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185
Òåîðåìà Ãàìèëüòîíà-ßêîáè
Î÷åâèäíî, ÷òî òàêèõ óðàâíåíèé áóäåò n
r
r
q
H
t
p
∂
∂
−=
∂
∂
, nr ,...,2,1= . (8.2.20)
Óðàâíåíèÿ (8.2.14) è (8.2.20) ïîêàçûâàþò, ÷òî ôóíêöèè
r
p
è
r
q
,
îïðåäåëÿåìûå ñîîòíîøåíèÿìè (8.2.7) è (8.2.8), óäîâëåòâîðÿþò óðàâíå-
íèÿì Ãàìèëüòîíà
r
r
p
H
t
q
∂
∂
=
∂
∂
,
r
r
q
H
t
p
∂
∂
−=
∂
∂
, nr ,...,2,1= (8.2.21)
ïðè ïðîèçâîëüíûõ çíà÷åíèÿõ
r
α è
r
β , ÷òî äîêàçûâàåò òåîðåìó Ãàìèëü-
òîíà-ßêîáè, èìåþùóþ ôóíäàìåíòàëüíîå çíà÷åíèå êàê äëÿ òåîðèè, òàê
è äëÿ ïðèëîæåíèé. Ðàíåå, èññëåäóÿ äèíàìè÷åñêóþ ñèñòåìó ìàòåðèàëü-
íûõ òî÷åê êàêîãî-ëèáî ÷àñòíîãî âèäà, ìû ñîñòàâëÿëè óðàâíåíèÿ äâèæå-
íèÿ, ïîñëå ÷åãî çàäà÷à ñâîäèëàñü ê èíòåãðèðîâàíèþ ýòèõ óðàâíåíèé. Â
ìåòîäå Ãàìèëüòîíà-ßêîáè äîñòàòî÷íî íàéòè îäèí ïîëíûé èíòåãðàë
óðàâíåíèÿ Ãàìèëüòîíà â ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ è ñðàçó ìîæíî íàïèñàòü
èíòåãðàëû óðàâíåíèé äâèæåíèÿ (8.2.14) è (8.2.20). Òàêèì îáðàçîì, çàäà-
÷à ñâîäèòñÿ ê îòûñêàíèþ ïîëíîãî èíòåãðàëà.
Ðàññìîòðèì íåêîòîðûå êëàññû ñèñòåì ìàòåðèàëüíûõ òî÷åê, äëÿ
êîòîðûõ çàäà÷à îòûñêàíèÿ ïîëíîãî èíòåãðàëà óïðîùàåòñÿ.
1. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ôóíêöèè L è H íå çàâèñÿò îò t , òî åñòü
()()
pqHpppqqqHH
nn
;,...,,;,...,,
2121
==
, (8.2.22)
è ñóùåñòâóåò ïîëíûé èíòåãðàë ýíåðãèè
hH =
. (8.2.23)
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîëíîãî èíòåãðàëà ïîëîæèì, ÷òî
KhtS +−=
, (8.2.24)
ãäå
1
α=
h - îäíà èç ïðîèçâîëüíûõ ïîñòîÿííûõ, à
K
- ôóíêöèÿ îò
()
n
qqq
,...,,
21
, â êîòîðóþ âõîäÿò h è 1−n äðóãèõ ïðîèçâîëüíûõ ïî-
ñòîÿííûõ
n
ααα ,...,,
32
. Óðàâíåíèå Ãàìèëüòîíà â ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ
ìû òåïåðü ìîæåì çàïèñàòü òàê:
Òåîðåìà Ãàìèëüòîíà-ßêîáè 185
Î÷åâèäíî, ÷òî òàêèõ óðàâíåíèé áóäåò n
∂pr ∂H
=− , r = 1,2,..., n . (8.2.20)
∂t ∂qr
Óðàâíåíèÿ (8.2.14) è (8.2.20) ïîêàçûâàþò, ÷òî ôóíêöèè pr è qr ,
îïðåäåëÿåìûå ñîîòíîøåíèÿìè (8.2.7) è (8.2.8), óäîâëåòâîðÿþò óðàâíå-
íèÿì Ãàìèëüòîíà
∂qr ∂H ∂pr ∂H
= , =− , r = 1,2,..., n (8.2.21)
∂t ∂pr ∂t ∂qr
ïðè ïðîèçâîëüíûõ çíà÷åíèÿõ α r è β r , ÷òî äîêàçûâàåò òåîðåìó Ãàìèëü-
òîíà-ßêîáè, èìåþùóþ ôóíäàìåíòàëüíîå çíà÷åíèå êàê äëÿ òåîðèè, òàê
è äëÿ ïðèëîæåíèé. Ðàíåå, èññëåäóÿ äèíàìè÷åñêóþ ñèñòåìó ìàòåðèàëü-
íûõ òî÷åê êàêîãî-ëèáî ÷àñòíîãî âèäà, ìû ñîñòàâëÿëè óðàâíåíèÿ äâèæå-
íèÿ, ïîñëå ÷åãî çàäà÷à ñâîäèëàñü ê èíòåãðèðîâàíèþ ýòèõ óðàâíåíèé. Â
ìåòîäå Ãàìèëüòîíà-ßêîáè äîñòàòî÷íî íàéòè îäèí ïîëíûé èíòåãðàë
óðàâíåíèÿ Ãàìèëüòîíà â ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ è ñðàçó ìîæíî íàïèñàòü
èíòåãðàëû óðàâíåíèé äâèæåíèÿ (8.2.14) è (8.2.20). Òàêèì îáðàçîì, çàäà-
÷à ñâîäèòñÿ ê îòûñêàíèþ ïîëíîãî èíòåãðàëà.
Ðàññìîòðèì íåêîòîðûå êëàññû ñèñòåì ìàòåðèàëüíûõ òî÷åê, äëÿ
êîòîðûõ çàäà÷à îòûñêàíèÿ ïîëíîãî èíòåãðàëà óïðîùàåòñÿ.
1. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ôóíêöèè L è H íå çàâèñÿò îò t , òî åñòü
H = H (q1 , q2 ,..., qn ; p1 , p2 ,..., pn ) = H (q; p ) , (8.2.22)
è ñóùåñòâóåò ïîëíûé èíòåãðàë ýíåðãèè
H = h. (8.2.23)
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîëíîãî èíòåãðàëà ïîëîæèì, ÷òî
S = − ht + K , (8.2.24)
ãäå h = α1 - îäíà èç ïðîèçâîëüíûõ ïîñòîÿííûõ, à K - ôóíêöèÿ îò
(q1 , q2 ,..., qn ) , â êîòîðóþ âõîäÿò h è n − 1 äðóãèõ ïðîèçâîëüíûõ ïî-
ñòîÿííûõ α2 , α3 ,..., αn . Óðàâíåíèå Ãàìèëüòîíà â ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ
ìû òåïåðü ìîæåì çàïèñàòü òàê:
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