哈密顿方程和拉格朗日方程

由哈密顿原理推导拉格朗日方程

一、问题重述

已知哈密顿原理δ 求证拉格朗日方程

d

t2

Ldtt1?L

α

=0

?L

α

??q=0

dt?q二、问题分析及证明

已知L是q,q??,t 的函数，由哈密顿原理可知，并记住δt=0,即为

t2?Ls α=1 ti?qα

δqa+

?L?qα

δqα dt=0……(1)

?????????? ??????

其中

s??=1

??????

???????? ??

???? ??= s??=1

??

???? ??=

????=1

??

???????? ??

?????? ? s??=1

??

???????? ??

s

(

????

)??????……(2)

（2）代入（1）式得：

???????????????? ??????+ ?????? ? ()?????? ????=0

??q???????? ???????? ??????????

??=1

??=1

??=1

??2

= sα=1

?L?qα

s δqα|t2 t1+ α=1ti

t2?L?qα

?

d

dt?qα

(

?L

) δqαdt=0……(3)

2

因两端点相同，故??????|????1=0 （?=1,2，….s）

故(3)中的第一项为零，而（3）式简化为

t2ti

s

α=1

?Ld?

目 录

摘 要................................................................................................................... 1 关键字................................................................................................................... 1 Abstract ................................................................................................................. 1 Key Words............................................................................................................ 1

1引 言.............................

9、动力学普遍方程与拉格朗日方程

9.1内容提要

将虚位移原理和达朗伯原理结合起来，可推导出质点系动力学普遍方程和拉格朗日方程，用来解决非自由质点系的动力学问题。本章的理论要点见表9-1。 表9-1 动力学普遍方程与第二类拉格朗日方程表达式 方 内 容 表达式 程 动具有理想约束的质点系运动时，在任（Fi?FiI）??r?0 力一瞬时，作用于质点系的所有主动力和惯??r?0 学性力在任何虚位移上所作虚功之和等于或 （Fi?miai）解析表达式为： 普零。 遍?j)?xj?(Yj?mj??j)?yj (Xj?mj?xy方?i）?zi]?0 ?（Zi?mi?z程 由n个质点组成的质点系，受完整的 第理想约束，其自由度为k个，用k个广义d?T?T（）??Qj 二坐标qj（j=1，2，…，k）确定质点系的位?dt?qj?qj类置。 （j?1，2，?，k） 拉?j为广义速式中T为质点系的动能，q格朗度，Qj为对应于广义坐标qj的广义力。 当作用于质点系的主动力是有势力d?T日?T?V （）???方时。 ?jdt?q?qj?qj程 式中，L=T–V，表示质点系的动能与d?L?L势能之

欧拉通路、欧拉回路、欧拉图、半欧拉图的定义

定义15.1 通过图（无向图或有向图）中所有边一次且仅一次行遍图中所有顶点的通路称为欧拉通路, 通过图中所有边一次并且仅一次行遍所有顶点的回路称为欧拉回路. 具有欧拉回路的图称为欧拉图, 具有欧拉通路而无欧拉回路的图称为半欧拉图.

从定义不难看出, 欧拉通路是图中经过所有边的简单的生成通路（经过所有顶点的通路称为生成通路）, 类似地, 欧拉回路是经过所有边的简单的生成回路.

在这里做个规定, 即平凡图是欧拉图.

图15.1

在图15.1所示各图中, e1e2e3e4e5为（1）中的欧拉回路, 所以（1）图为欧拉图. e1e2e3e4e5为（2）中的一条欧拉通路, 但图中不存在欧拉回路（为什么？）, 所以（2）为半欧拉图. （3）中既没有欧拉回路, 也没有欧拉通路（为什么？），所以（3）不是欧拉图, 也不是半欧拉图. e1e2e3e4为（4）图中的欧拉回路, 所以（4）图为欧拉图. （5）,（6）图中都既没有欧拉回路, 也没有欧拉通路（为什么？）

判别定理

定理15.1 无向图G是欧拉图当且仅当G是连通图, 且G中没有奇度顶点.

