跳转至

数学符号表

本文规定了 OI Wiki 中数学符号的推荐写法,并给出了一些应用范例.

本文参考了 GB/T 3102.11-1993、ISO 80000-2:2019 和《具体数学》的符号表修订,故基本与国内通行教材的符号体系和 OI 场景的惯用符号体系兼容.

符号的 LaTeX 写法请参考 本文章的源代码

数理逻辑

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n1.1p∧qp 和 q 的合取p 与 q.
n1.2p∨qp 和 q 的析取p 或 q;
此处的 "或" 是包含的,即若 p,q 中有一个为真陈述,则 p∨q 为真.
n1.3¬pp 的否定非 p.
n1.4p⟹qp 蕴含 q;
若 p 为真,则 q 为真
q⟸p 和 p⟹q 同义.
n1.5p⟺qp 等价于 q(p⟹q)∧(q⟹p) 和 p⟺q 同义.
n1.6(∀ x∈A)  p(x)对 A 中所有的 x, 命题 p(x) 均为真如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 A, 可以使用记号 (∀ x)  p(x).
∀ 称为全称量词.
x∈A 的含义见 n2.1.
n1.7(∃ x∈A)  p(x)存在一个属于 A 的 x 使得 p(x) 为真如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 A, 可以使用记号 (∃ x)  p(x).
∃ 称为存在量词.
x∈A 的含义见 n2.1.
(∃! x)  p(x)(唯一量词)用来表示恰有一个 x 使得 p(x) 为真.
∃! 也可以写作 ∃1.

集合论

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n2.1x∈Ax 属于 A,x 是集合 A 中的元素A∋x 和 x∈A 同义.
n2.2y∉Ay 不属于 A,y 不是集合 A 中的元素
n2.3{x1,x2,…,xn}含元素 x1,x2,…,xn 的集合也可写作 {xi | i∈I}, 其中 I 表示指标集.
n2.4{x∈A | p(x)}A 中使命题 p(x) 为真的所有元素组成的集合例如 {x∈R | x≥5};
如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 A,可以使用符号 {x | p(x)}(如在只考虑实数集时可使用 {x | x≥5})
| 也可以使用冒号替代,如 {x∈A:p(x)}.
n2.5card⁡A;
|A|;
#A
A 中的元素个数,A 的基数
n2.6∅空集不应使用 ∅.
n2.7B⊆AB 包含于 A 中,B 是 A 的子集B 的每个元素都属于 A.
⊂ 也可用于该含义,但请参阅 n2.8 的说明.
A⊇B 和 B⊆A 同义.
n2.8B⊂AB 真包含于 A 中,B 是 A 的真子集B 的每个元素都属于 A, 且 A 中至少有一个元素不属于 B.
若 ⊂ 的含义取 n2.7, 则 n2.8 对应的符号应使用 ⊊.
A⊃B 与 B⊂A 同义.
n2.9A∪BA 和 B 的并集A∪B:={x | x∈A∨x∈B};
:= 的定义参见 n4.3
n2.10A∩BA 和 B 的交集A∩B:={x | x∈A∧x∈B};
:= 的定义参见 n4.3
n2.11⋃i=1nAi集合 A1,A2,…,An 的并集⋃i=1nAi=A1∪A2∪⋯∪An;
也可使用 ⋃i=1n,⋃i∈I,⋃i∈I, 其中 I 表示指标集;
进一步,令 P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 ⋃P(i)Ai 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 Ai 之并集
n2.12⋂i=1nAi集合 A1,A2,…,An 的交集⋂i=1nAi=A1∩A2∩⋯∩An;
也可使用 ⋂i=1n,⋂i∈I,⋂i∈I, 其中 I 表示指标集;
进一步,令 P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 ⋂P(i)Ai 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 Ai 之交集
n2.13A∖BA 和 B 的差集A∖B={x | x∈A∧x∉B};
不应使用 A−B;
当 B 是 A 的子集时也可使用 ∁AB, 如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 A,则 A 可以省略.
不引起歧义的情况下也可使用 B― 表示集合 B 的补集.
n2.14(a,b)有序数对 a,b;
有序偶 a,b
(a,b)=(c,d) 当且仅当 a=c 且 b=d.
n2.15(a1,a2,…,an)有序 n 元组参见 n2.14.
n2.16A×B集合 A 和 B 的笛卡尔积A×B={(x,y) | x∈A∧y∈B}.
n2.17∏i=1nAi集合 A1,A2,…,An 的笛卡尔积∏i=1nAi={(x1,x2,…,xn) | x1∈A1,x2∈A2,…,xn∈An};
A×A×⋯×A 记为 An, 其中 n 是乘积中的因子数;
该符号的另一种用法参见 n6.8
n2.18idAA×A 的对角集idA={(x,x) | x∈A};
如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 A, 则 A 可以省略.
n2.191A指示函数1A(a)=[a∈A],[⋅] 的定义参见 n6.24.
n2.20P(A);
2A
幂集P(A)={S:S⊆A}

