多元微分學

del 算子(del operator)

/ nabla: NAB-lah /

del 寫作一個倒立的三角形、讀作 nabla,是把所有一階偏導數捆進一個符號向量的單一記號。把它想成一臺等待作用的「求導指令向量」,del = (partial / partial x, partial / partial y, partial / partial z),等著對你放在它右邊的任何東西施加作用。它單獨幾乎什麼也不做;它的威力在於:向量代數的規則隨後把三種不同而重要的運算組織到同一屋簷下。

依據你施加它的方式,del 產生向量微積分的三個核心算子。作為普通乘積作用於標量場 f,del f 是梯度——一個指向上坡的向量。點乘到向量場 F 上,del 點乘 F 是散度——一個度量單位體積淨流出的標量。叉乘到向量場上,del 叉乘 F 是旋度——一個度量局部旋轉的向量。把它平方,del 點乘 del = del^2(拉普拉斯算子,有時寫作 nabla^2 或用一個三角形)給出梯度的散度,即熱方程、波動方程與拉普拉斯方程核心的算子。所以同一個符號,讀作三或四種方式,就編碼了梯度、散度、旋度與拉普拉斯算子。

正是這種緊湊性使 del 在物理與工程中無處不在:麥克斯韋方程組、流體力學、熱流與靜電學都用它在寥寥數行內寫出。但有一個值得直說的告誡:del 是助記符,而非字面意義上的向量。點乘叉乘的直覺在直角座標系中給出正確答案,但在曲線座標(極、柱、球)中你不能只是代入偏導——會出現額外的尺度因子項,穩妥之道是使用既定的曲線座標公式,而非天真地把 del 推過去。在這份尊重之下,del 是全部應用數學中最經濟的記號。

作用於標量場 f,del f = (partial f / partial x, partial f / partial y, partial f / partial z) 是梯度。作用於向量場 F = (P, Q, R),del 點乘 F = partial P / partial x + partial Q / partial y + partial R / partial z 是散度——同一符號,兩種運算。

同一符號 del 給出梯度(作用於標量)、散度(點乘)與旋度(叉乘)。

del 是算子,而非可以隨意移動的向量:del 點乘 F(散度,一個標量)與 F 點乘 del(一個標量算子)含義不同,而直角座標的點乘/叉乘捷徑不能原樣搬到極、柱、球座標中。

又稱
nablanabla operatorgrad operatornabla 算子倒三角算子