电磁场与电磁波答案

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1、电磁场与电磁波答案第一章题解1-1已知三个矢量分别为；；。试求①；②单位矢量；③；④；⑤及；⑥及。解①②③④⑤因则⑥192。1-2已知平面内的位置矢量A与X轴的夹角为a，位置矢量B与X轴的夹角为b，试证证明由于两矢量位于平面内，因此均为二维矢量，它们可以分别表示为已知，求得即1-3已知空间三角形的顶点坐标为，及。试问：①该三角形是否是直角三角形；②该三角形的面积是多少？解由题意知，三角形三个顶点的位置矢量分别为；；那么，由顶点P1指向P2的边矢量为同理，由顶点P2指向P3的边矢量由顶点P3指向P1的边矢量分别为因两个边矢量，意味该两个边矢量相互垂直，所以该三角形是

2、直角三角形。因，所以三角形的面积为1-4已知矢量，两点P1及P2的坐标位置分别为及。若取P1及P2之间的抛物线或直线为积分路径，试求线积分。192解①积分路线为抛物线。已知抛物线方程为,，则②积分路线为直线。因,两点位于平面内，过,两点的直线方程为，即，，则。1-5设标量，矢量，试求标量函数F在点处沿矢量A的方向上的方向导数。解已知梯度那么，在点处F的梯度为因此，标量函数F在点处沿矢量A的方向上的方向导数为1-6试证式（1-5-11），式（1-5-12）及式（1-5-13）。证明式（1-5-11）为，该式左边为即，。根据上述复合函数求导法则同样可证式（1-5-12

3、）和式（1-5-13）。1-7已知标量函数，试求该标量函数F在点P(1,2,3)处的最大变化率及其192方向。解标量函数在某点的最大变化率即是函数在该点的梯度值。已知标量函数F的梯度为那么将点P(1,2,3)的坐标代入，得。那么，在P点的最大变化率为P点最大变化率方向的方向余弦为；；1-8若标量函数为试求在点处的梯度。解已知梯度，将标量函数F代入得再将P点的坐标代入，求得标量函数F在P点处的梯度为1-9试证式（1-6-11）及式（1-6-12）。证明式（1-6-11）为，该式左边为即式（1-6-12）为，该式左边为192；即1-10试求距离在直角坐标、圆柱坐标及圆

4、球坐标中的表示式。解在直角坐标系中在圆柱坐标系中，已知，，，因此在球坐标系中，已知,,,因此1-11已知两个位置矢量及的终点坐标分别为及，试证与之间的夹角g为证明根据题意，两个位置矢量在直角坐标系中可表示为已知两个矢量的标积为，这里g为两个矢量的夹角。因此夹角g为式中192因此，1-12试求分别满足方程式及的函数及。解在球坐标系中，为了满足即要求，求得即在球坐标系中，为了满足由于，，即上式恒为零。故可以是r的任意函数。1-13试证式（1-7-11）及式（1-7-12）。证明①式（1-7-11）为（为常数）令，，则②式（1-7-12）为令，，则192若将式（1-7-

5、12）的右边展开，也可证明。1-14试证，及。证明已知在球坐标系中，矢量A的旋度为对于矢量，因，，，代入上式，且因r与角度q，f无关，那么，由上式获知。对于矢量，因，，，显然。对于矢量，因，，，同理获知。1-15若C为常数，A及k为常矢量，试证：①；②；192③。证明①证明。利用公式，则而求得。②证明。利用公式，则再利用①的结果，则③证明。利用公式，则再利用①的结果，则。1-16试证，式中k为常数。证明已知在球坐标系中则即1921-17试证证明利用公式令上式中的，则将上式整理后，即得。1-18已知矢量场F的散度，旋度，试求该矢量场。解根据亥姆霍兹定理，，其中；当时

6、，则，即。那么因，求得则1-19已知某点在圆柱坐标系中的位置为，试求该点在相应的直角坐标系及圆球坐标系中的位置。解已知直角坐标系和圆柱坐标系坐标变量之间的转换关系为，，因此，该点在直角坐标下的位置为;;z=3同样，根据球坐标系和直角坐标系坐标变量之间的转换关系，；；192可得该点在球坐标下的位置为；；1-20已知直角坐标系中的矢量，式中a,b,c均为常数，A是常矢量吗？试求该矢量在圆柱坐标系及圆球坐标系中的表示式。解由于的大小及方向均与空间坐标无关，故是常矢量。已知直角坐标系和圆柱坐标系坐标变量之间的转换关系为；；求得；；；又知矢量A在直角坐标系和圆柱坐标系中各个

7、坐标分量之间的转换关系为将上述结果代入，求得即该矢量在圆柱坐标下的表达式为直角坐标系和球坐标系的坐标变量之间的转换关系为；；由此求得；；192矢量A在直角坐标系和球坐标系中各个坐标分量之间的转换关系为求得即该矢量在球坐标下的表达式为。1-21已知圆柱坐标系中的矢量，式中a,b,c均为常数，A是常矢量吗？试求及以及A在相应的直角坐标系及圆球坐标系中的表示式。解因为虽然a,b,c均为常数，但是单位矢量er和ef均为变矢，所以不是常矢量。已知圆柱坐标系中，矢量A的散度为将代入，得矢量A的旋度为已知直角坐标系和圆柱坐标系坐标变量之间的转换关系为;;;又知矢量A在直角坐标系

8、和圆柱坐标