标准数集和区间

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n3.1N自然数集N={0,1,2,3,…};
N∗=N+={1,2,3,…};
可用如下方式添加其他限制:N>5={n∈N | n>5};
也可使用 N.
n3.2Z整数集Z∗=Z+={n∈Z | n≠0};
可用如下方式添加其他限制:Z>−3={n∈Z | n>−3};
也可使用 Z.
n3.3Q有理数集Q∗=Q+={r∈Q | r≠0};
可用如下方式添加其他限制:Q<0={r∈Q | r<0};
也可使用 Q.
n3.4R实数集R∗=R+={x∈R | x≠0};
可用如下方式添加其他限制:R>0={x∈R | x>0};
也可使用 R.
n3.5C复数集C∗=C+={z∈C | z≠0};
也可使用 C.
n3.6P(正)素数集P={2,3,5,7,11,13,17,…};
也可使用 P.
n3.7[a,b]a 到 b 的闭区间[a,b]={x∈R | a≤x≤b}.
n3.8(a,b]a 到 b 的左开右闭区间(a,b]={x∈R | a<x≤b};
(−∞,b]={x∈R | x≤b}.
n3.9[a,b)a 到 b 的左闭右开区间[a,b)={x∈R | a≤x<b};
[a,+∞)={x∈R | a≤x}.
n3.10(a,b)a 到 b 的开区间(a,b)={x∈R | a<x<b};
(−∞,b)={x∈R | x<b};
(a,+∞)={x∈R | a<x}.

关系

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n4.1a=ba 等于 b≡ 用于强调某等式是恒等式
该符号的另一个含义参见 n4.18.
n4.2a≠ba 不等于 b
n4.3a:=ba 定义为 b参见 n2.9,n2.10
n4.4a≈ba 约等于 b不排除相等.
n4.5a≃ba 渐近等于 b例如:
当 x→a 时,1sin⁡(x−a)≃1x−a;
x→a 的含义参见 n4.15.
n4.6a∝ba 与 b 成正比也可使用 a∼b.
∼ 也用于表示等价关系.
n4.7M≅NM 与 N 全等当 M 和 N 是点集(几何图形)时.
该符号也用于表示代数结构的同构.
n4.8a<ba 小于 b
n4.9b>ab 大于 a
n4.10a≤ba 小于等于 b
n4.11b≥ab 大于等于 a
n4.12a≪ba 远小于 b
n4.13b≫ab 远大于 a
n4.14∞无穷大该符号 不 是数字.
也可以使用 +∞,−∞.
n4.15x→ax 趋近于 a一般出现在极限表达式中.
a 也可以为 ∞,+∞,−∞.
n4.16m∣nm 整除 n对整数 m,n:
(∃ k∈Z)  m⋅k=n.
n4.17m⟂nm 与 n 互质对整数 m,n:
(∄ k∈Z>1)  (k∣m)∧(k∣n);
该符号的另一种用法参见 n5.2
n4.18n≡k(modm)n 模 m 与 k 同余对整数 n,k,m:
m∣(n−k);
不要与 n4.1 中提到的相混淆.

初等几何学

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n5.1∥平行
n5.2⟂垂直该符号的另一种用法参见 n4.17
n5.3∠(平面)角
n5.4AB―线段 AB
n5.5AB→有向线段 AB
n5.6d(A,B)点 A 和 B 之间的距离即 AB― 的长度.