证 若G是平凡图, 结论显然成立. 下面

欧拉通路、欧拉回路、欧拉图、半欧拉图的定义

定义15.1 通过图（无向图或有向图）中所有边一次且仅一次行遍图中所有顶点的通路称为欧拉通路, 通过图中所有边一次并且仅一次行遍所有顶点的回路称为欧拉回路. 具有欧拉回路的图称为欧拉图, 具有欧拉通路而无欧拉回路的图称为半欧拉图.

从定义不难看出, 欧拉通路是图中经过所有边的简单的生成通路（经过所有顶点的通路称为生成通路）, 类似地, 欧拉回路是经过所有边的简单的生成回路.

在这里做个规定, 即平凡图是欧拉图.

图15.1

在图15.1所示各图中, e1e2e3e4e5为（1）中的欧拉回路, 所以（1）图为欧拉图. e1e2e3e4e5为（2）中的一条欧拉通路, 但图中不存在欧拉回路（为什么？）, 所以（2）为半欧拉图. （3）中既没有欧拉回路, 也没有欧拉通路（为什么？），所以（3）不是欧拉图, 也不是半欧拉图. e1e2e3e4为（4）图中的欧拉回路, 所以（4）图为欧拉图. （5）,（6）图中都既没有欧拉回路, 也没有欧拉通路（为什么？）

判别定理

定理15.1 无向图G是欧拉图当且仅当G是连通图, 且G中没有奇度顶点.

证 若G是平凡图, 结论显然成立. 下面

理论力学打印版

第8章第二类拉格朗日方程及其应用

作业: 8-2;8-4;8-5

第8章第二类拉格朗日方程及其应用

第1节第二类拉格朗日方程

参考题:

8-1;8-8;8-12

2002年12月17日

2002年12月17日

广义坐标中的达朗伯广义坐标中的达朗伯 -拉格朗日原理第8章第二类拉格朗日方程及其应用理想完整约束系统:广义坐标为 q1, q2,…, qN N质点i矢径:完整 rδ ri=∑ iδ qk ri= ri ( q1,q 2,,qN, t) L qk k=1质系动力学普遍方程:∑ f iδ ri∑ mi aiδ ri= 0n n

∑ fδ r=∑∑ f qδ q{n N n i=1 i i k=1 i=1 i kn n

ri

i=1

i=1

k

理想

Qk广义主动力 N r&∑ mi aiδ ri=∑ mi ri&∑ qikδ qk i=1 i=1 k=1 N r n=∑∑ m i ri& iδ qk& qk k=1 i=1

∑ (Qk=1

N

k

*+ Qk )δ qk= 0

完整系统

{

Qk+ Qk*= 0广义主动力和广义惯性力相互平衡!

由动能定理到第二类拉格朗日方程第8章※动能定理:第动能是恒正的标量,运算方便;二能量在物理中具有

哈密顿算符不同形式下的表达式

胡连钦(08180218) 范世炜(08180218) 摘要：由直角坐标系中的哈密顿算符向不同坐标系转换，将得到不同形式（极坐标、柱坐标、球坐标和矩阵）的哈密顿表达式。本文采用直接微分运算的方法，详细的介绍了哈密顿算符表达式的数学推导过程，降低了初学时的难度。另外本文还通过计算，直接给出了动量分量的算符表述，并且针对不同情况补充相应的例题或是加上哈密顿算符的具体应用。

