Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Задачник - Тензора

.pdf
Скачиваний:
27
Добавлен:
12.02.2015
Размер:
200.71 Кб
Скачать

Ответы

11

 

 

Ответы

1.Криволинейные координаты

1.1.x1 повеpхности цилиндpы, имеющие общую ось вдоль оси y3, x2 повеpхности плоскости, пpоходящие чеpез ось y3, x3 повеpхности плоскости паpаллельные плоскости y3 = 0.

1.4.x1 è x2 повеpхности паpаболические цилиндpы, x3 повеpхности

плоскости, паpаллельные плоскости y3 = 0.

1.5. a) e1 = (1, 0, 0),

e2 = (0, 1, 0),

e3 = (0, 0, 1);

á)

e1 = (sin x2 cos x3, sin x2 sin x3,

cos x2)

 

 

e2 = (x1 cos x2 cos x3,

x1 cos x2 sin x3,

sin x2)

 

e3 = (−x1 sin x2 sin x3,

x1 sin x2 cos x3,

0)

 

â)

e1 = (cos x2,

sin x2,

0)

 

 

 

 

 

 

 

e2 = (−x1 sin x2,

x1 cos x2,

0)

 

 

 

 

 

e3 = (0,

0,

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ã)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

y1

 

 

y2

 

 

y3

 

 

 

ei =

 

 

(

 

,

 

,

 

)

 

(i = 1, 2, 3.)

 

 

2

xi − a

xi − b

xi − c

 

ä)

e1 = (x2 cos x3,

x2 sin x3,

x1)

 

 

 

 

 

e2 = (x1 cos x3,

x1 sin x3,

−x2)

 

 

 

e3 = (−x1x2 sin x3,

x1x2 cos x3,

0)

 

 

 

 

1.7. a) gmn = δmn,

gmn = δmn,

g = 1

 

á) g = (x1)4(sin x2)2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x1)2

 

 

0

 

 

 

 

gmn = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

(x1)2(sin x2)2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

gmn

 

 

 

(x1)2

 

 

0

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

(x1)2(sin x2)2

12

Ответы

 

 

 

 

 

 

 

â) g = (x1)2,

 

 

 

 

 

1

0

0

 

0

0

1

gmn =

0

(x1)2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

gmn =

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

(x1)2 0

 

 

 

 

 

 

ã) gmn = g

mn

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0, (m ̸= n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g11

=

 

g1

 

 

g22 =

 

g2

 

 

g33

=

 

 

g3

 

 

 

2

 

 

3

 

3

1

 

x

1

− x

2

 

ãäå

 

x − x

 

 

 

 

x − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x1 − x2)(x1 − x3)(x2 − x2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gi

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(xi − a)(xi − b)(xi − c)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ä) g = [(x1)2 + (x2)2]2(x1x2)2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x1)2 + (x2)2

 

 

0

 

 

0

 

 

.

gmn =

 

 

0

 

(x1)2 + (x2)2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

(x1x2)2

 

 

 

1 8. a2 = 9, b2 = 5, cos θ = 4/3

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.10. (25/3,

 

7/3,

10/3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.13 ei ×ej =

 

eijkek ; eijk pàâíî 1 åñëè ijk четная пеpестановка

g

1,2,3; 1 , åñëè ijk нечетная пеpестановка; 0, если имеется по

кpайней меpе два оäинаковых индекса.

 

 

 

 

 

 

 

1.15. ei ×ej = (1/g) eijkek;

eijk имеет те же составляющие, что

è eijk .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.16. cr =

 

erklakbl.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.17. cr = (1/

 

) erklakbl.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.18.

 

 

V =

 

 

 

 

 

arbsct = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

ersta b

c

.

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rst

 

 

r s

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

1.20. Пpоекции на

e1

,

e2

,

e3

pавны соответственно 1, 2,

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Ответы

13

 

 

2. Тензорная алгебра

2.1. δmstrst = δmr .

 

 

 

 

 

 

2.2. В обоих случаях |asr|. .

 

 

 

2.3 a) |anm|erst,

á) |anm|erst

 

 

 

2.4. a= a1 cos x2 + a2 sin x2 , a

=

a1x1 sin x2

1

 

 

2

 

 

a3= a3.

 

 

 

 

 

 

2.5. λ′r = φ

∂x′r

; λr= φ

∂x1

.

 

 

 

∂x1

 

 

 

 

 

 

∂xr

 

 

 

2.6. a11 = a11 − a12 2x3a13

, a12 = 2x1a12 + 4x1x3a13 ,

+ a2x1 cos x2,

a13 = 2x1a31.

