Градієнт

Вибрані статті із
Числення
Фундаментальна теорема Границя функції Неперервність Теорема Лагранжа Теорема Ролля Теорема про обернену функцію
Диференціальне Визначення Похідна (Таблиця похідних) Диференціал Поняття Нотація Друга похідна Третя похідна Підстановка змінних Неявна функція Теорема Тейлора Правила та тотожності Сума Добуток Частка Степінь Складена функція Обернена функція Формула Фаа ді Бруно
Інтегральне Таблиця інтегралів Визначення Первісна Інтеграл (невласний Рімана Лебега Стілтьєса Даніелла) Інтегрування частинами дисками Методи інтегрування
Рядів Геометричні (Арифметично-геометричні) Гармонічні Знакопереміжні Степеневі Біноміальні Тейлора Ознаки збіжності Ліміт сумування д'Аламбера Радикальна Інтегральна Теорема Лейбніца Діріхле Абеля
Векторів Градієнт Дивергенція Ротор Оператор Лапласа Похідна за напрямком Формули Теореми Градієнтна Гріна Остроградського Стокса
Багатьох змінних Формалізми Матриці Тензорний Зовнішня похідна Визначення Часткова похідна Багатократний інтеграл Криволінійний інтеграл Поверхневий інтеграл Якобіан Матриця Гессе
Спеціалізоване Дробове Стохастичне Варіаційне
інше Історія Математичний аналіз Нестандартний аналіз

Операція градієнта перетворює пагорб (ліворуч), якщо дивитися на нього зверху, на поле векторів (праворуч). Видно, що вектори спрямовані «вгору», і чим крутіший нахил, тим вони довші.

Градіє́нт, ґрадіє́нт — міра зростання або спадання в просторі якоїсь фізичної величини на одиницю довжини.

Для позначення градієнта використовується оператор Гамільтона $\nabla$, або оператор $\operatorname {grad}$.

Математичне формулювання

Градієнт, як завжди вважають, — векторна величина, яка визначає в кожній точці простору не лише швидкість зміни, а й напрямок найшвидшої зміни функції, що залежить від координат. Але при замінах координат градієнт перетворюється інакше, ніж вектор, і тому його не можна розглядати як справжній вектор.

Для скалярного поля $U(x,y,z)\,$ градієнт визначається формулою

$\nabla U=\mathrm {grad} \,U={\frac {\partial U}{\partial x}}\mathbf {i} +{\frac {\partial U}{\partial y}}\mathbf {j} +{\frac {\partial U}{\partial z}}\mathbf {k}$

де $\mathbf {i}$, $\mathbf {j}$, $\mathbf {k}$ — орти системи відліку.

Це означення узагальнюється на простори будь-якої розмірності

$\nabla U=\sum _{i}{\frac {\partial U}{\partial x_{i}}}\mathbf {e} _{i}$.

Приклади

Градієнт скалярного поля

Градієнт скалярного поля (англ. gradient of scalar field, нім. Skalarfeld-Gradient m) — вектор, проєкціями якого на координатні осі є частинні похідні функції, яка описує дане поле. Практичне тлумачення полягає в тому, що він визначає напрям, у якому задане скалярне поле змінюється найшвидше.

Градієнт тиску

Градієнт тиску (англ. pressure gradient; нім. Druckgradient m, Druckgefälle n) — втрата тиску на одиниці довжини шляху руху рідини (газу).

Градієнт метановості вугільних шахт

Градієнт метановості вугільних шахт (англ. gradient of methane content of coal-mine, нім. Methanmengegradient m in den Grubenbauen) — приріст середньої відносної газовості вугільних шахт при зануренні гірничих робіт в зону метанових газів. Здебільшого вимірюється в м³/т при заглибленні на 1 або 100 м.

Див. також

• Градієнтометр гравітаційний
• Градієнтометр магнітний
• Градієнтний спуск
• Градієнт температури
• Градієнт тиску (нафтогазовидобування)

Література

• Градієнт, стр. 143 — М. І. Жалдак, Г. О. Михалін, С. Я. Деканов. Математичний аналіз. Функції багатьох змінних: Навчальний посібник. — Київ, НПУ імені М. П. Драгоманова, 2007. — 430 с.
• Григорій Михайлович Фіхтенгольц. Курс диференціального та інтегрального числення. — 2023. — 1900+ с.(укр.)
• Б.А. Дубровин, С.П. Новиков, А.Т.Фоменко. (1986). Современная геометрия. Учебное пособие для физико-математических специальностей университетов, стр. 30. Москва: Наука.(рос.)
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.

Посилання

• Gradient. Khan Academy. Архів оригіналу за 7 серпня 2018. Процитовано 7 серпня 2018.
• Kuptsov, L.P. (2001), Gradient, у Hazewinkel, Michiel (ред.), Математична енциклопедія, Springer, ISBN 978-1-55608-010-4.
• Weisstein, Eric W. Gradient(англ.) на сайті Wolfram MathWorld.