运算符

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n6.1a+ba 加 b
n6.2a−ba 减 b
n6.3a±ba 加或减 b
n6.4a∓ba 减或加 b−(a±b)=−a∓b.
n6.5a⋅b;
a×b;
ab
a 乘 b若出现小数点,则应只使用 ×;
部分用例参见 n2.16,n2.17,n14.11,n14.12
n6.6ab;
a/b;
a:b
a 除以 bab=a⋅b−1;
可用 : 表示同一量纲的数值的比率.
不应使用 ÷.
n6.7∑i=1naia1+a2+⋯+an也可使用 ∑i=1nai,∑iai,∑iai,∑ai;
令 P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 ∑P(i)ai 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 ai 之和.
n6.8∏i=1naia1⋅a2⋅⋯⋅an也可使用 ∏i=1nai,∏iai,∏iai,∏ai;
令 P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 ∏P(i)ai 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 ai 之积;
该符号的另一种用法参见 n2.17
n6.9apa 的 p 次幂
n6.10a1/2;
a
a 的 1/2 次方,a 的平方根应避免使用 a.
n6.11a1/n;
an
a 的 1/n 次幂,a 的 n 次根应避免使用 na.
n6.12x¯;
x¯a
x 的算数均值其他均值有:
调和均值 x¯h;
几何均值 x¯g;
二次均值/均方根 x¯q 或 x¯rms.
x¯ 也用于表示复数 x 的共轭,参见 n11.6.
n6.13sgn⁡aa 的符号函数对实数 a:
sgn⁡a=1(a>0);
sgn⁡a=−1(a<0);
sgn⁡0=0;
参见 n11.7.
n6.14infMM 的下确界非空集合 M 的最大下界.
n6.15supMM 的上确界非空集合 M 的最小上界.
n6.16|a|a 的绝对值也可使用 abs⁡a.
n6.17⌊a⌋向下取整
小于等于实数 a 的最大整数
例如:
⌊2.4⌋=2;
⌊−2.4⌋=−3.
n6.18⌈a⌉向上取整
大于等于实数 a 的最小整数
例如:
⌈2.4⌉=3;
⌈−2.4⌉=−2.
n6.19min(a,b);
min{a,b}
a 和 b 的最小值可推广到有限集中.
要表示无限集中的最小值建议使用 inf, 参见 n6.14
n6.20max(a,b);
max{a,b}
a 和 b 的最大值可推广到有限集中.
要表示无限集中的最大值建议使用 sup, 参见 n6.15
n6.21nmodmn 模 m 的余数对正整数 n,m:
(∃ q∈N,r∈[0,m))  n=qm+r;
其中 r=nmodm.
n6.22gcd(a,b);
gcd{a,b}
整数 a 和 b 的最大公因数可推广到有限集中.不引起歧义的情况下可写为 (a,b).
n6.23lcm⁡(a,b);
lcm⁡{a,b}
整数 a 和 b 的最小公倍数可推广到有限集中.不引起歧义的情况下可写为 [a,b];
(a,b)[a,b]=|ab|.
n6.24[P]Iverson 括号若命题 P 为真,则 [P]=1,否则 [P]=0.
n6.25a↑b;
a↑nb
Knuth 箭头对非负整数 a,b,n:
a↑nb=a ↑⋯↑⏟n times b;
a↑0b=ab;
a↑1b=a↑b=ab;
a↑n0=1(n>0);
a↑nb=a↑n−1(a↑n(b−1)).
n6.26[xn]f(x)多项式/形式幂级数/形式 Laurent 级数 f(x) 中 xn 项的系数若 f(x)=∑iaixi,则 [xn]f(x)=an;
可推广到多元情况,如若 f(x,y)=∑i,jai,jxiyj,则 [xnym]f(x,y)=an,m.

组合数学

本节中的 n 和 k 是自然数,a 是复数,且 k≤n.

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n7.1n!阶乘n!=∏k=1nk=1⋅2⋅3⋅⋯⋅n(n>0);
0!=1.
n7.2ak―;
(a)−k
下降阶乘幂ak―=a⋅(a−1)⋅⋯⋅(a−k+1)(k>0);
a0―=1;
nk―=n!(n−k)!.
n7.3ak―;
(a)+k
上升阶乘幂ak―=a⋅(a+1)⋅⋯⋅(a+k−1)(k>0);
a0―=1;
nk―=(n+k−1)!(n−1)!.
n7.4(nk)组合数(nk)=n!k!(n−k)!.
n7.5[nk]第一类 Stirling 数[n+1k]=n[nk]+[nk−1];
xn―=∑k=0n[nk]xk.
n7.6{nk}第二类 Stirling 数{nk}=1k!∑i=0k(−1)i(ki)(k−i)n;
∑k=0n{nk}xk―=xn.

