Главная > ЛЕКЦИИ ПО ДИНАМИКЕ (К. Якоби)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
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

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

Мы докаяем щепосредственно ту теорему,  которой мы пришли  в конце проплой лекции.

Iредставим себе, это n уравнений, которые обращают выражение p1dq1+p2dq2++pndqn в полный дифференциал и к которым припадлетат уравнения φ=a, y=b, решены относительно p1,p2,pn и эти значения подставлены в уравнения φ=a,ψ=b; тогда эти последние будут вниолнелы тождественно. Поэтому, находя частные производьые от функций φ=a и ψ=b по какой-либо из величин q, снова получим тождеетво, если при этом рассматривать p как функции величин q. Так, при дифференцировании уравнения φ=a по qi получим
φp1(p1qi)+ρ2p2(p2ql)++ρpn(pnqt)+φqi=0

мин
k=1k=nφpk(pkqt)+φqt=0.

Точно так же щри дифферепцировании ψ˙=b по qk
i=1i=nψpi(piqk)+ψqk=0.

Умножим первое из этпх уравнений на ψpi и просуммируем по i от 1 до n, умножим затем второе уравнение на φpk и просуммируем по k ол 1 до nγ2 тогда иы получим следующие два результата:
i=1i=nk=1k=nψpiφpk(pkqi)+i=1i=nψpiφqi=0,k=1ki=1i=nφpkψpi(piqk)+k=1k=nφpkζqk=0.

Если эти равенства вычесть одно из другого, то двойные суммы сократятен, так вак величины p1,p2,pn определяются из n уравнений, обрацающих
аражени е p1dq2+p2dq2++pndqn в полный дифференциал, благодаря иему (piqk)=(pkqi); таким образом останется следующее равенство:
k=1k=nφpkΨqki=1i=nΨpiφqi=0

๒ภा
k=1k=n{pφpkψqkψpkφqk}=0

этот результат согласуется с уравнением (12) прошлой пекции. Из этого доказательства видим, что для вывода уравнения (1) необходимы все условные уравнения
(piqk)=(pkqi)

так как только гри цомощи этого равенства согратятся двойные суммы, распространенные на все значения i и l.

Уравнение (1) предполагает, как мы раньше заметили, только то, что уравнения φ=a и ψ=b являются какими-нибудь двумя из таких u уравнений, которые обращают выражение p1dq1+p2dq2++pndqn в полный дифференциал. Взятые при таком общем предшоложении a и b могут быть как произвольными постоянными, так и определенными численными величинами, папример, нулями. Равным образом мы можем не делать никаких особых предположений относительно прподы функциӥ φ и ψ. Эти функци сами могут содержать произвольные постоянные, но могут таліке быть свободными от них.

Сообразно с этими различными обстоятельствами равенство (1) будет тождеством или не будет таковым. Если a и b не являютея произвольными иостоянными, то оно может не быть тождеством, а удовлетворяться вследетвие уравнений φ=a и ψ=b. Но этот случай встречаетса всего реже; тораздо чаще встречается случай, когда уравнение (1) явллется третьим из n уравнениї, обращающи выражение p1dq1+p2dq2++pndqn в полный дифференциал; тогда из уравнения (1) и одного из уравнений φ=a,ψ=b можно вывести простым дифферепцированием четвертое уравнение. Это уравнение снова будет либо тождеством, либо следствием уже иввестных нам трех уравнений, либо, наконец, четвертым из системы n уравнений и т. д. Тагих образом может случиться, что из равенетв φ=a и φ=b простым дифференцированием получатея n различны уравнений, которце иечерпывают оистему n уравнений; но больше чем n независимых друг от друга уравневиї, считая в их числе φ=a и ψ=b, мы никогда не можем получить, так как все они должны удовлетворяться теми же самыми значениями p1,p2,pn, которые обращают p1dq1+p2dq2++pndqn в полный дифференциал. Мы видим таким образом, что если мы нйчего не установим относительно харакгера уравнений φ=a и ↓=b, то иы не сможем сказать ничего опредеденного относительно природы уравнения (1).

