Принцип стационарного действия против уравнения Эйлера-Лагранжа

Я немного смущен тем, что я должен использовать для вывода уравнений движения из уравнения Лагранжа.

Предположим, у меня есть функция Лагранжа:

л ( Икс ( т ) , Икс ˙ ( т ) ) "=" 1 2 м Икс ˙ 2 1 2 к ( Икс 2 + а 2 а )

Метод 1: Принцип наименьшего действия

дельта л "=" дельта Икс ˙ ( м Икс ˙ ) дельта Икс к Икс ( Икс 2 + а 2 а ) ( Икс 2 + а 2 )

дельта Вт "=" т 0 т 1 дельта л   д т

После интегрирования по частям получаю:

дельта Вт "=" т 0 т 1 дельта Икс [ м Икс ¨ + к Икс ( Икс 2 + а 2 а ) ( Икс 2 + а 2 ) ] д т

для стационарных точек, дельта Вт "=" 0

Следовательно, внутри интеграла

м Икс ¨ + к Икс ( Икс 2 + а 2 а ) ( Икс 2 + а 2 ) "=" 0

и это уравнение движения.

Метод 2: уравнение Эйлера-Лагранжа

В качестве альтернативы мы можем рассмотреть уравнение Лагранжа Эйлера:

л Икс д д т ( л Икс ˙ ) "=" 0

Заменив л в уравнение Эйлера-Лагранжа получаем то же самое уравнение движения:

м Икс ¨ + к Икс ( Икс 2 + а 2 а ) ( Икс 2 + а 2 ) "=" 0

Итак, метод 2 намного проще, чем метод 1, но почему мы приходим к одному и тому же ответу? У меня есть подозрение, что оба метода, по сути, вычисляют одно и то же, но я не уверен, что это предположение верно, потому что уравнения Эйлера-Лагранжа кажутся слишком простыми по сравнению с принципом наименьшего действия. Есть ли что-то, что мне здесь не хватает?

Вы можете найти ответ в любой книге по вариационному исчислению. Действие есть функционал, а критерием точки экстремума этого функционала в функциональном пространстве является уравнение Эйлера-Лагранжа. Уравнение EL просто означает, что дельта С / дельта Икс "=" 0 . Когда вы напрямую меняете действие, вы просто заново получаете уравнение EL.

Ответы (2)

При соответствующих граничных условиях принцип стационарного действия и уравнения Эйлера-Лагранжа (ЭЛ) являются в точности условием того, что функциональная/вариационная производная

(1) дельта С дельта Икс Дж ( т )
исчезает, так что им лучше согласиться!

Во-первых, я думаю, что что-то не так с вашей частной производной лагранжиана по отношению к Икс .

Во-вторых, уравнения Эйлера-Лагранжа — это не что иное, как процесс, который вы выполнили в методе 1, выполненный без привязки к определенной форме для л но оставив его общим. На первом шаге вы взяли частные производные от л что касается его положения и скорости, на втором шаге вы взяли производную скорости и включили ее в интегрирование по частям, где вы взяли общую производную по времени, а затем добавили знак минус. Если ваш лагранжиан также участвует Икс ¨ тогда у вас будет + д 2   д т 2 л Икс ¨ член из двух интегрирований по частям, например.