name=Hjelmstad2004>{{cite book|last1=Hjelmstad|first1=Keith|title=संरचनात्मक यांत्रिकी के मूल तत्व|date=2004|publisher=Springer Science & Business Media|isbn=9780387233307|page=45}}</ref>
<math display="block">\begin{align}
<math display="block">\begin{align}
\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S} &= \cfrac{\partial S_{ki}}{\partial x_i}~\mathbf{e}_k = S_{ki,i}~\mathbf{e}_k
\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S} &= \cfrac{\partial S_{ki}}{\partial x_i}~\mathbf{e}_k = S_{ki,i}~\mathbf{e}_k
\end{align}</math>
\end{align}</math>
उपरोक्त अभिव्यक्ति को कभी-कभी परिभाषा के रूप में प्रयोग किया जाता है
उपरोक्त अभिव्यक्ति को ''' कभी-कभी परिभाषा के रूप में प्रयोग किया जाता है'''
<math>\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S}</math> कार्तीय घटक रूप में (अधिकांशतः इसे भी लिखा जाता है
<math>\boldsymbol{\nabla}\cdot\boldsymbol{S}</math> कार्तीय घटक रूप में (अधिकांशतः इसे भी लिखा जाता है
<math>\operatorname{div}\boldsymbol{S}</math>). ध्यान दें कि इस तरह की परिभाषा इस लेख के बाकी हिस्सों के अनुरूप नहीं है (वक्रीय निर्देशांक पर अनुभाग देखें)।
<math>\operatorname{div}\boldsymbol{S}</math>). ध्यान दें कि इस तरह की परिभाषा इस लेख के बाकी हिस्सों के अनुरूप नहीं है (वक्रीय निर्देशांक पर अनुभाग देखें)।
दूसरे क्रम के टेंसरों के संबंध में अदिश (गणित), यूक्लिडियन सदिश और दूसरे क्रम के टेंसर के दिशात्मक व्युत्पन्न का सातत्य यांत्रिकी में अधिक उपयोग होता हैं। इन व्युत्पन्न का उपयोग अरेखीय लोच और प्लास्टिसिटी (भौतिकी) के सिद्धांतों में किया जाता है, विशेष रूप से संख्यात्मक अनुकरण के लिए एल्गोरिदम के डिजाइन में उपयोग किया जाता है।[1]
इस प्रकार दिशात्मक व्युत्पन्न इन व्युत्पन्नों को खोजने की व्यवस्थित विधि प्रदान करते है।[2]
सदिश और दूसरे क्रम के टेंसर के संबंध में व्युत्पन्न विभिन्न स्थितियों के लिए दिशात्मक व्युत्पन्न की परिभाषाएँ नीचे दी गई हैं। अतः यह माना जाता है कि कार्य पर्याप्त रूप से सुचारू होते हैं कि व्युत्पन्न लिया जा सकता है।
सदिशों के अदिश मान वाले कार्यों के व्युत्पन्न्स मान लीजिए कि f('v') सदिश 'v' का वास्तविक मान फलन है। फिर 'v' (या 'v' पर) के संबंध में f('v') का व्युत्पन्न 'सदिश' अपने बिंदु उत्पाद के माध्यम से किसी भी वेक्टर यू के साथ परिभाषित किया गया है।
∂ f ∂ v ⋅ u = D f ( v ) [ u ] = [ d d α f ( v + α u ) ] α = 0 {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} =Df(\mathbf {v} )[\mathbf {u} ]=\left[{\frac {d}{d\alpha }}~f(\mathbf {v} +\alpha ~\mathbf {u} )\right]_{\alpha =0}}
सभी सदिश यू के लिए उपरोक्त बिंदु उत्पाद अदिश उत्पन्न करता है और यदि यू इकाई सदिश होती है तब यू दिशा में वी पर 'एफ' का दिशात्मक व्युत्पन्न देता है।
गुण:
यदि f ( v ) = f 1 ( v ) + f 2 ( v ) {\displaystyle f(\mathbf {v} )=f_{1}(\mathbf {v} )+f_{2}(\mathbf {v} )} ∂ f ∂ v ⋅ u = ( ∂ f 1 ∂ v + ∂ f 2 ∂ v ) ⋅ u {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} =\left({\frac {\partial f_{1}}{\partial \mathbf {v} }}+{\frac {\partial f_{2}}{\partial \mathbf {v} }}\right)\cdot \mathbf {u} }
यदि f ( v ) = f 1 ( v ) f 2 ( v ) {\displaystyle f(\mathbf {v} )=f_{1}(\mathbf {v} )~f_{2}(\mathbf {v} )} ∂ f ∂ v ⋅ u = ( ∂ f 1 ∂ v ⋅ u ) f 2 ( v ) + f 1 ( v ) ( ∂ f 2 ∂ v ⋅ u ) {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} =\left({\frac {\partial f_{1}}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} \right)~f_{2}(\mathbf {v} )+f_{1}(\mathbf {v} )~\left({\frac {\partial f_{2}}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} \right)}
यदि f ( v ) = f 1 ( f 2 ( v ) ) {\displaystyle f(\mathbf {v} )=f_{1}(f_{2}(\mathbf {v} ))} ∂ f ∂ v ⋅ u = ∂ f 1 ∂ f 2 ∂ f 2 ∂ v ⋅ u {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} ={\frac {\partial f_{1}}{\partial f_{2}}}~{\frac {\partial f_{2}}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} } सदिशों के सदिश मूल्यवान कार्यों के व्युत्पन्न चूँकि f(v) सदिश v का सदिश मान फलन होता है। फिर v (या v पर) के संबंध में f(v) का व्युत्पन्न दूसरा क्रम टेन्सर है जो इसके बिंदु उत्पाद के माध्यम से किसी भी सदिश यू के साथ परिभाषित किया गया है।
∂ f ∂ v ⋅ u = D f ( v ) [ u ] = [ d d α f ( v + α u ) ] α = 0 {\displaystyle {\frac {\partial \mathbf {f} }{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} =D\mathbf {f} (\mathbf {v} )[\mathbf {u} ]=\left[{\frac {d}{d\alpha }}~\mathbf {f} (\mathbf {v} +\alpha ~\mathbf {u} )\right]_{\alpha =0}}
सभी सदिश यू के लिए उपरोक्त बिंदु उत्पाद सदिश उत्पन्न करता है और यदि यू इकाई सदिश होता है, तब दिशात्मक यू में, v पर f का व्युत्पन्न देता है।
गुण:
यदि f ( v ) = f 1 ( v ) + f 2 ( v ) {\displaystyle \mathbf {f} (\mathbf {v} )=\mathbf {f} _{1}(\mathbf {v} )+\mathbf {f} _{2}(\mathbf {v} )} ∂ f ∂ v ⋅ u = ( ∂ f 1 ∂ v + ∂ f 2 ∂ v ) ⋅ u {\displaystyle {\frac {\partial \mathbf {f} }{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} =\left({\frac {\partial \mathbf {f} _{1}}{\partial \mathbf {v} }}+{\frac {\partial \mathbf {f} _{2}}{\partial \mathbf {v} }}\right)\cdot \mathbf {u} }
यदि f ( v ) = f 1 ( v ) × f 2 ( v ) {\displaystyle \mathbf {f} (\mathbf {v} )=\mathbf {f} _{1}(\mathbf {v} )\times \mathbf {f} _{2}(\mathbf {v} )} ∂ f ∂ v ⋅ u = ( ∂ f 1 ∂ v ⋅ u ) × f 2 ( v ) + f 1 ( v ) × ( ∂ f 2 ∂ v ⋅ u ) {\displaystyle {\frac {\partial \mathbf {f} }{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} =\left({\frac {\partial \mathbf {f} _{1}}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} \right)\times \mathbf {f} _{2}(\mathbf {v} )+\mathbf {f} _{1}(\mathbf {v} )\times \left({\frac {\partial \mathbf {f} _{2}}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} \right)}
