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Théorème du gradient - Wikipédia

Théorème du gradient

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Article d'analyse vectorielle
Champ vectorielChamp scalaire
Objets d'étude
Champ vectoriel Champ scalaire
Équation aux dérivées partielles
de Laplace de Poisson
Opérateurs
Nabla Gradient
Rotationnel Divergence
Laplacien scalaire Bilaplacien
Laplacien vectoriel D'alembertien
Théorèmes
de Green de Stokes
de Helmholtz de flux-divergence
du gradient du rotationnel

Le théorème du gradient est un théorème de l'analyse vectorielle qui met en relation l'intégrale de volume du gradient d'un champ scalaire et l'intégrale de surface du même champ.

Le théorème est le suivant :

 \iiint_V \vec{\nabla} \! f ~ dV = \iint_S f ~ d\vec S ,

S est le bord de V et f un champ scalaire.

[modifier] Démonstration

Soit \vec{u}\, un champ vectoriel uniforme (et non nul).

Considérons l'intégrale suivante :

 I =\left ( \iint_S f ~ d\vec S \right ) \cdot \vec{u}

 \vec{u}\, étant uniforme, et le produit scalaire étant commutatif et distributif sur l'addition des vecteurs, on peut écrire :

 I =\iint_S f \, \vec{u} \cdot d\vec S

Selon le théorème de flux-divergence,

 \iint_S f \, \vec{u} \cdot d\vec S = \iiint_V \vec{\nabla} \! \cdot \! (f \, \vec{u}) ~ dV

Or, d'après l'une des formules de Leibniz de l'analyse vectorielle,

 \vec{\nabla} \! \cdot \! (f \, \vec{u}) = \vec{\nabla} \! f \cdot \vec{u} + f \, \vec{\nabla} \! \cdot \! \vec u

Et puisque la divergence d'un champ vectoriel uniforme est nulle, on a

 \vec{\nabla} \! \cdot \! (f \,  \vec{u}) = \vec{\nabla} \! f \cdot \vec{u}

Par conséquent,

 I =\iint_S f \, \vec{u} \cdot d\vec S = \iiint_V \vec{\nabla} \! f \cdot \vec{u} \ ~ dV

Encore une fois,  \vec{u}\, étant uniforme et le produit scalaire commutatif et distributif sur l'addition des vecteurs, on peut écrire :

 I =\left ( \iint_S f ~ d\vec S \right ) \cdot \vec{u} =  \left ( \iiint_V \vec{\nabla} \! f ~ dV \right ) \cdot \vec{u}

On en déduit donc que

 \iint_S f ~ d\vec S = \iiint_V \vec{\nabla} \! f ~ dV

[modifier] Voir aussi


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