函数

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n8.1f函数
n8.2f(x),f(x1,…,xn)函数 f 在 x 处的值
函数 f 在 (x1,…,xn) 处的值
n8.3dom⁡ff 的定义域也可使用 D(f).
n8.4ran⁡ff 的值域也可使用 R(f).
n8.5f:A→Bf 是 A 到 B 的映射dom⁡f=A 且 (∀ x∈dom⁡f)  f(x)∈B.
n8.6x↦T(x),x∈A将所有 x∈A 映射到 T(x) 的函数T(x) 仅用于定义,用来表示某个参数为 x∈A 的某个函数值.若这个函数为 f, 则对所有 x∈A 均有 f(x)=T(x). 因此 T(x) 通常用来定义函数 f.
例如:
x↦3x2y,x∈[0,2];
这是由 3x2y 定义的一个关于 x 的二次函数.若未引入函数符号,则用 3x2y 表示该函数
n8.7f−1f 的反函数函数 f 的反函数 f−1 有定义当且仅当 f 是单射.
若 f 是单射,则 dom⁡(f−1)=ran⁡f,ran⁡(f−1)=dom⁡f, 且 (∀ x∈dom⁡f)  f−1(f(x))=x.
不要与函数的倒数 f(x)−1 混淆.
n8.8g∘ff 和 g 的复合函数(g∘f)(x)=g(f(x)).
n8.9f:x↦yf(x)=y,f 将 x 映射到 y
n8.10f|ab;
f(…,u,…)|u=au=b
f(b)−f(a);
f(…,b,…)−f(…,a,…)
主要用于定积分的计算中.
n8.11limx→af(x);
limx→af(x)
当 x 趋近于 a 时 f(x) 的极限limx→af(x)=b 可以写成 f(x)→b(x→a).
右极限和左极限的符号分别为 limx→a+f(x) 和
limx→a−f(x).
n8.12f(x)=O(g(x))|f(x)/g(x)| 在上下文隐含的限制中有上界,f(x) 的阶不高于 g(x)当 f/g 与 g/f 均有界时称 f 与 g 是同阶的.
使用符号 "=" 是出于历史原因,其在此处不表示等价,因为不满足传递性.
例如:
sin⁡x=O(x)(x→0).
n8.13f(x)=o(g(x))在上下文隐含的限制中有 f(x)/g(x)→0,f(x) 的阶高于 g(x)使用符号 "=" 是出于历史原因,其在此处不表示等价,因为不满足传递性.
例如:
cos⁡x=1+o(x)(x→0).
n8.14Δff 的有限增量上下文隐含的两函数值的差分.例如:
Δx=x2−x1;
Δf(x)=f(x2)−f(x1).
n8.15dfdx;
f′
f 对 x 的导(函)数仅用于一元函数.
可以显式指明自变量,如 df(x)dx,f′(x).
n8.16(dfdx)x=a;
f′(a)
f 在 a 处的导(函)数值参见 n8.15
n8.17dnfdxn;
f(n)
f 对 x 的 n 阶导(函)数仅用于一元函数.
可以显式指明自变量,如 dnf(x)dxn,f(n)(x).
可用 f″ 和 f‴ 分别表示 f(2) 和 f(3).
n8.18∂f∂x;
fx
f 对 x 的偏导数仅用于多元函数.
可以显式指明自变量,如 ∂f(x,y,…)∂x,fx(x,y,…).
可以扩展到高阶,如 fxx=∂2f∂x2=∂∂x(∂f∂x);
fxy=∂2f∂y∂x=∂∂y(∂f∂x).
n8.19∂(f1,…,fm)∂(x1,…,xn)Jacobi 矩阵参见1
n8.20dff 的全微分df(x,y,…)=∂f∂xdx+∂f∂ydy+….
n8.21δff 的(无穷小)变分
n8.22∫f(x)dxf 的不定积分
n8.23∫abf(x)dxf 从 a 到 b 的定积分也可使用 ∫abf(x)dx;
定积分还可以定义在更一般的域上.如 ∫C,∫S,∫V,∮, 分别表示在曲线 C, 曲面 S, 三维区域 V, 和闭曲线或曲面上的定积分.
多重积分可写成 ∬,∭ 等.
n8.24f∗g函数 f 和 g 的卷积(f∗g)(x)=∫−∞∞f(y)g(x−y)dy.