यदि f ( v ) = f 1 ( f 2 ( v ) ) {\displaystyle \mathbf {f} (\mathbf {v} )=\mathbf {f} _{1}(\mathbf {f} _{2}(\mathbf {v} ))} ∂ f ∂ v ⋅ u = ∂ f 1 ∂ f 2 ⋅ ( ∂ f 2 ∂ v ⋅ u ) {\displaystyle {\frac {\partial \mathbf {f} }{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} ={\frac {\partial \mathbf {f} _{1}}{\partial \mathbf {f} _{2}}}\cdot \left({\frac {\partial \mathbf {f} _{2}}{\partial \mathbf {v} }}\cdot \mathbf {u} \right)} दूसरे क्रम के टेंसरों के अदिश मान वाले कार्यों के व्युत्पन्न इस प्रकार f ( S ) {\displaystyle f({\boldsymbol {S}})} S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} f ( S ) {\displaystyle f({\boldsymbol {S}})} S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}} दूसरे क्रम के टेंसर के रूप में परिभाषित किया गया है।
∂ f ∂ S : T = D f ( S ) [ T ] = [ d d α f ( S + α T ) ] α = 0 {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}=Df({\boldsymbol {S}})[{\boldsymbol {T}}]=\left[{\frac {d}{d\alpha }}~f({\boldsymbol {S}}+\alpha ~{\boldsymbol {T}})\right]_{\alpha =0}}
सभी दूसरे क्रम के टेंसरों के लिए
T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}} ,
गुण:
यदि f ( S ) = f 1 ( S ) + f 2 ( S ) {\displaystyle f({\boldsymbol {S}})=f_{1}({\boldsymbol {S}})+f_{2}({\boldsymbol {S}})} ∂ f ∂ S : T = ( ∂ f 1 ∂ S + ∂ f 2 ∂ S ) : T {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}=\left({\frac {\partial f_{1}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}+{\frac {\partial f_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}\right):{\boldsymbol {T}}}
यदि f ( S ) = f 1 ( S ) f 2 ( S ) {\displaystyle f({\boldsymbol {S}})=f_{1}({\boldsymbol {S}})~f_{2}({\boldsymbol {S}})} ∂ f ∂ S : T = ( ∂ f 1 ∂ S : T ) f 2 ( S ) + f 1 ( S ) ( ∂ f 2 ∂ S : T ) {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}=\left({\frac {\partial f_{1}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)~f_{2}({\boldsymbol {S}})+f_{1}({\boldsymbol {S}})~\left({\frac {\partial f_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)}
यदि f ( S ) = f 1 ( f 2 ( S ) ) {\displaystyle f({\boldsymbol {S}})=f_{1}(f_{2}({\boldsymbol {S}}))} ∂ f ∂ S : T = ∂ f 1 ∂ f 2 ( ∂ f 2 ∂ S : T ) {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}={\frac {\partial f_{1}}{\partial f_{2}}}~\left({\frac {\partial f_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)} दूसरे क्रम के टेंसर के टेन्सर मूल्यवान कार्यों के व्युत्पन्न इस प्रकार F ( S ) {\displaystyle {\boldsymbol {F}}({\boldsymbol {S}})} S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} F ( S ) {\displaystyle {\boldsymbol {F}}({\boldsymbol {S}})} S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}} चौथे क्रम के टेन्सर के रूप में परिभाषित किया गया है।
∂ F ∂ S : T = D F ( S ) [ T ] = [ d d α F ( S + α T ) ] α = 0 {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {F}}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}=D{\boldsymbol {F}}({\boldsymbol {S}})[{\boldsymbol {T}}]=\left[{\frac {d}{d\alpha }}~{\boldsymbol {F}}({\boldsymbol {S}}+\alpha ~{\boldsymbol {T}})\right]_{\alpha =0}}
सभी दूसरे क्रम के टेंसरों के लिए
T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}} ,
गुण:
यदि F ( S ) = F 1 ( S ) + F 2 ( S ) {\displaystyle {\boldsymbol {F}}({\boldsymbol {S}})={\boldsymbol {F}}_{1}({\boldsymbol {S}})+{\boldsymbol {F}}_{2}({\boldsymbol {S}})} ∂ F ∂ S : T = ( ∂ F 1 ∂ S + ∂ F 2 ∂ S ) : T {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {F}}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}=\left({\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{1}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}+{\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}\right):{\boldsymbol {T}}}
यदि F ( S ) = F 1 ( S ) ⋅ F 2 ( S ) {\displaystyle {\boldsymbol {F}}({\boldsymbol {S}})={\boldsymbol {F}}_{1}({\boldsymbol {S}})\cdot {\boldsymbol {F}}_{2}({\boldsymbol {S}})} ∂ F ∂ S : T = ( ∂ F 1 ∂ S : T ) ⋅ F 2 ( S ) + F 1 ( S ) ⋅ ( ∂ F 2 ∂ S : T ) {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {F}}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}=\left({\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{1}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)\cdot {\boldsymbol {F}}_{2}({\boldsymbol {S}})+{\boldsymbol {F}}_{1}({\boldsymbol {S}})\cdot \left({\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)}
यदि F ( S ) = F 1 ( F 2 ( S ) ) {\displaystyle {\boldsymbol {F}}({\boldsymbol {S}})={\boldsymbol {F}}_{1}({\boldsymbol {F}}_{2}({\boldsymbol {S}}))} ∂ F ∂ S : T = ∂ F 1 ∂ F 2 : ( ∂ F 2 ∂ S : T ) {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {F}}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}={\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{1}}{\partial {\boldsymbol {F}}_{2}}}:\left({\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)}
यदि f ( S ) = f 1 ( F 2 ( S ) ) {\displaystyle f({\boldsymbol {S}})=f_{1}({\boldsymbol {F}}_{2}({\boldsymbol {S}}))} ∂ f ∂ S : T = ∂ f 1 ∂ F 2 : ( ∂ F 2 ∂ S : T ) {\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}={\frac {\partial f_{1}}{\partial {\boldsymbol {F}}_{2}}}:\left({\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)} टेंसर क्षेत्र की प्रवणता प्रवणता, ∇ T {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {T}}} T ( x ) {\displaystyle {\boldsymbol {T}}(\mathbf {x} )}
∇ T ⋅ c = lim α → 0 d d α T ( x + α c ) {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {T}}\cdot \mathbf {c} =\lim _{\alpha \rightarrow 0}\quad {\cfrac {d}{d\alpha }}~{\boldsymbol {T}}(\mathbf {x} +\alpha \mathbf {c} )}
कार्तीय निर्देशांक Note: the Einstein summation convention of summing on repeated indices is used below. यदि e 1 , e 2 , e 3 {\displaystyle \mathbf {e} _{1},\mathbf {e} _{2},\mathbf {e} _{3}} x 1 , x 2 , x 3 {\displaystyle x_{1},x_{2},x_{3}} T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}}
∇ T = ∂ T ∂ x i ⊗ e i {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {T}}={\cfrac {\partial {\boldsymbol {T}}}{\partial x_{i}}}\otimes \mathbf {e} _{i}} Proof