关键词：哈密顿算符 微分运算 推导过程 动量分量 算符表述 应用

1.引言

在经典力学中，我们定义哈密顿算符为总能量算符：

T V p 2/2m V H

r )出发，位置算符是空间矢量自身： r如果我们从波函数 (r

z x ，y y ， z它的分量是 x

i 动量算符表示为 p

它的分量是 p x i

x

，p ，p z i y i

y z

对应的哈密顿算符可以通过标准的替换规则p i 得到

2 V H

2m

2

在教科书中，给出了哈密顿算符的柱坐标及球坐标的表达式，但因数学推导过程难度过大，一般教科书中都是略去的。接下来，我们给出了

哈密顿算符不同形式下的表达式

胡连钦(08180218) 范世炜(08180218) 摘要：由直角坐标系中的哈密顿算符向不同坐标系转换，将得到不同形式（极坐标、柱坐标、球坐标和矩阵）的哈密顿表达式。本文采用直接微分运算的方法，详细的介绍了哈密顿算符表达式的数学推导过程，降低了初学时的难度。另外本文还通过计算，直接给出了动量分量的算符表述，并且针对不同情况补充相应的例题或是加上哈密顿算符的具体应用。

关键词：哈密顿算符 微分运算 推导过程 动量分量 算符表述 应用

1.引言

在经典力学中，我们定义哈密顿算符为总能量算符：

??T??V??p?2/2m?V H?)出发，位置算符是空间矢量自身： r??r 如果我们从波函数???(r??x ，y??y ， z它的分量是 x??z ???i?? 动量算符表示为 p?x??i? 它的分量是 p??? ，p?z??i? ?y??i? ，p?x?z?y对应的哈密顿算符可以通过标准的替换规则p??i??得到

?22?H????V

哈密顿算符不同形式下的表达式

胡连钦(08180218) 范世炜(08180218) 摘要：由直角坐标系中的哈密顿算符向不同坐标系转换，将得到不同形式（极坐标、柱坐标、球坐标和矩阵）的哈密顿表达式。本文采用直接微分运算的方法，详细的介绍了哈密顿算符表达式的数学推导过程，降低了初学时的难度。另外本文还通过计算，直接给出了动量分量的算符表述，并且针对不同情况补充相应的例题或是加上哈密顿算符的具体应用。

关键词：哈密顿算符 微分运算 推导过程 动量分量 算符表述 应用

1.引言

在经典力学中，我们定义哈密顿算符为总能量算符：

T V p 2/2m V H

r )出发，位置算符是空间矢量自身： r如果我们从波函数 (r

z x ，y y ， z它的分量是 x

i 动量算符表示为 p

它的分量是 p x i

x

，p ，p z i y i

y z

对应的哈密顿算符可以通过标准的替换规则p i 得到

2 V H

2m

2

在教科书中，给出了哈密顿算符的柱坐标及球坐标的表达式，但因数学推导过程难度过大，一般教科书中都是略去的。接下来，我们给出了

拉格朗日插值绘制龙格现象

一、问题叙述

龙格反例1/(1+x^2)说明高次代数插值会导致误差很大。在区间[-5,5]上取等距结点构造10次拉格朗日插值多项式用计算机绘制图形显示龙格现象。 二、理论分析

1. 拉格朗日插值：假设有（n+1）个拉格朗日插值结点x0?x1??xn ，已知函数值

y0?f(x0),y1?f(x1),,yn?f(xn)

求n次多项式Ln(x)使其满足插值条件f(xj)?yj(j?0,1,,n)

类似于二次插值方法，根据插值结点构造(n+1)个拉格朗日插值基函数

lk(x)?(x?x0)?(x?xk?1)(x?xk?1)?(x?xn)

(xk?x0)?(xk?xk?1)(xk?xk?1)?(xk?xn)?1j?k每一个基函数都是零点多项式lk(xj)??,(j?0,1n)

0j?k?Ln(x)满足插值条件 Ln(xj)?f(xj)拉格朗日插值基函数：lk(x)??j?0j?kn(j?0,1,,n)

(x?xj)(xk?xj)拉格朗日插值多项式：Ln??lj(x)yj

j?0n2. 切比雪夫插值：n阶切比雪夫多项式定义为