指数和对数函数

x 可以是复数.

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n9.1e自然对数的底e=limn→∞(1+1n)n=2.718 281 8…;
不要写成 e.
n9.2axx 的指数函数(以 a 为底)参见 n6.9.
n9.3ex;
exp⁡x
x 的指数函数(以 e 为底)
n9.4loga⁡xx 的以 a 为底的对数当底数不需要指定的时候可以使用 log⁡x.
不应用 log⁡x 替换 ln⁡x,lg⁡x,lb⁡x 中的任意一个.
n9.5ln⁡xx 的自然对数ln⁡x=loge⁡x;
参见 n9.4.
n9.6lg⁡xx 的常用对数lg⁡x=log10⁡x;
参见 n9.4.
n9.7lb⁡xx 的以 2 为底的对数lb⁡x=log2⁡x;
参见 n9.4.

三角函数和双曲函数

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n10.1π圆周率π=3.141 592 6….
n10.2sin⁡xx 的正弦sin⁡x=eix−e−ix2i;
(sin⁡x)n,(cos⁡x)n(n≥2) 等通常写为 sinn⁡x,cosn⁡x 等.
n10.3cos⁡xx 的余弦cos⁡x=sin⁡(x+π/2).
n10.4tan⁡xx 的正切tan⁡x=sin⁡x/cos⁡x;
不可使用 tg⁡x.
n10.5cot⁡xx 的余切cot⁡x=1/tan⁡x;
不可使用 ctg⁡x.
n10.6sec⁡xx 的正割sec⁡x=1/cos⁡x.
n10.7csc⁡xx 的余割csc⁡x=1/sin⁡x;
不可使用 cosec⁡x.
n10.8arcsin⁡xx 的反正弦y=arcsin⁡x⟺x=sin⁡y(−π/2≤y≤π/2).
n10.9arccos⁡xx 的反余弦y=arccos⁡x⟺x=cos⁡y(0≤y≤π).
n10.10arctan⁡xx 反正切y=arctan⁡x⟺x=tan⁡y(−π/2≤y≤π/2);
不可使用 arctg⁡x.
n10.11arccot⁡xx 反余切y=arccot⁡x⟺x=cot⁡y(0≤y≤π);
不可使用 arcctg⁡x.
n10.12arcsec⁡xx 反正割y=arcsec⁡x⟺x=sec⁡y(0≤y≤π,y≠π/2).
n10.13arccsc⁡xx 的反余割y=arccsc⁡x⟺x=csc⁡y(−π/2≤y≤π/2,y≠0);
不可使用 arccosec⁡x.
n10.14sinh⁡xx 的双曲正弦sinh⁡x=ex−e−x2;
不可使用 sh⁡x.
n10.15cosh⁡xx 的双曲余弦cosh2⁡x=sinh2⁡x+1;
不可使用 ch⁡x.
n10.16tanh⁡xx 的双曲正切tanh⁡x=sinh⁡x/cosh⁡x;
不可使用 th⁡x.
n10.17coth⁡xx 的双曲余切coth⁡x=1/tanh⁡x.
n10.18sech⁡xx 的双曲正割sech⁡x=1/cosh⁡x.
n10.19csch⁡xx 的双曲余割csch⁡x=1/sinh⁡x;
不可使用 cosech⁡x.
n10.20arsinh⁡xx 的反双曲正弦y=arsinh⁡x⟺x=sinh⁡y;
不可使用 arsh⁡x.
n10.21arcosh⁡xx 的反双曲余弦y=arcosh⁡x⟺x=cosh⁡y(y≥0);
不可使用 arch⁡x.
n10.22artanh⁡xx 的反双曲正切y=artanh⁡x⟺x=tanh⁡y;
不可使用 arth⁡x.
n10.23arcoth⁡xx 的反双曲余切y=arcoth⁡x⟺x=coth⁡y(y≠0).
n10.24arsech⁡xx 的反双曲正割y=arsech⁡x⟺x=sech⁡y(y≥0).
n10.25arcsch⁡xx 的反双曲余割y=arcsch⁡x⟺x=csch⁡y(y≥0);
不可使用 arcosech⁡x.

