ベクトル解析の公式の一覧(ベクトルかいせきのこうしきのいちらん)では、3次元空間におけるベクトル解析の公式の一覧を与える。
内積と外積
ここで
,
,
は任意のベクトルである。また重複添え字については和を取る(アインシュタインの縮約記法)。
はレヴィ=チヴィタ記号、
は
,
がなす角である。
内積[1]


外積[1]



スカラー三重積[2][3]

ベクトル三重積[4][3]

ヤコビ恒等式[3]

四重積[3]

![{\displaystyle (\mathbf {A} \times \mathbf {B} )\times (\mathbf {C} \times \mathbf {D} )=[\mathbf {A} \cdot (\mathbf {C} \times \mathbf {D} )]\mathbf {B} -[\mathbf {B} \cdot (\mathbf {C} \times \mathbf {D} )]\mathbf {A} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/edc29b33cc5d01eb2e384f88049e9d829b4b861d)
微分公式
ここで
,
は任意のベクトル場,
は任意のスカラー場である。[3]








ヘルムホルツ分解[3]

積分公式
ここで
,
,
は任意のベクトル場,
,
は任意のスカラー場である。また,
は空間領域,
はその境界,
は面,
はその法線ベクトル (
の場合
は外向きに取る),
は面要素ベクトルである。閉曲線
に関する線積分
は法線
に対応する向きとする。
ガウスの発散定理および関連する公式[3](最後の等式はグリーンの定理である)




ストークスの定理および関連する公式[3]



曲線座標
曲線座標における勾配、発散、回転、ラプラシアン、物質微分の公式。
円柱座標
円柱座標
と直交座標
の変換[5]

単位基底ベクトル[5]



計量[6]

体積要素[6]

勾配[6]

発散[6]

回転[6]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} =\left({\frac {1}{r}}{\frac {\partial A_{z}}{\partial \theta }}-{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial z}}\right)\mathbf {e} _{r}+\left({\frac {\partial A_{r}}{\partial z}}-{\frac {\partial A_{z}}{\partial r}}\right)\mathbf {e} _{\theta }+\left[{\frac {1}{r}}{\frac {\partial }{\partial r}}(rA_{\theta })-{\frac {1}{r}}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}\right]\mathbf {e} _{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/67fa2b6ba4c30bd4949e3281d7626b1901fc8159)
ラプラシアン (スカラー場)[6]

ラプラシアン (ベクトル場)[6]
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{r}=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{r}-{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \theta }}-{\frac {A_{r}}{r^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/03c24fadb63af52b7ea4323dfe19fe1d8eacdf90)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{\theta }=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{\theta }+{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}-{\frac {A_{\theta }}{r^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b78a81af6cce4b97694ff144523b52fa599e10ae)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{z}=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bd57e38cad2722c287ac648eb3054daada2dc2f4)
物質微分[7]
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{r}=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{r}-{\frac {A_{\theta }B_{\theta }}{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/05c654c954145f0ce08ec2720bcd81a30ca6f580)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{\theta }=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{\theta }+{\frac {A_{\theta }B_{r}}{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83d9795521d1d26288412b193466ae5d10afb02d)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{z}=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{z}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de806323f4aa08415cbadf04d09d50d50b65b502)
球座標
球座標
と直交座標
の変換[5]

単位基底ベクトル[5]



計量[8]

体積要素[8]

勾配[8]

発散[8]

回転[8]
![{\displaystyle \mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} ={\frac {1}{r\sin \theta }}\left[{\frac {\partial }{\partial \theta }}(\sin \theta A_{\phi })-{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \phi }}\right]\mathbf {e} _{r}+{\frac {1}{r}}\left[{\frac {1}{\sin \theta }}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \phi }}-{\frac {\partial }{\partial r}}(rA_{\phi })\right]\mathbf {e} _{\theta }+{\frac {1}{r}}\left[{\frac {\partial }{\partial r}}(rA_{\theta })-{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}\right]\mathbf {e} _{\phi }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/20ec7fe156a6c16ffcd695f9fbe45242f20c4fab)
ラプラシアン (スカラー場)[8]

ラプラシアン (ベクトル場)[9]
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{r}=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{r}-{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \theta }}-{\frac {2}{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{\phi }}{\partial \phi }}-{\frac {2A_{r}}{r^{2}}}-{\frac {2\cot \theta A_{\theta }}{r^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/19170897afcc06dff2ac3c5b48b3fe8e3994f31c)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{\theta }=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{\theta }+{\frac {2}{r^{2}}}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \theta }}-{\frac {2\cot \theta }{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{\phi }}{\partial \phi }}-{\frac {A_{\theta }}{r^{2}\sin ^{2}\theta }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4512dbfd81e5164f016f4a8454176584a1948c50)
![{\displaystyle [\mathbf {\nabla } ^{2}\mathbf {A} ]_{\phi }=\mathbf {\nabla } ^{2}A_{\phi }+{\frac {2}{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{r}}{\partial \phi }}+{\frac {2\cot \theta }{r^{2}\sin \theta }}{\frac {\partial A_{\theta }}{\partial \phi }}-{\frac {A_{\phi }}{r^{2}\sin ^{2}\theta }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bb613e87f25e2c1cd7baabc811544b192d06783d)
物質微分[7]
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{r}=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{r}-{\frac {A_{\theta }B_{\theta }+A_{\phi }B_{\phi }}{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7b7383014215c3a585a2048e658dc42f06ee89f3)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{\theta }=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{\theta }+{\frac {A_{\theta }B_{r}}{r}}-{\frac {A_{\phi }B_{\phi }\cot \theta }{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4db4d1add29222fd09fa744b4763e119a0f898df)
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{\phi }=(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )B_{z}+{\frac {A_{\phi }B_{r}}{r}}+{\frac {A_{\phi }B_{\theta }\cot \theta }{r}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b44086ce4a8a4ce2c0a6cc211a9ab70d52c3156c)
直交曲線座標
3次元ユークリッド空間
の曲線座標
について、その座標系で計量が

という対角形になるとき、これを直交曲線座標と呼ぶ[10]。この座標系に付随する規格化された基底ベクトルを
とする。
体積要素[11]

勾配[11]

発散[11]

回転[11]

ラプラシアン (スカラー場)[11]

物質微分[7]
![{\displaystyle [(\mathbf {A} \cdot \mathbf {\nabla } )\mathbf {B} ]_{i}=\sum _{k=1}^{3}\left[{\frac {A_{k}}{h_{k}}}{\frac {\partial B_{i}}{\partial x_{k}}}+\left(A_{i}{\frac {\partial h_{i}}{\partial x_{k}}}-A_{k}{\frac {\partial h_{k}}{\partial x_{i}}}\right){\frac {B_{k}}{h_{k}h_{i}}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d5881e1688130f2c775c50ef6fd28a89296cf12)
脚注