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Systme de coordonnes polaires 9. Oprateurs diffrentiels 9. Gradients d'un champ scalaire 9. Gradients d'un champ de vecteurs 9. Divergences d'un champ de vecteurs 9. Thorme de Gauss-Ostrogradsky 9. Rotationnels d'un champ de vecteurs 9. Thorme de Green (-Riemmann) 9. Laplaciens d'un champ scalaire 9. Laplaciens d'un champ vectoriel 9. Identits 9. Rsum Le produit vectoriel de deux vecteurs est une opération propre la dimension 3. Pour l'introduire, il faut préalablement orienter l'espace destiné le recevoir. L'orientation étant définie au moyen de la notion de " déterminant ", nous commencerons par une brève introduction l'étude de cette notion. Cette étude sera reprise plus tard dans le détail lors de l'analyse des systèmes linéaires dans le chapitre d'algèbre linéaire. Définition: Nous appelons " déterminant " des vecteurs-colonnes de (pour la forme générale du déterminant se reporter au chapitre d'Algèbre Linéaire): (12. 92) et nous notons: (12. 93) le nombre (produit soustrait en croix): (12.
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Effectivement, dans l'expression du produire mixte, le produit vectoriel représente la surface de base du parallélépipède et le produit scalaire projette un des vecteurs sur le vecteur résultant du produit vectoriel ce qui donne la hauteur h du parallélépipède. De par les propriétés de commutativité du produit scalaire, nous avons: (12. 119) et le lecteur vérifiera sans aucune peine (nous le ferons s'il y a demande) en développant les composantes que: (12. 120) Le produit mixte jouit également des propriétés que le lecteur ne devrait avoir aucun mal vérifier en développant les composantes mis part peut-être P3 qui découle des propriétés du produit scalaire et vectoriel (nous pouvons développer sur demande si jamais! ): P3. si et seulement si x, y, z sont linéairement indépendants Remarque: Nous reviendrons sur le produit mixte lors de notre étude du calcul tensoriel car il permet d'arriver à un résultat très intéressant en particulier en ce qui concerne la relativité générale! page suivante: 6.
). 2. La seconde mais que nous verrons lors de notre étude du calcul tensoriel consiste utiliser le symbole d'antisymétrie (également appelé "tenseur de Levi-Civita"). Cette méthode est certainement la plus esthétique d'entre toutes mais pas nécessairement la plus rapide développer. Nous donnons ici juste l'expression sans plus d'explications pour l'instant (elle est également utile pour l'expression du déterminant par extension): (12. 102) 3. Cette dernière méthode est assez simple et triviale aussi mais elle utilise implicitement la première méthode: la i -ème composante est le déterminant des deux colonnes privées de leur i -ème terme, le deuxième déterminant étant cependant pris avec le signe "-" tel que: (12. 103) Il est important, même si c'est relativement simple, de se rappeler que les différents produits vectoriels pour les vecteurs d'une base orthogonale sont: (12. 104) Le produit vectoriel jouit aussi propriétés suivantes que nous allons démontrer: P1. Antisymétrie: (12.
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94) Nous appelons déterminant des vecteurs-colonnes de ( cf. chapitre d'Algèbre Linéaire): (12. 95) (12. 96) le nombre: (12. 97) Ainsi, la fonction qui associe tout couple de vecteurs-colonnes de ( tout triplet de vecteurs-colonnes de) son déterminant est appelé " déterminant d'ordre 2 " (respectivement d'ordre 3). Le déterminant a comme propriété d'tre multiplié par -1 si l'un de ses vecteurs colonnes est remplacé par son opposé ou si deux de ses vecteurs-colonnes sont échangés (la vérification étant simple nous nous abstiendrons de la démonstration, sauf sur demande). En plus, le déterminant est non nul si et seulement si ses vecteurs-colonnes sont linéairement indépendants (la démonstration se trouve quelques lignes plus bas et est d'une grande importance en mathématique). Définition: Soit et les composantes respectives des vecteurs et dans la base orthonormale. Nous appelons " produit vectoriel " de et, et nous notons indistinctement: (12. 98) le vecteur: (12. 99) ou sous forme de composantes: (12.
On la note d'ailleurs avec le même symbole, le « wedge » $\wedge$, et on l'appelle aussi produit vectoriel [ 1]. Tous ces produits vérifient l'identité du double produit vectoriel, à condition de remplacer dans la formulation originale de celle-ci le produit scalaire de $\mathbb R^3$ par $g$. Cette formule, qui a des conséquences importantes, m'a toujours intrigué et je me suis demandé jusqu'à quel point elle est caractéristique autrement dit, si les produits construits ci-dessus sont les seuls à la vérifier. Formellement, on aimerait savoir quels produits antisymétriques $\tau$ définis sur un espace vectoriel $V$, réel et de dimension finie $n>1$, et quelles formes bilinéaires $\beta$ sur $V$ peuvent tenir les rôles du produit vectoriel $\wedge$ et du produit scalaire $g$ et, en particulier, vérifier l'identité: \[\tau(u, \tau(v, w))=\beta(u, w)v-\beta(u, v)w\] Il s'avère qu'on peut classifier tous ces triples $(V, \tau, \beta)$. Je n'ai guère la place ici pour expliquer le résultat complet - ce n'est d'ailleurs peut-être pas l'endroit pour le faire - et je me bornerai donc à décrire les solutions pour lesquelles $\beta$ est non dégénéré.
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Plus exactement, pour tous vecteurs u et v de E et pour toute rotation f de E, on a:. Cette identité peut être prouvée différemment suivant l'approche adoptée: Définition géométrique: L'identité est immédiate avec la première définition, car f préserve l' orthogonalité (En mathématiques, l'orthogonalité est un concept d'algèbre linéaire... ), l' orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil... ) et les longueurs. Produit mixte: L'isomorphisme linéaire f laisse invariant le produit mixte de trois vecteurs. En effet, le produit mixte de f ( u), f ( v), f ( w) peut être calculé dans l'image par f de la base orthonormée directe dans la quelle le produit mixte de u, v et w est calculé. De fait, l'identité précédente s'obtient immédiatement:. Applications Mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes... ) On définit l' opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines:) rotationnel comme suit:.
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