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In uno spazio tridimensionale <math>\mathbb{R}^{3}</math> generato da un [[sistema di coordinate cartesiane]] <math>x, y, z</math> con versori indicati <math>\hat{\mathbf{i}}</math>, <math>\hat{\mathbf{j}}</math> e <math>\hat{\mathbf{k}}</math>, il nabla è definito come: |
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In uno spazio tridimensionale <math>\mathbb{R}^{3}</math> generato da un [[sistema di coordinate cartesiane]] <math>x, y, z</math> con versori indicati <math>\hat{\mathbf{i}}</math>, <math>\hat{\mathbf{j}}</math> e <math>\hat{\mathbf{k}}</math>, il nabla è definito come: |
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:<math>\nabla := \hat{\mathbf{i}} {\partial \over \partial x} + \hat{\mathbf{j}}{\partial \over \partial y} + \hat{\mathbf{k}}{\partial \over \partial z}</math> |
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:<math>\nabla \, \, \stackrel{\Delta}{=} \, \, |
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\hat{\mathbf{i}} {\partial \over \partial x} + \hat{\mathbf{j}}{\partial \over \partial y} + \hat{\mathbf{k}}{\partial \over \partial z}</math> |
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La generalizzazione per uno spazio <math>\mathbb{R}^{n,m}</math> con funzioni di <math>n</math> variabili a <math>m</math> valori, viene scritta: |
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La generalizzazione per uno spazio <math>\mathbb{R}^{n,m}</math> con funzioni di <math>n</math> variabili a <math>m</math> valori, viene scritta: |
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In matematica, ed in particolare nel calcolo vettoriale e nell'analisi matematica, il nabla indicato col simbolo è un operatore differenziale vettoriale. Il simbolo è chiamato, molto raramente e solo nel mondo anglosassone, anche atled (delta letto al contrario) a causa della sua forma a delta () rovesciato. Il nome più comunemente utilizzato nella letteratura anglosassone è però "del".
Il nabla è una convenzione matematica che consente di scrivere, con una notazione compatta, gli operatori differenziali jacobiana, gradiente, divergenza e rotore.
Qualora lo spazio vettoriale nel quale il nabla agisce sia uni-dimensionale, la definizione del nabla coincide con l'ordinaria derivata.
Il termine deriva dal nome di uno strumento musicale a corda della tradizione ebraica europea, il nebel, simile ad un'arpa, ovvero simile ad una viola o ad un violino ma avente una cassa acustica di profilo triangolare, che richiama appunto quella di un delta rovesciato.[1][2]
Il simbolo è stato utilizzato per la prima volta dal matematico e fisico William Rowan Hamilton nella forma di un delta sdraiato ⊲. In greco il simbolo è chiamato ανάδελτα, anádelta, ovvero delta rovesciato. Nel linguaggio anglosassone il simbolo nabla, quando è un operatore matematico, è chiamato del.
Il simbolo è disponibile nel codice HTML come ∇
e nel codice LaTeX come \nabla
. Nella codifica Unicode è rappresentato nella cella U+2207 o, in notazione decimale, 8711.
Definizione
In uno spazio tridimensionale generato da un sistema di coordinate cartesiane con versori indicati , e , il nabla è definito come:
La generalizzazione per uno spazio con funzioni di variabili a valori, viene scritta:
Usi del nabla
L'operatore nabla consente di scrivere con una notazione compatta ed intuitiva gli operatori differenziali del gradiente, la divergenza, il rotore, la derivata direzionale, il laplaciano:
dove è una funzione reale di una o più variabili reali, mentre è un campo, cioè una funzione vettoriale di una o più variabili reali. Il simbolo rappresenta il prodotto scalare, mentre il prodotto vettoriale.
Questo consente di semplificare la scrittura anche di complicate equazioni differenziali.
Definizione intrinseca
La definizione data sopra è in realtà una definizione informale che dipende dal sistema di coordinate prescelto. Si può tuttavia definire il nabla con una definizione intrinseca più generale, indipendente dal sistema di coordinate:
in cui rappresenta un prodotto arbitrario (scalare, vettoriale, tensoriale o per uno scalare), mentre è un campo scalare, vettoriale o tensoriale. è la superficie frontiera del volume che nel limite si riduce a un punto. In questo modo si possono definire in maniera intrinseca il gradiente, la divergenza, il rotore e gli altri operatori differenziali.
Coordinate sferiche
Le equazioni che trasformano le coordinate polari in coordinate cartesiane
sono:
Sfruttando la regola di derivazione a catena si può scrivere:
la stessa cosa, usando la notazione con matrici e vettori, si scrive:
o anche in forma più compatta:
avendo definito:
Si noti che:
con
Con quanto suddetto l'operatore gradiente in coordinate polari si esprime:
Si ha:
da cui si ricava l'espressione del laplaciano in coordinate polari:
Si trovano facilmente anche gli operatori (il legendriano)
e , che sono strettamente legati
a e nella teoria dei momenti angolari della meccanica
quantistica, infatti:
e calcolando:
si ottiene:
L'operatore rappresenta la parte
angolare di e si può scrivere un'altra espressione importante
per il laplaciano:
Note
Voci correlate