The vectors x and c can be written as x = x i e i {\displaystyle \mathbf {x} =x_{i}~\mathbf {e} _{i}} c = c i e i {\displaystyle \mathbf {c} =c_{i}~\mathbf {e} _{i}} y := x + αc . In that case the gradient is given by
∇ T ⋅ c = d d α T ( x 1 + α c 1 , x 2 + α c 2 , x 3 + α c 3 ) | α = 0 ≡ d d α T ( y 1 , y 2 , y 3 ) | α = 0 = [ ∂ T ∂ y 1 ∂ y 1 ∂ α + ∂ T ∂ y 2 ∂ y 2 ∂ α + ∂ T ∂ y 3 ∂ y 3 ∂ α ] α = 0 = [ ∂ T ∂ y 1 c 1 + ∂ T ∂ y 2 c 2 + ∂ T ∂ y 3 c 3 ] α = 0 = ∂ T ∂ x 1 c 1 + ∂ T ∂ x 2 c 2 + ∂ T ∂ x 3 c 3 ≡ ∂ T ∂ x i c i चूंकि कार्तीय समन्वय प्रणाली में आधार सदिश भिन्न नहीं होते हैं, हमारे समीप अदिश क्षेत्र की प्रवणता के लिए निम्नलिखित संबंध होते हैं, ϕ {\displaystyle \phi } S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}}
∇ ϕ = ∂ ϕ ∂ x i e i = ϕ , i e i ∇ v = ∂ ( v j e j ) ∂ x i ⊗ e i = ∂ v j ∂ x i e j ⊗ e i = v j , i e j ⊗ e i ∇ S = ∂ ( S j k e j ⊗ e k ) ∂ x i ⊗ e i = ∂ S j k ∂ x i e j ⊗ e k ⊗ e i = S j k , i e j ⊗ e k ⊗ e i {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\phi &={\cfrac {\partial \phi }{\partial x_{i}}}~\mathbf {e} _{i}=\phi _{,i}~\mathbf {e} _{i}\\{\boldsymbol {\nabla }}\mathbf {v} &={\cfrac {\partial (v_{j}\mathbf {e} _{j})}{\partial x_{i}}}\otimes \mathbf {e} _{i}={\cfrac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}~\mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{i}=v_{j,i}~\mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{i}\\{\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {S}}&={\cfrac {\partial (S_{jk}\mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{k})}{\partial x_{i}}}\otimes \mathbf {e} _{i}={\cfrac {\partial S_{jk}}{\partial x_{i}}}~\mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{k}\otimes \mathbf {e} _{i}=S_{jk,i}~\mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{k}\otimes \mathbf {e} _{i}\end{aligned}}} वक्रीय निर्देशांक Note: the Einstein summation convention of summing on repeated indices is used below. यदि g 1 , g 2 , g 3 {\displaystyle \mathbf {g} ^{1},\mathbf {g} ^{2},\mathbf {g} ^{3}} वक्रीय निर्देशांक प्रणाली में सदिशों के आधार वाले सदिशों के सहप्रसरण और विपरीतप्रसरण होते हैं, जिन्हें बिंदुओं के निर्देशांक द्वारा निरूपित किया जाता है (ξ 1 , ξ 2 , ξ 3 {\displaystyle \xi ^{1},\xi ^{2},\xi ^{3}} T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}} [3]
∇ T = ∂ T ∂ ξ i ⊗ g i {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {T}}={\frac {\partial {\boldsymbol {T}}}{\partial \xi ^{i}}}\otimes \mathbf {g} ^{i}}
इस परिभाषा से हमारे समीप अदिश क्षेत्र के प्रवणता के लिए निम्नलिखित संबंध होते हैं
ϕ {\displaystyle \phi } , सदिश क्षेत्र v और दूसरे क्रम का टेंसर क्षेत्र
S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} होता है।
∇ ϕ = ∂ ϕ ∂ ξ i g i ∇ v = ∂ ( v j g j ) ∂ ξ i ⊗ g i = ( ∂ v j ∂ ξ i + v k Γ i k j ) g j ⊗ g i = ( ∂ v j ∂ ξ i − v k Γ i j k ) g j ⊗ g i ∇ S = ∂ ( S j k g j ⊗ g k ) ∂ ξ i ⊗ g i = ( ∂ S j k ∂ ξ i − S l k Γ i j l − S j l Γ i k l ) g j ⊗ g k ⊗ g i {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\phi &={\frac {\partial \phi }{\partial \xi ^{i}}}~\mathbf {g} ^{i}\\{\boldsymbol {\nabla }}\mathbf {v} &={\frac {\partial \left(v^{j}\mathbf {g} _{j}\right)}{\partial \xi ^{i}}}\otimes \mathbf {g} ^{i}=\left({\frac {\partial v^{j}}{\partial \xi ^{i}}}+v^{k}~\Gamma _{ik}^{j}\right)~\mathbf {g} _{j}\otimes \mathbf {g} ^{i}=\left({\frac {\partial v_{j}}{\partial \xi ^{i}}}-v_{k}~\Gamma _{ij}^{k}\right)~\mathbf {g} ^{j}\otimes \mathbf {g} ^{i}\\{\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {S}}&={\frac {\partial \left(S_{jk}~\mathbf {g} ^{j}\otimes \mathbf {g} ^{k}\right)}{\partial \xi ^{i}}}\otimes \mathbf {g} ^{i}=\left({\frac {\partial S_{jk}}{\partial \xi _{i}}}-S_{lk}~\Gamma _{ij}^{l}-S_{jl}~\Gamma _{ik}^{l}\right)~\mathbf {g} ^{j}\otimes \mathbf {g} ^{k}\otimes \mathbf {g} ^{i}\end{aligned}}}
जहां क्रिस्टोफेल प्रतीक
Γ i j k {\displaystyle \Gamma _{ij}^{k}} है, इसका प्रयोग करके इसे परिभाषित किया गया है।
Γ i j k g k = ∂ g i ∂ ξ j ⟹ Γ i j k = ∂ g i ∂ ξ j ⋅ g k = − g i ⋅ ∂ g k ∂ ξ j {\displaystyle \Gamma _{ij}^{k}~\mathbf {g} _{k}={\frac {\partial \mathbf {g} _{i}}{\partial \xi ^{j}}}\quad \implies \quad \Gamma _{ij}^{k}={\frac {\partial \mathbf {g} _{i}}{\partial \xi ^{j}}}\cdot \mathbf {g} ^{k}=-\mathbf {g} _{i}\cdot {\frac {\partial \mathbf {g} ^{k}}{\partial \xi ^{j}}}} बेलनाकार ध्रुवीय निर्देशांक बेलनाकार निर्देशांक में, प्रवणता द्वारा दिया जाता है।
∇ ϕ = ∂ ϕ ∂ r e r + 1 r ∂ ϕ ∂ θ e θ + ∂ ϕ ∂ z e z ∇ v = ∂ v r ∂ r e r ⊗ e r + 1 r ( ∂ v r ∂ θ − v θ ) e r ⊗ e θ + ∂ v r ∂ z e r ⊗ e z + ∂ v θ ∂ r e θ ⊗ e r + 1 r ( ∂ v θ ∂ θ + v r ) e θ ⊗ e θ + ∂ v θ ∂ z e θ ⊗ e z + ∂ v z ∂ r e z ⊗ e r + 1 r ∂ v z ∂ θ e z ⊗ e θ + ∂ v z ∂ z e z ⊗ टेंसर क्षेत्र का विचलन टेंसर क्षेत्र का विचलन T ( x ) {\displaystyle {\boldsymbol {T}}(\mathbf {x} )}
( ∇ ⋅ T ) ⋅ c = ∇ ⋅ ( c ⋅ T T ) ; ∇ ⋅ v = tr ( ∇ v ) {\displaystyle ({\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {T}})\cdot \mathbf {c} ={\boldsymbol {\nabla }}\cdot \left(\mathbf {c} \cdot {\boldsymbol {T}}^{\textsf {T}}\right)~;\qquad {\boldsymbol {\nabla }}\cdot \mathbf {v} ={\text{tr}}({\boldsymbol {\nabla }}\mathbf {v} )}
जहाँ c स्वेच्छ अचर सदिश है और v सदिश क्षेत्र है। यदि
T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}} क्रम n > 1 का टेन्सर क्षेत्र होता है तब क्षेत्र का विचलन क्रम n− 1 का टेन्सर होता है।
कार्तीय निर्देशांक Note: the Einstein summation convention of summing on repeated indices is used below. कार्तीय निर्देशांक प्रणाली में सदिश क्षेत्र v और दूसरे क्रम के टेंसर क्षेत्र S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}}
