Théorème du gradient

Pour démontrer que ces deux vecteurs sont égaux, il suffit de vérifier que leurs produits scalaires par n'importe quel vecteur le sont, en utilisant le théorème de flux-divergence[1].

Soit ${\displaystyle {\vec {u}}}$ un vecteur arbitraire, montrons que ${\displaystyle \left(\iint _{S}f~{\rm {d}}{\vec {S}}\right)\cdot {\vec {u}}=\left(\iiint _{V}{\vec {\nabla }}\!f~{\rm {d}}V\right)\cdot {\vec {u}}}$ ou encore (le produit scalaire étant commutatif et distributif sur l'addition des vecteurs), montrons que ${\displaystyle \iint _{S}f\,{\vec {u}}\cdot {\rm {d}}{\vec {S}}=\iiint _{V}{\vec {\nabla }}\!f\cdot {\vec {u}}~{\rm {d}}V.}$

Selon le théorème de flux-divergence,

${\displaystyle \iint _{S}f\,{\vec {u}}\cdot {\rm {d}}{\vec {S}}=\iiint _{V}{\rm {div}}(f\,{\vec {u}})~{\rm {d}}V.}$

Or, d'après l'une des formules de Leibniz de l'analyse vectorielle, et puisque la divergence d'un champ vectoriel uniforme est nulle, on a

${\displaystyle {\rm {div}}(f\,{\vec {u}})={\vec {\nabla }}\!f\cdot {\vec {u}}+f\,{\rm {div}}({\vec {u}})={\vec {\nabla }}\!f\cdot {\vec {u}},}$

ce qui, en remplaçant dans la dernière intégrale, établit l'égalité annoncée.

Démonstration du principe d'Archimède