Главная > АНАЛИТИЧИСКАЯ ДИНАМИКА (Э.УИТТЕКЕР)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Значение контактных преобразований для динамики еще более уясняется, если ввести в рассмотрение определенную дифференциальную форму, инвариантно связанную с динамической системой.
Пусть
\[
X_{1} d x_{1}+X_{2} d x_{2}+\cdots+X_{2 n+1} d x_{2 n+1}
\]

произвольная дифференциальная форма с $2 n+1$ независимыми переменными $x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{2 n+1}$. Согласно $\S 127$ билинейный ковариант
\[
\sum_{i=1}^{2 n+1} \sum_{j=1}^{2 n+1} a_{i j} d x_{i} \delta x_{j}
\]

этой формы, где $a_{i j}$ означают величины $\frac{\partial X_{i}}{\partial x_{j}}-\frac{\partial X_{j}}{\partial x_{i}}$, связан с ней инвариантно. Приравнивая в отдельности нулю все коэффициенты при $\delta x_{1}, \delta x_{2}, \ldots, \delta x_{2 n+1}$, мы получим $2 n+1$ уравнений:
\[
\sum_{i=1}^{2 n+1} a_{i 1} d x_{i}=0, \quad \sum_{i=1}^{2 n+1} a_{i 2} d x_{i}=0, \quad \ldots, \quad \sum_{i=1}^{2 n+1} a_{i, 2 n+1} d x_{i}=0 .
\]

Так как определитель, составленный из величин $a_{i j}$, кососимметричен и нечетного порядка, то он тождественно равен нулю и уравнения совместны между собой. Они называются первой системой уравнений Пфаффа дифференциальной формы $\sum_{r=1}^{2 n+1} X_{r} d x_{r}$ и по самому закону своего образования инвариантно связаны с этой формой. Следовательно, если преобразованием переменных, при котором новые переменные $y_{1}, y_{2}, \ldots, y_{2 n+1}$ суть заданные функции от $x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{2 n+1}$, дифференциальная форма преобразуется в
\[
\sum_{r=1}^{2 n+1} Y_{r} d y_{r}
\]

и соответствующая этой новой форме первая система Пфаффа есть
\[
\sum_{i=1}^{2 n+1} b_{i 1} d y_{i}=0, \quad \sum_{i=1}^{2 n+1} b_{i 2} d y_{i}=0, \quad \ldots, \quad \sum_{i=1}^{2 n+1} b_{i, 2 n+1} d y_{i}=0,
\]

то эти уравнения эквивалентны уравнениям:
\[
\sum_{i=1}^{2 n+1} a_{i 1} d x_{i}=0, \quad \sum_{i=1}^{2 n+1} a_{i 2} d x_{i}=0, \quad \ldots, \quad \sum_{i=1}^{2 n+1} a_{i, 2 n+1} d x_{i}=0 .
\]

Рассмотрим теперь специальную дифференциальную форму
\[
p_{1} d q_{1}+p_{2} d q_{2}+\cdots+p_{n} d q_{n}-H d t
\]

с $2 n+1$ переменными $q_{1}, q_{2}, \ldots, q_{n}, p_{1}, p_{2}, \ldots, p_{n}, t$, где $H$ – произвольная функция от этих переменных. Если составить величины $a_{i j}$ соответствующие этой форме, то в качестве ее первой пфаффовой системы получим уравнения:
\[
\begin{array}{rlr}
-d p_{r}-\frac{\partial H}{\partial q_{r}} d t & =0 \quad(r=1,2, \ldots, n), \\
d q_{r}-\frac{\partial H}{\partial p_{r}} d t & =0 \quad(r=1,2, \ldots, n), \\
\partial H-\frac{\partial H}{\partial t} d t & =0 . &
\end{array}
\]

Последнее из этих уравнений есть следствие остальных поэтому вместо этой системы мы можем написать:
\[
\frac{d q_{r}}{d t}=\frac{\partial H}{\partial p_{r}}, \quad \frac{d p_{r}}{d t}=-\frac{\partial H}{\partial q_{r}} \quad(r=1,2, \ldots, n) .
\]

Но эти уравнения суть уравнения движения динамической системы, для которой функция Гамильтона равна $H$. Отсюда следует: Динамическая система с гамильтоновой функцией $H$ инвариантно связана с дифференциальной формой
\[
p_{1} d q_{1}+p_{2} d q_{2}+\cdots+p_{n} d q_{n}-H d t
\]

в том смысле, что уравнения движения динамической системы в любых переменных $x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{2 n}, \tau$ образуют первую систему уравнений Пфаффа для дифференциальной формы
\[
X_{1} d x_{1}+X_{2} d x_{2}+\cdots+X_{2 n} d x_{2 n}+T d \tau,
\]

в которую переходит форма
\[
p_{1} d q_{1}+p_{2} d q_{2}+\cdots+p_{n} d q_{n}-H d t
\]

после замены переменных $q_{1}, q_{2}, \ldots, q_{n}, p_{1}, p_{2}, \ldots, p_{n}, t$ новыми переменными $x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{2 n}, \tau$.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru