Это
имеет тот частный вид, который изучен в начале 1. Поэтому можно найти уравнения разделения (1), удовлетворяющие тождеству
полагая
Решая их относительно
получим:
т. е. ур-ния вида (1) или (14). Тогда ур-ние (3) дает:
После этого, в силу (4) и (20), решения уравнений движения принимают вид:
Если вычислить интеграл, то в левой части получим
Решая относительно
мы найдем, что
где
произвольные постоянные. Ур-ние (23) представляет собой наложение двух гармонических колебаний: одного в направлении
с частотой
другого — перпендикулярно к первому о частотой
Из (19), (21) и § 4, (13) следует:
Интеграл здесь тот же, что и в ур-нии (22) и, следовательно,
Если решить это относительно
и вставить результат в первые
ур-ний
то мы получим:
Это — искомое касательное преобразование, которое после подстановки в (19) приводит к равенству
Следовательно, величины
определенные ур-нием (25), представляют канонические неременные, соответствующие гамилыо» новой функции (19).
В качестве второго примера рассмотрим движение материальной точки массы
притягиваемой по закону тяготения Ньютона к неподвижной материальной точке массы
находящейся в начале координат. Представим движение в пространственных полярных координатах, так что гамильтонова функция будет определяться уравнением (54) § 2. При этом для V нужно подставить ньютонов потенциал к
где х означает постоянную тяготения. Наша задача заключается в том, чтобы определить
как функцию от
как функцию от
как функцию от
и при этом все три должны зависеть от трех произвольных постоянных
таким образом, чтобы имело место тождество вида:
Так как
есть скрытая координата, то прежде всего, согласно примечанию в конце 3, мы положим:
Теперь можно применить либо общий метод, изложенный в 3, либо сокращенный метод, к которому приводит следующее замечание: если
не может быть представлено как функция от
(как мы предполагали в начале 1), но имеет вид
то можно положить
решая относительно
получить уравнения разделения со всеми свойствами, которыми обладают уравнения (1), причем
будет просто равно
Если мы применим эти соображения к уравнению (26), то наряду
мы должны еще положить
Если мы решим эти уравнения относительно
то получим уравнения, соответствующие уравнениям (1):
Вставляя эти выражения в уравнение (26), мы получим
Далее, из уравнений (2) следует:
Применение уравнений (4) дает теперь решение уравнений движения, причем
Необходимо принять во внимание, что хотя гамильтонова функция уравнения (26) удовлетворяет условию (6) разделимости, но это свойство связано с выбранной системой координат. Если мы вместо полярных координат введем
прямоугольные пространственные координаты
и соответствующие составляющие импульса обозначим
то
примет вид:
и не будет уже удовлетворять уравнению (6). Переменные, при которых разделение возможно, называются "разделяющимися переменными". Следовательно, прямоугольные координаты в случае ньютоновой задачи одного тела не разделяются.