RG - ANNEXE I
Analyse vectorielle dans
• Pour l'analyse vectorielle dans
,
un grand nombre de relations usuelles peuvent se déduire
simplement à l'aide des expressions :
(qu'on peut noter
) ;
;
.
Deux relations sont toutefois moins faciles à déduire :
;
.
• Pour les intégrales de surface, on utilise généralement
avec
.
◊ remarque : ceci correspond à utiliser un “vecteur surface” (pour simplifier noté
et non
) orthogonal à l'élément de surface.
• Le théorème d'Ostrogradski décrit alors la correspondance :
- la circulation d'un champ vectoriel, le long d'un contour
fermé, est égale au flux du rotationnel du champ à travers toute
surface bordée par le contour :
;
- le flux d'un champ vectoriel, à travers une surface fermée,
est égal à l'intégrale de la divergence du champ dans le volume
bordé par la surface :
(où
note ici l'élément de volume de
).
Généralisation dans un 4-espace “quelconque”
• Le déterminant
d'une matrice (tel que
) est invariant dans les changements de repère cartésiens. En
coordonnées curvilignes par contre,
et
ne sont pas des tenseurs ; on se propose de chercher les tenseurs
et
tenant un rôle correspondant.
Partant d'un espace plat où la métrique est
, on peut effectuer un changement de repère tel que :
;
;
. Alors
se transforme en
; ainsi
se transforme en
où
est le jacobien de la transformation. En particulier la nouvelle métrique
est telle que
; en supposant qu'on se limite à des transformations
ne retournant pas l'orientation, on peut écrire
.
De façon analogue
et
deviennent donc :
;
.
• Il faut toutefois noter que le comportement n'est pas totalement
celui de tenseurs ; ainsi en “abaissant les indices”, on obtient :
;
.
• D'autre part, l'élément d'intégration
se transforme en
; l'élément d'intégration invariant est donc :
.
Il est de ce fait aussi plus pratique de remplacer la distribution
par
telle que
.
• Si on souhaite séparer l'intégration temporelle, on peut utiliser le temps local
et l'intégration spatiale selon
, d'après la métrique spatiale :
avec
telle que
(donc l'inverse de la partie spatiale
).
Ainsi
; il est alors de même plus pratique de remplacer la distribution
par
.
• Les notations de l'analyse vectorielle peuvent se généraliser :
;
;
;
.
• Pour les intégrales de surface, on utilise généralement
avec
; la quantité invariante est
.
◊ remarque : dans
on ne peut pas omettre le symbole “dual”
.
• Le théorème d'Ostrogradski décrit alors par exemple la correspondance :
- la circulation d'un champ vectoriel, le long d'un contour
fermé, est égale au flux du rotationnel du champ à travers toute
surface bordée par le contour :
.