Up divergence 作成: 2017-11-22
更新: 2017-11-25


    逆2乗法則が成り立つ力ベクトル場は,つぎの式で表されるものであった:
     引力モデル: \[ \phi(\vec{x}) \,=\, - \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|} \\ \vec{F}(\vec{x})\ ( \,=\, - grad\, \phi(\vec{x}) \ ) \,=\, - \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|^2} \vec{e}_{\vec{x} - \vec{a}} \]  斥力モデル: \[ \phi(\vec{x}) \,=\, \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|} \\ \vec{F}(\vec{x})\ ( \,=\, - grad\, \phi(\vec{x}) \ ) \,=\, \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|^2} \vec{e}_{\vec{x} - \vec{a}} \] この場合,つぎが成り立つ: \[ div\, \vec{F}(\vec{x})\ ( \,=\, - div\, grad\, \phi(\vec{x}) \,=\, - \Delta \,\phi(\vec{x}) \ ) = 0 \]

    「\( div\, \vec{F}(\vec{x})\ ( \,=\, - div\, grad\, \phi(\vec{x}) \,=\, - \Delta \,\phi(\vec{x}) \ ) = 0 \)」の証明: \[ div\,\vec{F}(\vec{x}) \\ \,=\, div\, ( - grad\, \phi (\vec{x})) \\ \,=\, div\, ( - \phi_x (\vec{x}),\, - \phi_y (\vec{x}),\,- \phi_z (\vec{x}) ) \\ \,=\, -\frac{\partial \phi_x(\vec{x})}{\partial x} - \frac{\partial \phi_y(\vec{x})}{\partial y} - \frac{\partial \phi_z (\vec{x})}{\partial z} \\ \,=\, - \Delta \,\phi(\vec{x}) \] 以下,引力モデルで: \[ div\,\vec{F}(\vec{x}) \\ \,=\, div \left( - \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|^2} \vec{e}_{\vec{x} - \vec{a}} \right) \\ \,=\, - \frac{\partial}{\partial x} \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|^2} \frac{x-a_x}{|\vec{x} - \vec{a}|} - \frac{\partial}{\partial y} \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|^2} \frac{y-a_y}{|\vec{x} - \vec{a}|} - \frac{\partial}{\partial z} \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|^2} \frac{z-a_z}{|\vec{x} - \vec{a}|} \\ \ \\ \frac{\partial}{\partial x} \frac{1}{|\vec{x} - \vec{a}|^2} \frac{x-a_x}{|\vec{x} - \vec{a}|} \\ \,=\, \frac{\partial}{\partial x} \frac{x-a_x}{((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{\frac{3}{2}} } \\ \,=\, ((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{3}{2}} \\ \,+\, (x-a_x) (- \frac{3}{2}) ((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{5}{2}} (2( x-a_x)) \\ \,=\, \frac{(x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2}{((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{5}{2}}} \\ \,+\, \frac{-3(x-a_x)^2}{ ((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{5}{2}}} \\ \,=\, \frac{-2(x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2}{((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{5}{2}}} \\ よって, \\ div\,\vec{F}(\vec{x}) \\ \,=\, \frac{2(x-a_x)^2 - (y-a_y)^2 - (z-a_z)^2}{((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{5}{2}}} \\ \,+\, \frac{-(x-a_x)^2 + 2(y-a_y)^2 - (z-a_z)^2}{((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{5}{2}}} \\ \,+\, \frac{-(x-a_x)^2 - (y-a_y)^2 +2 (z-a_z)^2}{((x-a_x)^2 + (y-a_y)^2 + (z-a_z)^2)^{-\frac{5}{2}}} \\ = 0 \]