复数

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n11.1i虚数单位i2=−1;
不可使用 i 或 i
n11.2Re⁡zz 的实部参见 n11.3.
n11.3Im⁡zz 的虚部若 z=x+iy(x,y∈R), 则 x=Re⁡z,y=Im⁡z.
n11.4|z|z 的模|z|=(Re⁡z)2+(Im⁡z)2.
n11.5arg⁡zz 的辐角若 z=reiφ, 其中 r=|z| 且 −π<φ≤π, 则 φ=arg⁡z.
Re⁡z=rcos⁡φ,Im⁡z=rsin⁡φ.
n11.6z¯;
z∗
z 的复共轭z¯=Re⁡z−iIm⁡z.
n11.7sgn⁡zz 的单位模函数sgn⁡z=z/|z|=exp⁡(iarg⁡z)(z≠0);
sgn⁡0=0;
参见 n6.13.

矩阵

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n12.1A;
参见2
m×n 型矩阵 Aaij=(A)ij;
也可使用 A=(aij). 其中 m 为行数,n 为列数
m=n 时称为方阵
可用方括号替代圆括号.
n12.2A+B矩阵 A 和 B 的和(A+B)ij=(A)ij+(B)ij;
矩阵 A 和 B 的行数和列数必须分别相同.
n12.3xA标量 x 和矩阵 A 的乘积(xA)ij=x(A)ij.
n12.4AB矩阵 A 和 B 的乘积(AB)ik=∑j(A)ij(B)jk;
矩阵 A 的列数必须等于矩阵 B 的行数.
n12.5I;
E
单位矩阵(I)ik=δik;
δik 的定义参见 n14.9.
n12.6A−1方阵 A 的逆AA−1=A−1A=I(det⁡A≠0).
det⁡A 的定义参见 n12.10.
n12.7AT;
A′
A 的转置矩阵(AT)ik=(A)ki.
n12.8A―;
A∗
A 的复共轭矩阵(A―)ik=(A)ik―.
n12.9AH;
A†
A 的 Hermite 共轭矩阵AH=(A―)T.
n12.10det⁡A;
参见3
方阵 A 的行列式也可使用 |A|.
n12.11rank⁡A矩阵 A 的秩
n12.12tr⁡A方阵 A 的迹tr⁡A=∑i(A)ii.
n12.13‖A‖矩阵 A 的范数满足三角不等式:若 A+B=C, 则 ‖A‖+‖B‖≥‖C‖.

坐标系

本节考虑三维空间中的一些坐标系.点 O 为坐标系的 原点.任意点 P 均由从原点 O 到点 P 的 位置向量 确定.

编号坐标位置向量和微分坐标名备注
n13.1x,y,zr=xex+yey+zez;
dr=dx ex+dy ey+dz ez
笛卡尔坐标基向量 ex,ey,ez 构成右手正交系,见 图 1 和 图 4.
基向量也可用 e1,e2,e3 或 i,j,k 表示,坐标也可用 x1,x2,x3 或 i,j,k 表示.
n13.2ρ,φ,zr=ρ eρ+z ez;
dr=dρ eρ+ρ dφ eφ+dz ez
柱坐标eρ(φ),eφ(φ),ez 组成右手正交系,见 图 2.
若 z=0, 则 ρ 和 φ 是平面上的极坐标.
n13.3r,ϑ,φr=rer;
dr=dr er+r dϑ eϑ+r sin⁡ϑ dφ eφ
球坐标er(ϑ,φ),eϑ(ϑ,φ),eφ(φ) 组成右手正交系,见 图 3.

如果不使用 右手坐标系,而使用 左手坐标系,则应在之前明确强调,以免符号误用.

图 1右手笛卡尔坐标系

图 2右手柱坐标系

图 3右手球坐标系

图 4右手坐标系

图 5左手坐标系

标量和向量

本节中,基向量用 e1,e2,e3 表示.本节中的许多概念都可以推广到 n 维空间.