2.19.Φ

1 Φ

 

 

Φ

 

 

 

Φ

 

 

1 Φ

1

 

 

Φ

 

a) (

 

,

 

 

 

,

 

 

 

 

),

á) (

 

 

 

,

 

 

 

 

,

 

 

 

), ρ = x1, φ = x2, z =

∂ρ

ρ ∂φ

∂z

∂r

r

∂θ

r sin θ

∂φ

x3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aρρ

 

 

ρ1Aρφ

Aρz

 

 

 

 

 

 

 

 

A¯rs

= ρ1Aφρ

 

ρ2Aφφ ρ1Aφz

 

á)

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

ρ1A

Azz

 

 

 

A¯rs =

 

 

 

Arr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r1A

 

 

 

 

(r sin θ)1A

 

 

 

r1Aθr

 

 

 

 

r2Aθθ

 

 

 

(r2 sin θ)1Aθφ

2.20.

 

(r sin θ)1Aφr

(r2 sin θ)1Aφθ

(r2 sin2 θ)1Aφφ

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1 = 1,

 

 

 

(

 

 

,

 

, 0);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

λ2 = 0,

 

 

 

(0, 0, 1);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ3 = 1,

 

 

 

(

 

,

 

, 0).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

3. Ковариантное дифференцирование

3.1. Отличные от нуля символы Кpистоффеля есть:

a) Γ2,21 = Γ2,12 = x1, Γ1,22 = −x1, Γ122 = −x1, Γ221 = Γ212 = 1/x1;

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

á) Γ2,21 = Γ1,22

= x1 ,

Γ3,13

 

= Γ1,33

 

= x1(sin x2)2 , Γ3,23 =,

Γ2,33 = (x1)2 sin x2 cos x2,

 

Γ221

 

= −x1,

Γ212

= Γ122 =

;Γ133 = 1/x1

Γ332 = sin x2 cos x2,

 

Γ233 = ctg x2,

Γ331 = −x1(sin x2)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆Φ =

[∂x1 (

 

h1

 

 

 

∂x1 )

+ ∂x1 ( h2

 

∂x2 ) + ∂x3

( h3 2 ∂x3 )]

 

h1h2h3

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

∂ h2h3 Φ

 

 

 

 

∂ h1h3

 

Φ

 

 

 

 

 

∂ h1h ∂Φ

3.9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2Φ 2Φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

Φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆Φ =

 

 

 

 

 

 

(ρ

 

) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

∂ρ

∂ρ

ρ2

∂φ2

 

∂z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

á)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

Φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Φ

 

 

 

 

 

1 2Φ

∆Φ =

 

 

 

 

(r2

 

) +

 

 

 

 

 

(sin θ

 

 

 

 

 

) +

 

 

 

 

.

r2

∂r

∂r

r2 sin θ

∂θ

 

∂θ

r2 sin2 θ

∂φ2

3.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

div A =

 

[

 

(h2h3A¯1)

+

 

 

(h1h3A¯2) +

 

 

(h1h2A¯3)].

h1h2h3

∂x1

∂x2

∂x3

3.12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ∂Aφ

∂Az

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

div A =

 

 

 

(ρAρ) +

 

 

 

+

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

∂ρ

ρ

∂φ

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

á)

div A =

3.14.

¯

1

R1

=

h2h3

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[

 

 

 

(r2 sin θ A¯r) +

 

(r sin θ A¯θ) +

 

 

(rA¯φ)].

 

r2 sin θ

∂r

∂θ

∂φ

 

 

¯

 

 

 

¯

 

 

 

1

 

¯

¯

 

 

(h3A3) (h2A2)

 

 

(h1A1) (h3A3)

[

 

 

 

 

 

 

], R¯2 =

 

[

 

 

 

 

∂x2

 

 

∂x3

 

h1h3

 

∂x3

 

∂x1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

¯

 

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(h2A2)

 

 

(h1A1)

 

 

 

 

 

 

R¯3 =

 

[

 

 

 

 

 

 

].

 

 

 

 

 

 

h1h2

 

∂x1

 

 

∂x2

 

 

 

 

 

]

,

Литература

15

 

 

Ëèòåpàòópà

1. Победря Б.Е. Лекции по тензорному анализу. М.: Изд-во МГУ, 1986.

2. Мак-Коннел À.Ä. Введение в тензорный анализ. М.: Физматгиз, 1963.

3.Сокольников И Тензоpный анализ. М.: Hаука, 1971.

4.Кочин H.Е.Вектоpное исчисление и начало тензоpного исчис-

ления. М.: Hаука, 1965.

5. Акивис М.А., Гольдбеpг В.В. ЗТензоpное исчисление. М.: Hаука, 1969.

6. Мэтьюз Дж., Уокеp Р. Математические методы физики. М.: Hаука, 1974.

Учебное издание

ЗАДАЧИ ПО ТЕНЗОРНОМУ ИСЧИСЛЕНИЮ Бухбиндер

Геннадий Львович

Санитарно-гигиенический сертификат •

Редактор ???

Технический редактор Н.С. Серопян Дизайн обложки ???

Подписано в печать ???

Формат 60 × 84 1/16.

Ïå÷. ë. ???. Óñë. ïå÷. ë. ??. Ó÷.-èçä. ë. ??.

Тираж ??экз. Заказ

Издательство Омского государственного университета 644077, Омск-77, пр. Мира, 55а