∇ ⋅ v = ∂ v i ∂ x i = v i , i ∇ ⋅ S = ∂ S i k ∂ x i e k = S i k , i e k {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\cdot \mathbf {v} &={\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{i}}}=v_{i,i}\\{\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}&={\frac {\partial S_{ik}}{\partial x_{i}}}~\mathbf {e} _{k}=S_{ik,i}~\mathbf {e} _{k}\end{aligned}}}
जहां आंशिक व्युत्पन्न के लिए टेन्सर उचित अंकन का उपयोग सबसे उचित अभिव्यक्तियों में किया जाता है। ध्यान दीजिए कि
∇ ⋅ S ≠ ∇ ⋅ S T . {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}\neq {\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}^{\textsf {T}}.}
सामान्यतः सममित दूसरे क्रम के टेंसर के लिए, विचलन को अधिकांशतः इस रूप में भी लिखा जाता है।
[4]
∇ ⋅ S = ∂ S k i ∂ x i e k = S k i , i e k {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}&={\cfrac {\partial S_{ki}}{\partial x_{i}}}~\mathbf {e} _{k}=S_{ki,i}~\mathbf {e} _{k}\end{aligned}}}
उपरोक्त अभिव्यक्ति को
कभी-कभी परिभाषा के रूप में प्रयोग किया जाता है
∇ ⋅ S {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}} div S {\displaystyle \operatorname {div} {\boldsymbol {S}}}
अंतर इस बात से उपजा है कि क्या भेदभाव पंक्तियों या स्तंभों के संबंध में किया जाता है S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} S {\displaystyle \mathbf {S} } v {\displaystyle \mathbf {v} }
∇ ⋅ ( ∇ v ) = ∇ ⋅ ( v i , j e i ⊗ e j ) = v i , j i e i ⋅ e i ⊗ e j = ( ∇ ⋅ v ) , j e j = ∇ ( ∇ ⋅ v ) ∇ ⋅ [ ( ∇ v ) T ] = ∇ ⋅ ( v j , i e i ⊗ e j ) = v j , i i e i ⋅ e i ⊗ e j = ∇ 2 v j e j = ∇ 2 v {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\cdot \left({\boldsymbol {\nabla }}\mathbf {v} \right)&={\boldsymbol {\nabla }}\cdot \left(v_{i,j}~\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}\right)=v_{i,ji}~\mathbf {e} _{i}\cdot \mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}=\left({\boldsymbol {\nabla }}\cdot \mathbf {v} \right)_{,j}~\mathbf {e} _{j}={\boldsymbol {\nabla }}\left({\boldsymbol {\nabla }}\cdot \mathbf {v} \right)\\{\boldsymbol {\nabla }}\cdot \left[\left({\boldsymbol {\nabla }}\mathbf {v} \right)^{\textsf {T}}\right]&={\boldsymbol {\nabla }}\cdot \left(v_{j,i}~\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}\right)=v_{j,ii}~\mathbf {e} _{i}\cdot \mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}={\boldsymbol {\nabla }}^{2}v_{j}~\mathbf {e} _{j}={\boldsymbol {\nabla }}^{2}\mathbf {v} \end{aligned}}}
अंतिम समीकरण वैकल्पिक परिभाषा/व्याख्या के समतुल्य है
[4]
( ∇ ⋅ ) alt ( ∇ v ) = ( ∇ ⋅ ) alt ( v i , j e i ⊗ e j ) = v i , j j e i ⊗ e j ⋅ e j = ∇ 2 v i e i = ∇ 2 v {\displaystyle {\begin{aligned}\left({\boldsymbol {\nabla }}\cdot \right)_{\text{alt}}\left({\boldsymbol {\nabla }}\mathbf {v} \right)=\left({\boldsymbol {\nabla }}\cdot \right)_{\text{alt}}\left(v_{i,j}~\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}\right)=v_{i,jj}~\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}\cdot \mathbf {e} _{j}={\boldsymbol {\nabla }}^{2}v_{i}~\mathbf {e} _{i}={\boldsymbol {\nabla }}^{2}\mathbf {v} \end{aligned}}} वक्रीय निर्देशांक Note: the Einstein summation convention of summing on repeated indices is used below. घुमावदार निर्देशांक में, सदिश क्षेत्र v और दूसरे क्रम के टेंसर क्षेत्र का विचलन S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}}
∇ ⋅ v = ( ∂ v i ∂ ξ i + v k Γ i k i ) ∇ ⋅ S = ( ∂ S i k ∂ ξ i − S l k Γ i i l − S i l Γ i k l ) g k {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\cdot \mathbf {v} &=\left({\cfrac {\partial v^{i}}{\partial \xi ^{i}}}+v^{k}~\Gamma _{ik}^{i}\right)\\{\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}&=\left({\cfrac {\partial S_{ik}}{\partial \xi _{i}}}-S_{lk}~\Gamma _{ii}^{l}-S_{il}~\Gamma _{ik}^{l}\right)~\mathbf {g} ^{k}\end{aligned}}}
सामान्यतः अधिक,
∇ ⋅ S = [ ∂ S i j ∂ q k − Γ k i l S l j − Γ k j l S i l ] g i k b j = [ ∂ S i j ∂ q i + Γ i l i S l j + Γ i l j S i l ] b j = [ ∂ S j i ∂ q i + Γ i l i S j l − Γ i j l S l i ] b j = [ ∂ S i j ∂ q k − Γ i k l S l j + Γ k l j S i l ] g i k b j {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}&=\left[{\cfrac {\partial S_{ij}}{\partial q^{k}}}-\Gamma _{ki}^{l}~S_{lj}-\Gamma _{kj}^{l}~S_{il}\right]~g^{ik}~\mathbf {b} ^{j}\\[8pt]&=\left[{\cfrac {\partial S^{ij}}{\partial q^{i}}}+\Gamma _{il}^{i}~S^{lj}+\Gamma _{il}^{j}~S^{il}\right]~\mathbf {b} _{j}\\[8pt]&=\left[{\cfrac {\partial S_{~j}^{i}}{\partial q^{i}}}+\Gamma _{il}^{i}~S_{~j}^{l}-\Gamma _{ij}^{l}~S_{~l}^{i}\right]~\mathbf {b} ^{j}\\[8pt]&=\left[{\cfrac {\partial S_{i}^{~j}}{\partial q^{k}}}-\Gamma _{ik}^{l}~S_{l}^{~j}+\Gamma _{kl}^{j}~S_{i}^{~l}\right]~g^{ik}~\mathbf {b} _{j}\end{aligned}}}
बेलनाकार ध्रुवीय निर्देशांक बेलनाकार निर्देशांक में
∇ ⋅ v = ∂ v r ∂ r + 1 r ( ∂ v θ ∂ θ + v r ) + ∂ v z ∂ z ∇ ⋅ S = ∂ S r r ∂ r e r + ∂ S r θ ∂ r e θ + ∂ S r z ∂ r e z + 1 r [ ∂ S θ r ∂ θ + ( S r r − S θ θ ) ] e r + 1 r [ ∂ S θ θ ∂ θ + ( S r θ + S θ r ) ] e θ + 1 r [ ∂ S θ z ∂ θ + S r z ] e z + ∂ S z r ∂ z e r + ∂ S z θ ∂ z e θ + ∂ S z z ∂ z e z {\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {\nabla }}\cdot \mathbf {v} =\quad &{\frac {\partial v_{r}}{\partial r}}+{\frac {1}{r}}\left({\frac {\partial v_{\theta }}{\partial \theta }}+v_{r}\right)+{\frac {\partial v_{z}}{\partial z}}\\{\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {S}}=\quad &{\frac {\partial S_{rr}}{\partial r}}~\mathbf {e} _{r}+{\frac {\partial S_{r\theta }}{\partial r}}~\mathbf {e} _{\theta }+{\frac {\partial S_{rz}}{\partial r}}~\mathbf {e} _{z}\\{}+{}&{\frac {1}{r}}\left[{\frac {\partial S_{\theta r}}{\partial \theta }}+(S_{rr}-S_{\theta \theta })\right]~\mathbf {e} _{r}+{\frac {1}{r}}\left[{\frac {\partial S_{\theta \theta }}{\partial \theta }}+(S_{r\theta }+S_{\theta r})\right]~\mathbf {e} _{\theta }+{\frac {1}{r}}\left[{\frac {\partial S_{\theta z}}{\partial \theta }}+S_{rz}\right]~\mathbf {e} _{z}\\{}+{}&{\frac {\partial S_{zr}}{\partial z}}~\mathbf {e} _{r}+{\frac {\partial S_{z\theta }}{\partial z}}~\mathbf {e} _{\theta }+{\frac {\partial S_{zz}}{\partial z}}~\mathbf {e} _{z}\end{aligned}}} टेंसर क्षेत्र का कर्ल ऑर्डर-एन > 1 टेन्सर क्षेत्र का कर्ल (गणित) । T ( x ) {\displaystyle {\boldsymbol {T}}(\mathbf {x} )}
