Изменение действия в зависимости от скорости

Вариация действия С соответствующий лагранжиану, например л ( Икс ( т ) , Икс ˙ ( т ) ) дает уравнения Эйлера-Лагранжа:

дельта С дельта Икс ( т ) "=" 0 д ты ( дельта л дельта Икс ( ты ) дельта Икс ( ты ) дельта Икс ( т ) + дельта л дельта Икс ˙ ( ты ) дельта Икс ˙ ( ты ) дельта Икс ( т ) ) "=" 0 д ты ( дельта л дельта Икс ( ты ) дельта ( т ты ) + дельта л дельта Икс ˙ ( ты ) дельта Икс ˙ ( ты ) дельта Икс ( т ) ) "=" 0 дельта л дельта Икс д д т дельта л дельта Икс ˙ "=" 0

где в выполняем интегрирование по частям на нужный член.

Что произойдет, если мы изменим действие по скорости? Есть ли в этом физический смысл? Какое уравнение получится?

Некоторые попытки:

дельта С дельта Икс ˙ ( т ) "=" 0 д ты ( дельта л дельта Икс ( ты ) дельта Икс ( ты ) дельта Икс ˙ ( т ) + дельта л дельта Икс ˙ ( ты ) дельта ( т ты ) ) "=" 0 д ты дельта л дельта Икс ( ты ) дельта Икс ( ты ) дельта Икс ˙ ( т ) + дельта л дельта Икс ˙ ( т ) "=" 0

Сейчас:

Икс ( ты ) "=" д ты Икс ты дельта Икс ( ты ) дельта Икс ˙ ( т ) "=" д ты дельта ( ты т ) "=" 1

если правда дает

д ты дельта л дельта Икс ( ты ) + дельта л дельта Икс ˙ ( т ) "=" 0

Можно ли это еще упростить? Или, в качестве альтернативы, могу ли я рассказать дельта С / дельта Икс ˙ к дельта С / дельта Икс ?

Вы делаете ошибку. Уравнения EL:
л Икс д д т ( л Икс ˙ ) .
Отношения:
дельта л ( Икс ( т ) ) дельта Икс ( т ) "=" л ( Икс ) Икс дельта ( т т ) + л Икс ˙ дельта ( т т ) + .

Ответы (1)

  1. Прежде всего, напомним, что можно варьировать скорость в независимо от должности д в лагранжиане л ( д , в , т ) . Фактически (лагранжев) канонический импульс определяется как

    (А) п ( д , в , т )   "="   л ( д , в , т ) в .
    Это объясняется далее, например , в этом , этом и этом сообщениях Phys.SE.

  2. Определим для дальнейшего удобства

    (Б) Ф ( д , в , т )   "="   л ( д , в , т ) д ,
    так что уравнение Эйлера-Лагранжа (EL) принимает наводящий вид
    (С) Ф ( д , в , т ) | в "=" д ˙     д п ( д , в , т ) д т | в "=" д ˙ ,
    ср. 2-й закон Ньютона . [Здесь символ означает равенство по модулю экв. движения. Точка означает дифференцирование относительно. время т .]

  3. Теперь ОП фактически спрашивает о действии (в отличие от лагранжиана). Менять профиль скорости не имеет смысла . в : [ т я , т ф ] р независимо от профиля должности д : [ т я , т ф ] р в функционале действия (вне оболочки)

    (Д) С [ д ]   "="   т я т ф д т   л ( д ( т ) , в ( т ) , т ) | в "=" д ˙ .

  4. Однако возможно переопределение полей. Например, разложить путь позиции д : [ т я , т ф ] р в другом базисе, например, рядом/преобразованием Фурье, и варьироваться относительно. новые переменные.

  5. Давайте для остальной части этого ответа представим, что система имеет смешанные граничные условия (ГУ) с начальным Существенным/Дирихле ГУ

    (Е) д ( т я )   "="   д я ,
    и окончательный натуральный BC
    (Ф) п ( д ( т ф ) , в ( т ф ) , т ф )   "="   0.
    Обратите внимание, что БК (F) обычно ограничивает конечную скорость в ( т ф ) . Мы оставляем читателю рассмотреть другие BC.

  6. Одна из возможностей, связанных с вопросом OP, состоит в том, чтобы определить нелокальное переопределение поля формы

    (Г) д ( т )   "="   я [ в ; т ]   "="   д я + т я т д т   в ( т ) ,
    где скорость в это новые динамические переменные, и чтобы функционал действия (вне оболочки) стал нелокальным
    (ЧАС) С [ в ]   "="   т я т ф д т   л ( д ( т ) , в ( т ) , т ) | д "=" я [ в ; ] .
    Функциональная производная уравнения. (Г) становится
    (Я) дельта я [ в ; т ] дельта в ( т )   "="   θ ( т я т т т ф )
    в, надеюсь, очевидном обозначении. Принцип стационарного действия для действия (H) дает нелокальное уравнение ЭЛ
    (Дж) т т ф д т   Ф ( д ( т ) , в ( т ) , т ) | д "=" я [ в ; ] + п ( д ( т ) , в ( т ) , т ) | д "=" я [ в ; ]     0 ,
    что эквивалентно ур. (C) и (F), и это соответствует последнему уравнению OP.