与えられたベクトル場の回転(rot A)を計算する問題です。 ベクトル場Aは、$A = xza_x + xya_y + yza_z$で定義されています。ここで、$a_x$, $a_y$, $a_z$はそれぞれx, y, z方向の単位ベクトルです。

応用数学ベクトル解析ベクトル場の回転偏微分デカルト座標系
2025/6/27

1. 問題の内容

与えられたベクトル場の回転(rot A)を計算する問題です。
ベクトル場Aは、A=xzax+xyay+yzazA = xza_x + xya_y + yza_zで定義されています。ここで、axa_x, aya_y, aza_zはそれぞれx, y, z方向の単位ベクトルです。

2. 解き方の手順

ベクトル場の回転は、デカルト座標系では次の式で計算できます。
rotA=(AzyAyz)ax+(AxzAzx)ay+(AyxAxy)azrot A = (\frac{\partial A_z}{\partial y} - \frac{\partial A_y}{\partial z})a_x + (\frac{\partial A_x}{\partial z} - \frac{\partial A_z}{\partial x})a_y + (\frac{\partial A_y}{\partial x} - \frac{\partial A_x}{\partial y})a_z
ここで、Ax=xzA_x = xz, Ay=xyA_y = xy, Az=yzA_z = yzです。
各偏微分を計算します。
Azy=(yz)y=z\frac{\partial A_z}{\partial y} = \frac{\partial (yz)}{\partial y} = z
Ayz=(xy)z=0\frac{\partial A_y}{\partial z} = \frac{\partial (xy)}{\partial z} = 0
Axz=(xz)z=x\frac{\partial A_x}{\partial z} = \frac{\partial (xz)}{\partial z} = x
Azx=(yz)x=0\frac{\partial A_z}{\partial x} = \frac{\partial (yz)}{\partial x} = 0
Ayx=(xy)x=y\frac{\partial A_y}{\partial x} = \frac{\partial (xy)}{\partial x} = y
Axy=(xz)y=0\frac{\partial A_x}{\partial y} = \frac{\partial (xz)}{\partial y} = 0
これらの偏微分の結果を回転の公式に代入します。
rotA=(z0)ax+(x0)ay+(y0)azrot A = (z - 0)a_x + (x - 0)a_y + (y - 0)a_z
rotA=zax+xay+yazrot A = za_x + xa_y + ya_z

3. 最終的な答え

rotA=zax+xay+yazrot A = za_x + xa_y + ya_z

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