标量和向量本身与坐标系的选择无关,而向量的每个标量分量与坐标系的选择有关.

对于基向量 e1,e2,e3, 每个向量 a 都可以表示为 a=a1e1+a2e2+a3e3, 其中 a1,a2 和 a3 是唯一确定的标量值,将其称为向量相对于该组基向量的 "坐标",a1e1,a2e2 和 a3e3 称为向量相对于该组基向量的分向量.

在本节中,只考虑普通空间的笛卡尔(正交)坐标.笛卡尔坐标用 x,y,z 或 a1,a2,a3 或 x1,x2,x3 表示.

本节所有下标 i,j,k 的范围均为 1 到 3.

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n14.1a;
a→
向量 a
n14.2a+b向量 a 和 b 的和(a+b)i=ai+bi.
n14.3xa标量 x 与向量 a 的乘积(xa)i=xai.
n14.4|a|向量 a 的大小,向量 a 的范数|a|=ax2+ay2+az2;
也可使用 ‖a‖.
n14.50;
0→
零向量零向量的大小为 0.
n14.6eaa 方向的单位向量ea=a/|a|(a≠0).
n14.7ex,ey,ez;
e1,e2,e3
笛卡尔坐标轴方向的单位向量也可使用 i,j,k.
n14.8ax,ay,az;
ai
向量 a 的笛卡尔分量a=axex+ayey+azez;
如果上下文确定了基向量,则向量可以写为 a=(ax,ay,az).
ax=a⋅ex,ay=a⋅ey,az=a⋅ez;
r=xex+yey+zez 是坐标为 x,y,z 的位置向量.
n14.9δikKronecker delta 符号δik=[i=k],其中 [⋅] 的定义参见 n6.24,即:
δik=1(i=k);
δik=0(i≠k).
n14.10εijkLevi-Civita 符号ε123=ε231=ε312=1;
ε132=ε321=ε213=−1;
其余的 εijk 均为 0.
n14.11a⋅b向量 a 和 b 的标量积/内积a⋅b=∑iaibi.
n14.12a×b向量 a 和 b 的向量积/外积右手笛卡尔坐标系中,(a×b)i=∑j∑kεijkajbk;
εijk 的定义参见 n14.10.
n14.13∇nabla 算子∇=ex∂∂x+ey∂∂y+ez∂∂z=∑iei∂∂xi.
n14.14∇φ;
grad⁡φ
φ 的梯度∇φ=∑iei∂φ∂xi;
grad 应使用 \operatorname{\mathbf{grad}}.
n14.15∇⋅a;
div⁡a
a 的散度∇⋅a=∑i∂ai∂xi;
div 应使用 \operatorname{\mathbf{div}}.
n14.16∇×a;
rot⁡a
a 的旋度(∇×a)i=∑j∑kεijk∂ak∂xj;
rot 应使用 \operatorname{\mathbf{rot}}.
不应使用 curl.
εijk 的定义参见 n14.10.
n14.17∇2;
Δ
Laplace 算子∇2=∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2.

特殊函数

本节中的 z,w 是复数,k,n 是自然数,且 k≤n.

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n15.1γEuler–Mascheroni 常数γ=limn→∞(∑k=1n1k−ln⁡n)=0.577 215 6….
n15.2Γ(z)gamma 函数Γ(z)=∫0∞tz−1e−tdt(Re⁡z>0);
Γ(n+1)=n!.
n15.3ζ(z)Riemann zeta 函数ζ(z)=∑n=1∞1nz(Re⁡z>1).
n15.4B⁡(z,w)beta 函数B⁡(z,w)=∫01tz−1(1−t)w−1dt(Re⁡z>0,Re⁡w>0);
B⁡(z,w)=Γ(z)Γ(w)Γ(z+w);
1(n+1)B⁡(k+1,n−k+1)=(nk).

  1. ∂(f1,…,fm)∂(x1,…,xn)=(∂f1∂x1⋯∂f1∂xn⋮⋱⋮∂fm∂x1⋯∂fm∂xn); 矩阵的定义参见 n12.1 ↩

  2. (a11⋯a1n⋮⋱⋮am1⋯amn) ↩

  3. |a11⋯a1n⋮⋮an1⋯ann| ↩