( ∇ × T ) ⋅ c = ∇ × ( c ⋅ T ) ; ( ∇ × v ) ⋅ c = ∇ ⋅ ( v × c ) {\displaystyle ({\boldsymbol {\nabla }}\times {\boldsymbol {T}})\cdot \mathbf {c} ={\boldsymbol {\nabla }}\times (\mathbf {c} \cdot {\boldsymbol {T}})~;\qquad ({\boldsymbol {\nabla }}\times \mathbf {v} )\cdot \mathbf {c} ={\boldsymbol {\nabla }}\cdot (\mathbf {v} \times \mathbf {c} )}
जहाँ c स्वेच्छ अचर सदिश है और v सदिश क्षेत्र है।
प्रथम-क्रम टेंसर (सदिश) क्षेत्र का कर्ल सदिश क्षेत्र v और स्वेच्छ अचर सदिश c पर विचार करें। सूचकांक संकेतन में, क्रॉस उत्पाद किसके द्वारा दिया जाता है
v × c = ε i j k v j c k e i {\displaystyle \mathbf {v} \times \mathbf {c} =\varepsilon _{ijk}~v_{j}~c_{k}~\mathbf {e} _{i}}
कहाँ
ε i j k {\displaystyle \varepsilon _{ijk}} क्रमचय प्रतीक है, अन्यथा लेवी-सिविता प्रतीक के रूप में जाना जाता है। तब,
∇ ⋅ ( v × c ) = ε i j k v j , i c k = ( ε i j k v j , i e k ) ⋅ c = ( ∇ × v ) ⋅ c {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\cdot (\mathbf {v} \times \mathbf {c} )=\varepsilon _{ijk}~v_{j,i}~c_{k}=(\varepsilon _{ijk}~v_{j,i}~\mathbf {e} _{k})\cdot \mathbf {c} =({\boldsymbol {\nabla }}\times \mathbf {v} )\cdot \mathbf {c} }
इसलिए,
∇ × v = ε i j k v j , i e k {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\times \mathbf {v} =\varepsilon _{ijk}~v_{j,i}~\mathbf {e} _{k}}
दूसरे क्रम के टेंसर क्षेत्र का कर्ल दूसरे क्रम के टेंसर के लिए S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}}
c ⋅ S = c m S m j e j {\displaystyle \mathbf {c} \cdot {\boldsymbol {S}}=c_{m}~S_{mj}~\mathbf {e} _{j}}
इसलिए, प्रथम-क्रम टेन्सर क्षेत्र के कर्ल की परिभाषा का उपयोग करते हुए,
∇ × ( c ⋅ S ) = ε i j k c m S m j , i e k = ( ε i j k S m j , i e k ⊗ e m ) ⋅ c = ( ∇ × S ) ⋅ c {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\times (\mathbf {c} \cdot {\boldsymbol {S}})=\varepsilon _{ijk}~c_{m}~S_{mj,i}~\mathbf {e} _{k}=(\varepsilon _{ijk}~S_{mj,i}~\mathbf {e} _{k}\otimes \mathbf {e} _{m})\cdot \mathbf {c} =({\boldsymbol {\nabla }}\times {\boldsymbol {S}})\cdot \mathbf {c} }
इसलिए, हमारे पास है
∇ × S = ε i j k S m j , i e k ⊗ e m {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\times {\boldsymbol {S}}=\varepsilon _{ijk}~S_{mj,i}~\mathbf {e} _{k}\otimes \mathbf {e} _{m}} टेंसर क्षेत्र के कर्ल से संबंधित पहचान टेंसर क्षेत्र के कर्ल से जुड़ी सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली पहचान, T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}}
∇ × ( ∇ T ) = 0 {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\times ({\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {T}})={\boldsymbol {0}}}
यह पहचान सभी आदेशों के टेन्सर क्षेत्रों के लिए है। दूसरे क्रम के टेंसर के महत्वपूर्ण स्थितियों के लिए,
S {\displaystyle {\boldsymbol {S}}} , इस पहचान का तात्पर्य है
∇ × ( ∇ S ) = 0 ⟹ S m i , j − S m j , i = 0 {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}\times ({\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {S}})={\boldsymbol {0}}\quad \implies \quad S_{mi,j}-S_{mj,i}=0}
== दूसरे क्रम के टेंसर == के निर्धारक का व्युत्पन्न
दूसरे क्रम के टेंसर के निर्धारक का व्युत्पन्न A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}}
∂ ∂ A det ( A ) = det ( A ) [ A − 1 ] T . {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\det({\boldsymbol {A}})=\det({\boldsymbol {A}})~\left[{\boldsymbol {A}}^{-1}\right]^{\textsf {T}}~.}
असामान्य आधार में, के घटक
A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}} मैट्रिक्स ए के रूप में लिखा जा सकता है। उस स्थिति में, दाहिने हाथ की ओर मैट्रिक्स के कॉफ़ैक्टर्स से मेल खाती है।
Proof
Let A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}} f ( A ) = det ( A ) {\displaystyle f({\boldsymbol {A}})=\det({\boldsymbol {A}})}
∂ f ∂ A : T = d d α det ( A + α T ) | α = 0 = d d α det [ α A ( 1 α I + A − 1 ⋅ T ) ] | α = 0 = d d α [ α 3 det ( A ) det ( 1 α I + A − 1 ⋅ T ) ] | α = 0 . {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial f}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}&=\left.{\cfrac {d}{d\alpha }}\det({\boldsymbol {A}}+\alpha ~{\boldsymbol {T}})\right|_{\alpha =0}\\&=\left.{\cfrac {d}{d\alpha }}\det \left[\alpha ~{\boldsymbol {A}}\left({\cfrac {1}{\alpha }}~{\boldsymbol {\mathit {I}}}+{\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {T}}\right)\right]\right|_{\alpha =0}\\&=\left.{\cfrac {d}{d\alpha }}\left[\alpha ^{3}~\det({\boldsymbol {A}})~\det \left({\cfrac {1}{\alpha }}~{\boldsymbol {\mathit {I}}}+{\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {T}}\right)\right]\right|_{\alpha =0}.\end{aligned}}} The determinant of a tensor can be expressed in the form of a characteristic equation in terms of the invariants I 1 , I 2 , I 3 {\displaystyle I_{1},I_{2},I_{3}}
det ( λ I + A ) = λ 3 + I 1 ( A ) λ 2 + I 2 ( A ) λ + I 3 ( A ) . {\displaystyle \det(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {I}}}+{\boldsymbol {A}})=\lambda ^{3}+I_{1}({\boldsymbol {A}})~\lambda ^{2}+I_{2}({\boldsymbol {A}})~\lambda +I_{3}({\boldsymbol {A}}).} Using this expansion we can write
== दूसरे क्रम के टेंसर == के आक्रमणकारियों के व्युत्पन्न
दूसरे क्रम के टेंसर के प्रमुख आविष्कार हैं
I 1 ( A ) = tr A I 2 ( A ) = 1 2 [ ( tr A ) 2 − tr A 2 ] I 3 ( A ) = det ( A ) {\displaystyle {\begin{aligned}I_{1}({\boldsymbol {A}})&={\text{tr}}{\boldsymbol {A}}\\I_{2}({\boldsymbol {A}})&={\frac {1}{2}}\left[({\text{tr}}{\boldsymbol {A}})^{2}-{\text{tr}}{{\boldsymbol {A}}^{2}}\right]\\I_{3}({\boldsymbol {A}})&=\det({\boldsymbol {A}})\end{aligned}}}
