1次元流れの実質微分は,
\[
\frac{ D }{ D t }
= \frac{ \partial }{ \partial t }
+ \frac{ dx }{ dt }\ \frac{ \partial }{ \partial x }
\]
つぎのようにおく:
\[
\frac{ dx }{ dt } = u( x, t ) \\
\]
このとき,
\[
\frac{ D u }{ D t } = \frac{ \partial u }{ \partial t } + u\ \frac{ \partial u }{ \partial x }
\]
これをつぎのように読む:
密度 \( \rho( x, t ) \) に対し
\[
\frac{ D \rho }{ D t } = \frac{ \partial \rho }{ \partial t } + u\ \frac{ \partial \rho }{ \partial x }
\]
実質微分の式の導出
\[
f( x + \Delta x,\ t + \Delta t ) - f( x,\ t ) \\
\ \\
= (\ f( x + \Delta x,\ t + \Delta t )
- f( x + \Delta x,\ t ) ) \\
+ (\ f( x + \Delta x,\ t )
- f( x,\ t ) ) \\
\]
よって,
\[
\frac{ f( x + \Delta x,\ t + \Delta t ) - f( x,\ t ) }{ \Delta t } \\
\ \\
= \frac{ \ f( x + \Delta x,\ t + \Delta t )
- f( x + \Delta x,\ t ) ) }{ \Delta t }\\
\quad + \frac{ \Delta x }{ \Delta t }\ \
\frac{ f( x + \Delta x,\ t )
- f( x,\ t ) }{ \Delta x }
\]
\( \Delta t \rightarrow 0 \) で \( \Delta x \rightarrow 0 \) だとすると,
\[
\frac{ D f }{ D t }
= \frac{ \partial f }{ \partial t }
+ u\ \frac{ \partial f }{ \partial x }
\]
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