Это более точное определение получится, если мы требованио, что φ=a п ψ=b принадлежат к системе n уравнений, обращающих выражение p1dq1+p2dq2++pndqn в полный дифференцал, присоединим еще требование, что функция
V=(p1dq1+p2dq2++pndqn)

есть полное решение предложенного уравнения в частных производных, х. е. она кроме аддитивной постоянной содержит еще n1 произвольных постоянных. Іредположим, что предложенное уравнение в частных производных само содержит неопределенную поотоянную h и решено относительно нее, т. е. опо имеет форму
φ(p1,p2,pn,q1,q2,qn)=h,

и полное решение V содержит кроме h еце n1 проиввольны постоянмых h1,h2,hn1; тогда уравневия
Vq1=p1,Vq2=p2,Vqn=pn

будут как раз теми уравнениями, которые обращают выражение p1dq1 +. +p2dq2++pndqn в полный дифференциал, а эго интеграл — в полное репение уравнения в частных проивводных. Іредотавим еебе эти n уравнений репенными относительно содержащихся в них постоянных h,h1,hn1 и результат приведенным к виду
h=H,h1=H1,h2=H2,hn1=Hn1,

где H,H1,Hn1 — функции только от p1,p2,pn,q1,q2,qn; тогда первое уравнение h=H очевидно есть не что иное, как данное уравнение в частных цроизводных, так как оно есть единственное свободное от произвольных постоянных h1,h2,hn1. Таким образом, как мы видим, каждый раз получится, кроме данного дифференциального уравнения h=H=φ, еще n1 независимых как от него, та́к и друг от друга уравнений вида:
h1=H1,h2=H2,hn1=Hn1,

о́ладающих ஈем свойством, что, если из этих n уравнений определить величины p1,p2,pn, то (p1dq1+p2dq2++pndqn) будет полным решением ураннения в частных производных h=H. Из этих n уравнений
h=H,h1=H1,hn1=Hn1

невозможно вывести еще какое-нибудь уравнение, совершенно свободное от постояниых h,h1,hn1; в самои деле, иначе можно было бы из этого уравнения и из уравнения h=H ислючить одну из величич p и получить таким образом уравнение в частных производных, в котором число персчепных, по которым будет производиться дифференцирование, окажется на одну единицу ниже, чеи в предложенном уравнении, и которому однако удовлетворяло бы выражение V=p1dq1+p2dq2++pndqn; поэтому V не могло бы быть полным решением уравнения h=H. Итак, невозможно исключить сразу все постоннные; отсюда следует, что если мы из n уравнений h=H,h1=H1,hn1=Hn1 выведем уравнение, свободное ст всех постоянных h,h1,hn1, то оно будет тождеством. В самом деле, это уравнение должно удовлетворяться значениями величин p1,p2,pn, которые мы определяем из тех n уравнений. Но эти знатения p1,p2,pn содержат снова столько же независимых друг от друга величин h,h1,hn1; поэтому выпеуказанное уравнение, если оно тождественно удовлетворяетса досле подстановки значений p1,p2,pn, уже до подстановки должно быть тождеством. Таким уравнением является уравнение (1), если в неж вместоч и ψ подставить две величины H; поэтому уравнение
Hip1Hiq1+Hip2Hiq2++HipnHiqnHip1Hiq1Hip2Hiq2HipnHiqn}=0

есть тождество. Итак, в том случае, когда φ=a и ψ=b принадлежат x системе уравнений hi=Hi, не остается никакого сомнения относительно природы уравнения (1); мы знаем, что оно будет тогда тождеством. Іоэтому те n(n1)2 уравнений, которые мы получаем, подставляя вместо φ и ψ все комбинации по две из величин Hi, являются условными уравнениями, которым должны удовлетворять эти величины. Таким обравом мы получим снова n(n1)2 условных уравнений, которые должны удовлетворяться n функциями, из которых иввестна одна именно H, а остальные n1 функцик H1,H2,Hn1 — нскомые.
Введем теперь обозначение:
(Hi,Hk)={Hip1Hkq1+Hip2Hkq2++HipnHkqnHkp1Hiq1Hkp2H4q2HkpnHiqn
[оно не имеет никакого отношения к введенному в прошлой лекци обозначению (i,k)], так что для любого произвольного значения Hf н Hk будек: пуеть
(Hi,Hk)=(Hk,Hi),(Hi,Hi)=0.

