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Anotación: $ \nabla \cdot $ div, $ \nabla $ ...graduado...

Actualmente me encuentro haciendo muchas matemáticas aplicadas, por ejemplo, dinámica de fluidos, y por supuesto esto implica mucho cálculo vectorial entre otras cosas. Esto me hizo pensar en la notación adecuada. Impulsado por la respuesta de Chappers a este pregunta (no pude encontrar posts adicionales en este sitio web que discutieran esta irregularidad en particular), decidí investigarlos un poco más. Haciendo caso omiso de las convenciones comunes en los campos aplicados, me gustaría escuchar sus perspectivas. Sabiendo que la gente tiene preferencias diferentes en cuanto a la notación, me preguntaba si tenéis algún (como suele haber) buen argumento para usar una notación sobre la otra:

Deje que $f$ ser un campo escalar y $ \mathbf {F}$ un campo vectorial.

¿Escribes $ \text {grad} f$ o $ \nabla f$ ? $ \text {div } \mathbf {F}$ o $ \nabla \cdot \mathbf {F}$ ? $ \text {curl } \mathbf {F}$ o $ \nabla \times \mathbf {F}$ ? Etc. ¿Y por qué?

¿Qué tal si generalizamos a los campos tensores?

Estoy deseando escuchar sus respuestas.

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Considero que las anotaciones textuales describen más bien una concepto mientras que las anotaciones con nabla ( $\nabla$ ) son fórmulas para calcularlas.

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giobrach Puntos 78

Yo, por mi parte, prefiero las variantes deletreadas, al menos cuando hago análisis: $$\mathop{\mathrm{grad}} f, \quad \mathop{\mathrm{div}} \mathbf F, \quad \mathop{\mathrm{rot}} \mathbf F $$ La variante $\nabla f$ para el degradado está bien, pero me gusta la coherencia, y utilizar el mismo "estilo" subraya la conexión entre las tres operaciones (más adelante). Sin embargo, a veces, sobre todo cuando hago física, necesito volver al "físico $\nabla$ notación" porque algunas fórmulas parecen mucho más familiares de esa manera, por ejemplo $$\nabla \cdot \mathbf E = \frac{\rho}{\varepsilon_0} $$ Para el laplaciano, en cambio, estoy muy a favor de la notación $\Delta f$ ya que me resulta fácil confundir $\nabla^2 f$ con $\nabla f$ o el bilaplaciano $\Delta^2 f$ a primera vista. Además, el gran triángulo es algo específico del laplaciano, lo que lo hace reconocible para mí: grita "ecuación del calor". Lo mismo para la dalembertiana $\square f$ (que escribo a la manera del matemático, sin el $^2$ ). $$\Delta u = \beta \frac{\partial u}{\partial t}, \qquad \square u = \frac 1 {c^2} \frac{\partial^2u}{\partial t^2} - \Delta u = 0 $$ Todo cambia cuando tengo que hacer tensores en los colectores. Todos los operadores de derivada de primer orden son instancias de la derivada exterior sobre formas (de diferente grado), así que es mejor mantenerlo simple: $$F = F_{\mu\nu} \mathop{}\mathrm{d}x^{\mu}\wedge \mathop{}\mathrm{d} x^\nu = B + E \wedge \mathop{}\mathrm d x^0, \qquad \mathrm d F = 0 $$ Sin embargo, si se quiere actuar sobre campos vectoriales o escalares en variedades tridimensionales específicamente, se pueden "redefinir" las operaciones diferenciales con la estrella de Hodge, la derivada externa y los isomorfismos musicales: $$\mathop{\mathrm{grad}} f = (\mathrm d f)^\sharp, \quad \mathop{\mathrm{div}} X = \star \mathrm d{\star}(X^\flat), \quad \mathop{\mathrm{rot}} X= \left(\star \mathrm d (X^\flat) \right)^\sharp$$ Incluso puedes redefinir el laplaciano como $\mathop{\mathrm{grad}}(\mathop{\mathrm{div}})$ : $$\Delta f = \star \mathrm d {\star} \mathrm d f$$ Además, en el contexto de la geometría diferencial prefiero denotar las derivadas parciales real-analíticas estándar como $\partial_k$ , dejando el $\partial / \partial x^k$ para ser vectores abstractos en una colector con respecto a una carta $x$ .


Bonificación. A continuación se muestra un diagrama de la acción de los operadores diferenciales de primer orden sobre $p$ -forma sobre un $3$ -de las dimensiones de la colmena $M$ : enter image description here Aquí $\Omega^p$ denota el espacio de $p$ -forma $\Omega^p(M)$ , mientras que $\Gamma = \Gamma(TM)$ es el espacio de las secciones suaves del haz tangente, es decir, los campos vectoriales. $0$ es sólo el espacio $\Omega^4= \Omega^5 = \dots$ que es el espacio vectorial trivial.

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Gracias por tu detallada aportación. Definitivamente es algo en lo que hay que pensar. Me encantan los isomorfismos musicales jaja. ¡Y gran bono! ¡Gracias por el esfuerzo!

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lastresort Puntos 158

Al contrario que giobrach, prefiero la nabla porque indica claramente que $\nabla f$ , $\nabla \cdot \mathbf{F}$ , $\nabla \times \mathbf{F}$ y $\nabla^2 f$ son vector, escalar, vector y escalar respectivamente. Nunca utilizo $\Delta$ para el Laplaciano.

Además, desde el punto de vista del análisis dimensional, cada ocurrencia de $\nabla$ lleva consigo las dimensiones de la longitud recíproca. Esta información queda oculta si se utilizan operadores ortográficos. Cuando se especifican coordenadas cartesianas (y no se toman rizos) me encuentro escribiendo $\partial/\partial\mathbf{x}$ en lugar de $\nabla$ que aclara aún más la dimensionalidad y, por ejemplo, con el escalamiento $\hat{\mathbf{x}} = \mathbf{x}/L$ tenemos

$$ \frac{\partial}{\partial\mathbf{x}} = \frac{1}{L} \frac{\partial}{\partial\hat{\mathbf{x}}}, \qquad \frac{\partial}{\partial\hat{\mathbf{x}}} = L \frac{\partial}{\partial\mathbf{x}}. $$

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