del 算子(del operator)
/ nabla: NAB-lah /
del 写作一个倒立的三角形、读作 nabla,是把所有一阶偏导数捆进一个符号向量的单一记号。把它想成一台等待作用的“求导指令向量”,del = (partial / partial x, partial / partial y, partial / partial z),等着对你放在它右边的任何东西施加作用。它单独几乎什么也不做;它的威力在于:向量代数的规则随后把三种不同而重要的运算组织到同一屋檐下。
依据你施加它的方式,del 产生向量微积分的三个核心算子。作为普通乘积作用于标量场 f,del f 是梯度——一个指向上坡的向量。点乘到向量场 F 上,del 点乘 F 是散度——一个度量单位体积净流出的标量。叉乘到向量场上,del 叉乘 F 是旋度——一个度量局部旋转的向量。把它平方,del 点乘 del = del^2(拉普拉斯算子,有时写作 nabla^2 或用一个三角形)给出梯度的散度,即热方程、波动方程与拉普拉斯方程核心的算子。所以同一个符号,读作三或四种方式,就编码了梯度、散度、旋度与拉普拉斯算子。
正是这种紧凑性使 del 在物理与工程中无处不在:麦克斯韦方程组、流体力学、热流与静电学都用它在寥寥数行内写出。但有一个值得直说的告诫:del 是助记符,而非字面意义上的向量。点乘叉乘的直觉在直角坐标系中给出正确答案,但在曲线坐标(极、柱、球)中你不能只是代入偏导——会出现额外的尺度因子项,稳妥之道是使用既定的曲线坐标公式,而非天真地把 del 推过去。在这份尊重之下,del 是全部应用数学中最经济的记号。
作用于标量场 f,del f = (partial f / partial x, partial f / partial y, partial f / partial z) 是梯度。作用于向量场 F = (P, Q, R),del 点乘 F = partial P / partial x + partial Q / partial y + partial R / partial z 是散度——同一符号,两种运算。
同一符号 del 给出梯度(作用于标量)、散度(点乘)与旋度(叉乘)。
del 是算子,而非可以随意移动的向量:del 点乘 F(散度,一个标量)与 F 点乘 del(一个标量算子)含义不同,而直角坐标的点乘/叉乘捷径不能原样搬到极、柱、球坐标中。