के संबंध में इन तीन अपरिवर्तनीयों के व्युत्पन्न
A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}} हैं
∂ I 1 ∂ A = 1 ∂ I 2 ∂ A = I 1 1 − A T ∂ I 3 ∂ A = det ( A ) [ A − 1 ] T = I 2 1 − A T ( I 1 1 − A T ) = ( A 2 − I 1 A + I 2 1 ) T {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&={\boldsymbol {\mathit {1}}}\\[3pt]{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&=I_{1}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\\[3pt]{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&=\det({\boldsymbol {A}})~\left[{\boldsymbol {A}}^{-1}\right]^{\textsf {T}}=I_{2}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}~\left(I_{1}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\right)=\left({\boldsymbol {A}}^{2}-I_{1}~{\boldsymbol {A}}+I_{2}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}\right)^{\textsf {T}}\end{aligned}}} Proof
From the derivative of the determinant we know that
∂ I 3 ∂ A = det ( A ) [ A − 1 ] T . {\displaystyle {\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}=\det({\boldsymbol {A}})~\left[{\boldsymbol {A}}^{-1}\right]^{\textsf {T}}~.} For the derivatives of the other two invariants, let us go back to the characteristic equation
det ( λ 1 + A ) = λ 3 + I 1 ( A ) λ 2 + I 2 ( A ) λ + I 3 ( A ) . {\displaystyle \det(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})=\lambda ^{3}+I_{1}({\boldsymbol {A}})~\lambda ^{2}+I_{2}({\boldsymbol {A}})~\lambda +I_{3}({\boldsymbol {A}})~.} Using the same approach as for the determinant of a tensor, we can show that
∂ ∂ A det ( λ 1 + A ) = det ( λ 1 + A ) [ ( λ 1 + A ) − 1 ] T . {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\det(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})=\det(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})~\left[(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})^{-1}\right]^{\textsf {T}}~.} Now the left hand side can be expanded as
∂ ∂ A det ( λ 1 + A ) = ∂ ∂ A [ λ 3 + I 1 ( A ) λ 2 + I 2 ( A ) λ + I 3 ( A ) ] = ∂ I 1 ∂ A λ 2 + ∂ I 2 ∂ A λ + ∂ I 3 ∂ A . {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\det(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})&={\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\left[\lambda ^{3}+I_{1}({\boldsymbol {A}})~\lambda ^{2}+I_{2}({\boldsymbol {A}})~\lambda +I_{3}({\boldsymbol {A}})\right]\\&={\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda +{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~.\end{aligned}}} Hence
∂ I 1 ∂ A λ 2 + ∂ I 2 ∂ A λ + ∂ I 3 ∂ A = det ( λ 1 + A ) [ ( λ 1 + A ) − 1 ] T {\displaystyle {\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda +{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}=\det(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})~\left[(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})^{-1}\right]^{\textsf {T}}}
or,
( λ 1 + A ) T ⋅ [ ∂ I 1 ∂ A λ 2 + ∂ I 2 ∂ A λ + ∂ I 3 ∂ A ] = det ( λ 1 + A ) 1 . {\displaystyle (\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})^{\textsf {T}}\cdot \left[{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda +{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\right]=\det(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}})~{\boldsymbol {\mathit {1}}}~.} Expanding the right hand side and separating terms on the left hand side gives
( λ 1 + A T ) ⋅ [ ∂ I 1 ∂ A λ 2 + ∂ I 2 ∂ A λ + ∂ I 3 ∂ A ] = [ λ 3 + I 1 λ 2 + I 2 λ + I 3 ] 1 {\displaystyle \left(\lambda ~{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\right)\cdot \left[{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda +{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\right]=\left[\lambda ^{3}+I_{1}~\lambda ^{2}+I_{2}~\lambda +I_{3}\right]{\boldsymbol {\mathit {1}}}} or,
[ ∂ I 1 ∂ A λ 3 + ∂ I 2 ∂ A λ 2 + ∂ I 3 ∂ A λ ] 1 + A T ⋅ ∂ I 1 ∂ A λ 2 + A T ⋅ ∂ I 2 ∂ A λ + A T ⋅ ∂ I 3 ∂ A = [ λ 3 + I 1 λ 2 + I 2 λ + I 3 ] 1 . {\displaystyle {\begin{aligned}\left[{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{3}\right.&\left.+{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda \right]{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda +{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\\&=\left[\lambda ^{3}+I_{1}~\lambda ^{2}+I_{2}~\lambda +I_{3}\right]{\boldsymbol {\mathit {1}}}~.\end{aligned}}} If we define I 0 := 1 {\displaystyle I_{0}:=1} I 4 := 0 {\displaystyle I_{4}:=0}
[ ∂ I 1 ∂ A λ 3 + ∂ I 2 ∂ A λ 2 + ∂ I 3 ∂ A λ + ∂ I 4 ∂ A ] 1 + A T ⋅ ∂ I 0 ∂ A λ 3 + A T ⋅ ∂ I 1 ∂ A λ 2 + A T ⋅ ∂ I 2 ∂ A λ + A T ⋅ ∂ I 3 ∂ A = [ I 0 λ 3 + I 1 λ 2 + I 2 λ + I 3 ] 1 . {\displaystyle {\begin{aligned}\left[{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{3}\right.&\left.+{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda +{\frac {\partial I_{4}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\right]{\boldsymbol {\mathit {1}}}+{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{0}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{3}+{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda ^{2}+{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~\lambda +{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\\&=\left[I_{0}~\lambda ^{3}+I_{1}~\lambda ^{2}+I_{2}~\lambda +I_{3}\right]{\boldsymbol {\mathit {1}}}~.\end{aligned}}} Collecting terms containing various powers of λ, we get
