哈密顿力学¶
勒让德变换¶
一元 case¶
构造
取全微分,得
故
称
多元 case¶
函数
将变量
取全微分,得
故
重要应用¶
-
在物理学中,用于推导各种热力学势
- 热力学第一定律
- 热力学第二定律
是 和 的函数,且
- 热力学第一定律
-
在数学中,用于求解 PDE
- 在弹性力学中
- 定义势能(应变能)
- 余能是势能的勒让德变换
- 势能和余能构成力学的数值分析方法(FEM)的基础
- 在理论力学中
- 推导哈密顿方程
哈密顿方程¶
保守系统¶
设质点系由
- 哈密顿(Hamilton)引入广义动量
- 以广义动量和广义坐标作为描述系统的状态变量
拉格朗日函数的勒让德变换为哈密顿函数
- 勒让德变换存在性:
广义速度表示的动能
其中
- 对
求全微分
故得
利用拉格朗日方程和广义动量定义,代换掉
最终得到
其中
Remarks
- 哈密顿方程是
个一阶常微分方程,拉格朗日方程是 个二阶常微分方程。
非保守系统¶
对于非保守系统,主动力可分为有势力和非有势力两类,系统的拉格朗日方程为
广义动量关于时间的全导数
哈密顿方程
$$ \begin{aligned} H &= \left(\sum_{i=1}^k p_i \dot{q}i - L \right)}_i \to p_i
例题
某二自由度动力学系统的广义坐标为
求哈密顿函数
解
系统的广义动量
解得广义速度
代入哈密顿函数