عملگر دل

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
عملگر دل که با نماد نابلا مشخص می‌شود

دل (به انگلیسی: Del) نمادی در ریاضیات، به‌ویژه ریاضیات برداری است و به عنوان یک عملگر دیفرانسیلی در بردارها به کار می‌رود، دل را معمولاً با نماد نابلا () نمایش می‌دهند. هرگاه عملگر دل[۱] (به انگلیسی: del operator) را بر یک تابع یک‌بعدی اعمال کنیم، بیانگر مشتق استاندارد آن تابع مطابق آنچه در حساب دیفرانسیل و انتگرال تعریف شده‌است خواهد بود. اگر این عملگر بر یک میدان (تابعی که دارای چندین بُعد است) اعمال شود، دل ممکن است بیانگر شیو (شدیدترین شیب محلی) یک میدان اسکالر (یا گاهی میدان برداری مثلاً در معادلات ناویه-استوکسدیورژانس یک میدان برداری، یا تاو یک میدان برداری باشد. اینکه دل بیانگر کدامیک از این اعمال است بستگی به نوع اعمالش دارد.

به بیان بهتر، دل یک عملگر مشخص نیست، بلکه یک سنت و نماد ریاضی است که می‌تواند بیانگر یکی از سه عملگر بالا باشد و از آن برای ساده‌نویسی معادلات ریاضی استفاده می‌شود. نماد دل را می‌توان به صورت یک بردار عملگرهای مشتق پاره‌ای تفسیر کرد، به این صورت که سه معنی مختلف آن —شیو، دیورژانس و تاو— را می‌توان به ترتیب با ضرب اسکالرها، ضرب داخلی و ضرب خارجی عملگر دل در میدان دانست.

شیو:

دیورژانس:

کرل:

تعریف[ویرایش]

در دستگاه مختصات دکارتی سه‌بعدیِ R3 با مختصات (x، y، z) دل در شکل مشتقات پاره‌ای به صورت زیر ظاهر می‌شود:

که در آن بردارهای یکه در جهت‌های مربوطه هستند.

همچنین دل را می‌توان به فضای اقلیدسی Rn تعمیم داد به طوری که در دستگاه مختصات دکارتی با مختصات (x1، x2، ...، xn) دل به صورت زیر خواهد بود:

که در آن استاندارد پایهٔ[۲] این فضا است. به صورت فشرده‌تر می‌توان این فرمول را با استفاده از قرارداد جمع‌زنی اینشتین به صورتِ

نوشت. دل را می‌توان در دیگر دستگاه‌های مختصات (برای نمونه دستگاه‌های مختصات استوانه‌ای و کروی) نیز بیان کرد.

کاربردها در نمادگذاری[ویرایش]

دل در بسیاری از عبارت‌های ریاضی برای ساده و کوتاه‌نویسی استفاده می‌شود. کاربردهای اصلی آن در نوشتن گرادیان، دیورژانس، تاو، مشتق جهت‌دار و عملگر لاپلاس است.

گرادیان[ویرایش]

به مشتق برداری یک میدان نرده‌ای ، گرادیان یا شیو گویند و این گونه نمایش داده می‌شود:

که همیشه در جهت بزرگترین افزایش در بوده و اندازه‌ی آن برابر آهنگ افزایش در آن نقطه می‌‌باشد (درست همانند مشتق‌های معمولی)

اهمیت این کوتاه نویسی در این است که قاعده‌ی گرادیان ضرب دو میدان برداری همانند مشتق یک بعدی است.

هر چند که قاعده‌ی گرادیان ضرب نقطه‌ای دو میدان برداری به این آسانی نیست و به صورت

واگرایی یا دیورژانس[ویرایش]

واگرایی یک میدان برداری یک تابع اسکالر است که بدین صورت نمایش داده می‌شود:

واگرایی را تقریبا می‌توان افزایش در اندازه‌ی یک میدان برداری در جهت آن دانست ولی به طور دقیق‌تر اندازه‌ی گرایش ( میل) یک میدان برداری به همگرایی یا واگرایی در یک نقطه‌ی است.

جایی که میدان برداری دیورژانس مثبتی دارد نمایانگر یک چشمه است.

و جایی که میدان برداری واگرایی منفی دارد نمایانگر وجود یک چاه در آن نقطه است.

اهمیت به کارگیری نشانه‌ی دل را در ادامه می‌بینم:

البته رابطه‌ی ضرب برداری به نظر کمی غیر منطقی می‌آید اما این به خاطر جابه‌جا پذیر نبودن این ضرب است.

تاو یا کرل[ویرایش]

تاو یک میدان برداری به صورت یک تابع برداری است که اینگونه نمایش داده می‌شود:

تاو یک میدان برداری برابر است با گشتاور یک چرخ‌دنده‌ی کوچک که مرکزش در آن نقطه باشد یعنی چنانچه یک چرخ‌دنده‌ی کوچک را در نقطه‌ای از این میدان بگذاریم و بچرخد میدان ما در آن نقطه دارای تاو است که چنانچه این چرخش ساعت‌گرد باشد تاو مثبت و اگر پادساعت‌گرد باشد تاو منفی است.

بدیهی است میدانی که در آن چرخش وجود نداشته باشد تاو صفر دارد.

تاو یک میدان برداری را می‌توان با شبه‌دترمینان زیر نمایش داد:

و اما دوباره شگفتی نمادگذاری دل را در قاعده‌ی تاو ضرب:

هرچند شوربختانه تاو ضرب بردارها چهره‌ی ساده‌ای ندارد

مشتق جهتی[ویرایش]

مشتق جهتی یک میدان اسکالر مانند در جهت اینگونه بیان می‌شود:

که آهنگ تغییر میدان در جهت را نشان می‌دهد.

لاپلاسی[ویرایش]

عملگر لاپلاسی یک عملگر اسکالر است که به هر دو میدان اسکالر و برداری می‌تواند اثر کند. در مختصات برداری این عملگر به صورت:

لاپلاسی در همه جای ریاضی فیزک نوین دیده می‌شود، برای نمونه در معادله‌ی لاپلاس، معادله‌ی پواسون، معادله‌ی گرما، معادله‌ی موج و همچنین در معادله‌ی شرودینگر.

جستارهای وابسته

منابع[ویرایش]

  1. «عملگر دل» [ریاضی] هم‌ارزِ «del operator» (انگلیسی)؛ منبع: گروه واژه‌گزینی و زیر نظر حسن حبیبی، «لاتین»، در دفتر پنجم، فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان، تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی، شابک ‎۹۷۸-۹۶۴-۷۵۳۱-۷۶-۴ (ذیل سرواژهٔ del operator) 
  2. Standard basis