二郎写这篇文章的用意只有一个:让大家都弄懂一个比较模糊的概念——矢量。
谈矢色变,谈向量符号头晕眼花,这里都有解决

一、矢量定义:

我们先来看一下官方定义:
矢量:在二维及以上维度既有大小又有方向的量为矢量(矢量定义)

解析
在二维及以上:这里强调了维度,其实我们大家完全可以把标量看成是一维的矢量,所以这里先给大家一个底,矢量其实和标量是一样简单的。
有方向:说到有方向,你大脑里是不是出现了一副画面,一个坐标系,出来一条射线…………可以先抛开那个了,这里的有方向其实是为了与我们身边的事物联系,也就是由数学向物理的过度,其实我们大可不必在意它这个方向具体指什么。
1)标量在一维,是一个映射,i→x(有很多朋友不理解映射也没关系,可以理解为对应,有一个i就有一个x)。
2)矢量在多维,是多个映射,例如在三维,i→x,j→y,k→z,这三个对应关系相互之间没任何关系,在下面你也会看到,他们三个各自是各自,彼此老死不相往来。
上面,不要我一提到x,y,z大家立马联想到了方程和坐标系,这里只是一个助记符号。

强调数学、物理不可混为一谈,在研究数据问题时,我们尽量要跳出物理的限制,不要用坐标,坐标系以及方向啥的,限制我们的思路,我们数学的本质就是变量以及变量之间的关系,和坐标系完全没有任何关系。我们平时也非常容易混淆,哪些是物理定义,哪些是数学表达式。我们在推导数学公式时,不要受限于物理定义,xy并不是代表坐标轴,它们只是一个变量。

例如坐标系造成的误解:
①我们的向量都得从(0,0,0)坐标系原点开始?
不是这样的,只是为了方便我们直接用坐标点代替向量,让坐标点-(0,0,0)=向量
②我们的梯度是沿着曲面的切线方向?
不只是这样,梯度是物理定义。还有人说梯度是个向量……,梯度只是个物理定义,用数学表示为XXXXX,这样才是合理的,不能单纯地说梯度是个数学上的啥啥啥。
③x=y是一条直线?
它只是一个对应关系,你可以把它定义为一条直线,而不是说它就是一条直线。

数学本身只是变量和映射,我们为了更直观理解这些数字,而为其定义了物理意义。
方程推导:我们把常见可测量量用数学中的变量表示,然后我们将几个和最终所求量有关的变量放在一起,通过实验和观测获得数据,进而拟合出变量与最终所求量之间的关系,获得最终的公式,公式表征了我们的物理量之间的关系。

一个物理公式=数学提供的关系+物理提供的定义和边界

所以,梯度是一种物理定义,x,y,z三个方向的导数(f(x,y,z)的偏导)只是它在三维上的一个关系。假如,你知道三维上,梯度的方向,你完全可以写成梯度是在梯度方向的导数,而并不需要x,y,z了。

综上:整体写下来,二郎想要表达,我们在研究一个物理量时,应该抓住定义的本质,而并不只是数学上的关系(很多时候我们会通过公式记住一个量和其他量的关系,而忽略了该量本身的物理定义,就像我们一提到梯度,立刻联想到了x,y,z三方向的偏导,其实这只是一种表达,而并非是定义)。同样,我们在推导公式时,可以被物理边界限制,但不应该被物理定义局限(例如,我们不应该只把我们的公式架构在坐标系中)。

二、梯度

从上面看来,这里只需要强调一点
梯度在三维有两种数学上的表达方式:三维向量/哈密顿算子
而三维向量在数学中,有两种书写形式

1、以(0,0,0)为原点的坐标形式

2、以三维向量相加的形式

哈密顿算子书写形式

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