λ 3 ( I 0 1 − ∂ I 1 ∂ A 1 − A T ⋅ ∂ I 0 ∂ A ) + λ 2 ( I 1 1 − ∂ I 2 ∂ A 1 − A T ⋅ ∂ I 1 ∂ A ) + λ ( I 2 1 − ∂ I 3 ∂ A 1 − A T ⋅ ∂ I 2 ∂ A ) + ( I 3 1 − ∂ I 4 ∂ A 1 − A T ⋅ ∂ I 3 ∂ A ) = 0 . {\displaystyle {\begin{aligned}\lambda ^{3}&\left(I_{0}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{0}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\right)+\lambda ^{2}\left(I_{1}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\right)+\\&\qquad \qquad \lambda \left(I_{2}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\right)+\left(I_{3}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{4}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}\right)=0~.\end{aligned}}} Then, invoking the arbitrariness of λ, we have
I 0 1 − ∂ I 1 ∂ A 1 − A T ⋅ ∂ I 0 ∂ A = 0 I 1 1 − ∂ I 2 ∂ A 1 − I 2 1 − ∂ I 3 ∂ A 1 − A T ⋅ ∂ I 2 ∂ A = 0 I 3 1 − ∂ I 4 ∂ A 1 − A T ⋅ ∂ I 3 ∂ A = 0 . {\displaystyle {\begin{aligned}I_{0}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{0}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&=0\\I_{1}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-I_{2}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&=0\\I_{3}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\frac {\partial I_{4}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\cdot {\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&=0~.\end{aligned}}} This implies that
∂ I 1 ∂ A = 1 ∂ I 2 ∂ A = I 1 1 − A T ∂ I 3 ∂ A = I 2 1 − A T ( I 1 1 − A T ) = ( A 2 − I 1 A + I 2 1 ) T {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial I_{1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&={\boldsymbol {\mathit {1}}}\\{\frac {\partial I_{2}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&=I_{1}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\\{\frac {\partial I_{3}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}&=I_{2}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}~\left(I_{1}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}-{\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}\right)=\left({\boldsymbol {A}}^{2}-I_{1}~{\boldsymbol {A}}+I_{2}~{\boldsymbol {\mathit {1}}}\right)^{\textsf {T}}\end{aligned}}} == दूसरे क्रम की पहचान टेंसर == का व्युत्पन्न
होने देना 1 {\displaystyle {\boldsymbol {\mathit {1}}}} A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}}
∂ 1 ∂ A : T = 0 : T = 0 {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {\mathit {1}}}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}={\boldsymbol {\mathsf {0}}}:{\boldsymbol {T}}={\boldsymbol {\mathit {0}}}}
यह है क्योंकि
1 {\displaystyle {\boldsymbol {\mathit {1}}}} से स्वतंत्र है
A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}} .
स्वयं के संबंध में दूसरे क्रम के टेंसर का व्युत्पन्न होने देना A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}}
∂ A ∂ A : T = [ ∂ ∂ α ( A + α T ) ] α = 0 = T = I : T {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {A}}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}=\left[{\frac {\partial }{\partial \alpha }}({\boldsymbol {A}}+\alpha ~{\boldsymbol {T}})\right]_{\alpha =0}={\boldsymbol {T}}={\boldsymbol {\mathsf {I}}}:{\boldsymbol {T}}}
इसलिए,
∂ A ∂ A = I {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {A}}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}={\boldsymbol {\mathsf {I}}}}
यहाँ
I {\displaystyle {\boldsymbol {\mathsf {I}}}} चौथा क्रम पहचान टेन्सर है। ऑर्थोनॉर्मल बेसिस के संबंध में इंडेक्स नोटेशन में
I = δ i k δ j l e i ⊗ e j ⊗ e k ⊗ e l {\displaystyle {\boldsymbol {\mathsf {I}}}=\delta _{ik}~\delta _{jl}~\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{k}\otimes \mathbf {e} _{l}}
इस परिणाम का तात्पर्य है
∂ A T ∂ A : T = I T : T = T T {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {A}}^{\textsf {T}}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}={\boldsymbol {\mathsf {I}}}^{\textsf {T}}:{\boldsymbol {T}}={\boldsymbol {T}}^{\textsf {T}}}
कहाँ
I T = δ j k δ i l e i ⊗ e j ⊗ e k ⊗ e l {\displaystyle {\boldsymbol {\mathsf {I}}}^{\textsf {T}}=\delta _{jk}~\delta _{il}~\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{k}\otimes \mathbf {e} _{l}}
इसलिए, यदि टेंसर
A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}} सममित है, तो व्युत्पन्न भी सममित है और हम प्राप्त करते हैं
∂ A ∂ A = I ( s ) = 1 2 ( I + I T ) {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {A}}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}={\boldsymbol {\mathsf {I}}}^{(s)}={\frac {1}{2}}~\left({\boldsymbol {\mathsf {I}}}+{\boldsymbol {\mathsf {I}}}^{\textsf {T}}\right)}
जहां सममित चौथे क्रम की पहचान टेन्सर है
I ( s ) = 1 2 ( δ i k δ j l + δ i l δ j k ) e i ⊗ e j ⊗ e k ⊗ e l {\displaystyle {\boldsymbol {\mathsf {I}}}^{(s)}={\frac {1}{2}}~(\delta _{ik}~\delta _{jl}+\delta _{il}~\delta _{jk})~\mathbf {e} _{i}\otimes \mathbf {e} _{j}\otimes \mathbf {e} _{k}\otimes \mathbf {e} _{l}}
== दूसरे क्रम के टेंसर == के व्युत्क्रम का व्युत्पन्न
होने देना A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}} T {\displaystyle {\boldsymbol {T}}}
∂ ∂ A ( A − 1 ) : T = − A − 1 ⋅ T ⋅ A − 1 {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\left({\boldsymbol {A}}^{-1}\right):{\boldsymbol {T}}=-{\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {T}}\cdot {\boldsymbol {A}}^{-1}}
ऑर्थोनॉर्मल बेसिस के संबंध में इंडेक्स नोटेशन में
∂ A i j − 1 ∂ A k l T k l = − A i k − 1 T k l A l j − 1 ⟹ ∂ A i j − 1 ∂ A k l = − A i k − 1 A l j − 1 {\displaystyle {\frac {\partial A_{ij}^{-1}}{\partial A_{kl}}}~T_{kl}=-A_{ik}^{-1}~T_{kl}~A_{lj}^{-1}\implies {\frac {\partial A_{ij}^{-1}}{\partial A_{kl}}}=-A_{ik}^{-1}~A_{lj}^{-1}}
हमारे पास भी है
∂ ∂ A ( A − T ) : T = − A − T ⋅ T T ⋅ A − T {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\left({\boldsymbol {A}}^{-{\textsf {T}}}\right):{\boldsymbol {T}}=-{\boldsymbol {A}}^{-{\textsf {T}}}\cdot {\boldsymbol {T}}^{\textsf {T}}\cdot {\boldsymbol {A}}^{-{\textsf {T}}}}
इंडेक्स नोटेशन में
∂ A j i − 1 ∂ A k l T k l = − A j k − 1 T l k A l i − 1 ⟹ ∂ A j i − 1 ∂ A k l = − A l i − 1 A j k − 1 {\displaystyle {\frac {\partial A_{ji}^{-1}}{\partial A_{kl}}}~T_{kl}=-A_{jk}^{-1}~T_{lk}~A_{li}^{-1}\implies {\frac {\partial A_{ji}^{-1}}{\partial A_{kl}}}=-A_{li}^{-1}~A_{jk}^{-1}}
यदि टेंसर
A {\displaystyle {\boldsymbol {A}}} तब सममित है
∂ A i j − 1 ∂ A k l = − 1 2 ( A i k − 1 A j l − 1 + A i l − 1 A j k − 1 ) {\displaystyle {\frac {\partial A_{ij}^{-1}}{\partial A_{kl}}}=-{\cfrac {1}{2}}\left(A_{ik}^{-1}~A_{jl}^{-1}+A_{il}^{-1}~A_{jk}^{-1}\right)} Proof
Recall that
∂ 1 ∂ A : T = 0 {\displaystyle {\frac {\partial {\boldsymbol {\mathit {1}}}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}={\boldsymbol {\mathit {0}}}} Since A − 1 ⋅ A = 1 {\displaystyle {\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {A}}={\boldsymbol {\mathit {1}}}}
∂ ∂ A ( A − 1 ⋅ A ) : T = 0 {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\left({\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {A}}\right):{\boldsymbol {T}}={\boldsymbol {\mathit {0}}}} Using the product rule for second order tensors
∂ ∂ S [ F 1 ( S ) ⋅ F 2 ( S ) ] : T = ( ∂ F 1 ∂ S : T ) ⋅ F 2 + F 1 ⋅ ( ∂ F 2 ∂ S : T ) {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {S}}}}[{\boldsymbol {F}}_{1}({\boldsymbol {S}})\cdot {\boldsymbol {F}}_{2}({\boldsymbol {S}})]:{\boldsymbol {T}}=\left({\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{1}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)\cdot {\boldsymbol {F}}_{2}+{\boldsymbol {F}}_{1}\cdot \left({\frac {\partial {\boldsymbol {F}}_{2}}{\partial {\boldsymbol {S}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)} we get
∂ ∂ A ( A − 1 ⋅ A ) : T = ( ∂ A − 1 ∂ A : T ) ⋅ A + A − 1 ⋅ ( ∂ A ∂ A : T ) = 0 {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}({\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {A}}):{\boldsymbol {T}}=\left({\frac {\partial {\boldsymbol {A}}^{-1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)\cdot {\boldsymbol {A}}+{\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot \left({\frac {\partial {\boldsymbol {A}}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)={\boldsymbol {\mathit {0}}}}
or,
( ∂ A − 1 ∂ A : T ) ⋅ A = − A − 1 ⋅ T {\displaystyle \left({\frac {\partial {\boldsymbol {A}}^{-1}}{\partial {\boldsymbol {A}}}}:{\boldsymbol {T}}\right)\cdot {\boldsymbol {A}}=-{\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {T}}} Therefore,
∂ ∂ A ( A − 1 ) : T = − A − 1 ⋅ T ⋅ A − 1 {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\boldsymbol {A}}}}\left({\boldsymbol {A}}^{-1}\right):{\boldsymbol {T}}=-{\boldsymbol {A}}^{-1}\cdot {\boldsymbol {T}}\cdot {\boldsymbol {A}}^{-1}} भागों द्वारा एकीकरण कार्यक्षेत्र
Ω {\displaystyle \Omega } , इसकी सीमा
Γ {\displaystyle \Gamma } और जावक इकाई सामान्य
n {\displaystyle \mathbf {n} } सातत्य यांत्रिकी में टेंसर व्युत्पन्न से संबंधित अन्य महत्वपूर्ण ऑपरेशन भागों द्वारा एकीकरण है। भागों द्वारा एकीकरण के सूत्र को इस प्रकार लिखा जा सकता है
∫ Ω F ⊗ ∇ G d Ω = ∫ Γ n ⊗ ( F ⊗ G ) d Γ − ∫ Ω G ⊗ ∇ F d Ω {\displaystyle \int _{\Omega }{\boldsymbol {F}}\otimes {\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {G}}\,d\Omega =\int _{\Gamma }\mathbf {n} \otimes ({\boldsymbol {F}}\otimes {\boldsymbol {G}})\,d\Gamma -\int _{\Omega }{\boldsymbol {G}}\otimes {\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {F}}\,d\Omega }
कहाँ
F {\displaystyle {\boldsymbol {F}}} और
G {\displaystyle {\boldsymbol {G}}} मनमाना क्रम के अवकलनीय टेन्सर क्षेत्र हैं,
n {\displaystyle \mathbf {n} } उस डोमेन के लिए बाहरी सामान्य इकाई है जिस पर टेंसर क्षेत्र परिभाषित हैं,
⊗ {\displaystyle \otimes } सामान्यीकृत टेंसर उत्पाद ऑपरेटर का प्रतिनिधित्व करता है, और
∇ {\displaystyle {\boldsymbol {\nabla }}} सामान्यीकृत ढाल ऑपरेटर है। कब
F {\displaystyle {\boldsymbol {F}}} पहचान टेन्सर के बराबर है, हमें डायवर्जेंस प्रमेय मिलता है
∫ Ω ∇ G d Ω = ∫ Γ n ⊗ G d Γ . {\displaystyle \int _{\Omega }{\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {G}}\,d\Omega =\int _{\Gamma }\mathbf {n} \otimes {\boldsymbol {G}}\,d\Gamma \,.}
हम कार्तीय इंडेक्स नोटेशन में भागों द्वारा एकीकरण के सूत्र को व्यक्त कर सकते हैं
∫ Ω F i j k . . . . G l m n . . . , p d Ω = ∫ Γ n p F i j k . . . G l m n . . . d Γ − ∫ Ω G l m n . . . F i j k . . . , p d Ω . {\displaystyle \int _{\Omega }F_{ijk....}\,G_{lmn...,p}\,d\Omega =\int _{\Gamma }n_{p}\,F_{ijk...}\,G_{lmn...}\,d\Gamma -\int _{\Omega }G_{lmn...}\,F_{ijk...,p}\,d\Omega \,.}
विशेष स्थितियों के लिए जहां टेन्सर उत्पाद संचालन सूचकांक का संकुचन है और ढाल संचालन विचलन है, और दोनों
F {\displaystyle {\boldsymbol {F}}} और
G {\displaystyle {\boldsymbol {G}}} दूसरे क्रम के टेंसर हैं, हमारे पास हैं
∫ Ω F ⋅ ( ∇ ⋅ G ) d Ω = ∫ Γ n ⋅ ( G ⋅ F T ) d Γ − ∫ Ω ( ∇ F ) : G T d Ω . {\displaystyle \int _{\Omega }{\boldsymbol {F}}\cdot ({\boldsymbol {\nabla }}\cdot {\boldsymbol {G}})\,d\Omega =\int _{\Gamma }\mathbf {n} \cdot \left({\boldsymbol {G}}\cdot {\boldsymbol {F}}^{\textsf {T}}\right)\,d\Gamma -\int _{\Omega }({\boldsymbol {\nabla }}{\boldsymbol {F}}):{\boldsymbol {G}}^{\textsf {T}}\,d\Omega \,.}
इंडेक्स नोटेशन में,
∫ Ω F i j G p j , p d Ω = ∫ Γ n p F i j G p j d Γ − ∫ Ω G p j F i j , p d Ω . {\displaystyle \int _{\Omega }F_{ij}\,G_{pj,p}\,d\Omega =\int _{\Gamma }n_{p}\,F_{ij}\,G_{pj}\,d\Gamma -\int _{\Omega }G_{pj}\,F_{ij,p}\,d\Omega \,.} यह भी देखें संदर्भ
↑ J. C. Simo and T. J. R. Hughes, 1998, Computational Inelasticity , Springer
↑ J. E. Marsden and T. J. R. Hughes, 2000, Mathematical Foundations of Elasticity , Dover.
↑ R. W. Ogden, 2000, Nonlinear Elastic Deformations , Dover.
↑ 4.0 4.1 Hjelmstad, Keith (2004). संरचनात्मक यांत्रिकी के मूल तत्व . Springer Science & Business Media. p. 45. ISBN 9780387233307