Есяи теперь h=H,h1=H1,hn1=Hn1 являютея теми уравнениями которые обращают V в полное решение предложенного уравнения в частных производных h=H, то величины H должны удовлетворять n(n1)2 уеловным уравнениям, которые мы получим, если в уравнении
(Hi,Hk)=0

виесто обоих равличных друг от друга значков ik нодетавим все возможвые комбинации по два из чисел 0,1,n1.

Этп n(n1)2 условий необходимы пля того, чтобы нодучаемне ия уравнений hi=Hi значения p1,p2,pn обращали выражение p1dq1 +p2dq2++pndqn в полный дифференциал, а его интеграл-в полное решение предложенного уравнения в частных шроизводных. Остаетея только нокавать, что они тапже достаточны, т. е. что если они выполнены, то в самом деле p1dq1+p2dq2++pndqn будет полным дифлеренцилои
* вместе с тем будут иметь место n(n1)2 уравнений
(pkqi)=(ptqk)

[вторая часть высказанного начи ножоження, именно что
(p1dq1+p2dq2++pndqn)

есть полное решение, очевидна сама собой, так как постоянные h1,h2,hn произвольны и друг от друга независимы]. Таким образом мы должны доказать, что из условных уравнений
(Hi,Hk)=0

едуют условные уравнения
(pkqi)=(piqk)

так же как выше мы из последних вывели первые.
Чтобы провести это доказательство, мы должны вернуться к уравнениям, которые встретились в начале этой лекци при прямом доказательстве равенства (1). Исходя ив предшоложения, что φ=a и ψ=b принадлежат к’системе n уравнений, которые служат для определения p1,p2,pn как функций от q1,q2,qn, и что поэтому уравнения φ=a и ψ=b тождественно удовлетворяются выражениями величин p через q1,q2,qн , мы голучили уравнення:
i=1i=nk=1k=nψpiφpk(pkqi)+i=1i=nψpiφqi=0i=1k=nk=1k=nψpiφpk(piqk)+k=1k=nφpkψqk=0

Iре,дположив затем вынолненными условные уравнения (pkqi)(piqk)=0, мы сократили при вычитании двойные суммы и получили новую форму условных уравнений; теперь, когда мы не можем предполагать вышолненными условные уравнения (pkqi)=(piqk), но хотим их доказать, мы получим, вычитая выпенаписанные два уравнения одно из другого и ставя на место функциї ч и ψ функции Hα и Hβ, следующий результат:
0=i=1i=nk=1k=nHαpkHβpi{(piqk)(pkqi)}+i=1i=n{HαpiHβqiHβpiHαqi}.

Іростая сумма, образующ втая втой член правой части этого равенства, есть ие что иное, как величина, обозначенная выше через ( Hα,Hβ); двойная еумма, образующая червый чен, может быть сведена kn(n1)2 членам, так как члены, в которых i=k, исчезают, а из прочих каждые два, подучаемые друг из друга перестановкой i и k, соединяютея в один. Таких өбразом уравнение (2) превращается в:
0=i,k{HαpkHβpiHβpkHαpi}{(piqk)(pkqi)}+(Ha,Hβ)

где суминование распространяетоя на все различны между собой комбинации i и k. Таких уравнений, подетавдяя вместо Hη,Hβ две равличные из величин H,H1,Hn1, получим n(n1)2. Таким образом получитея вистема n(n1)2 уравнений, которые линейны по отнопению к величинам (piqk)(pkqi) и в которых ( Hσ,Hξ) образуют ностолнные чены. Надо показать, что когда эти последиие велнчины исчезают, то и все первые величины становятся равными нул. Но в спстеме линейных уравнений иччезновение постоянных членов всегда имеет необходимым следствием обращение в нул неиввестых, если топьо определитель системы не равен пулю, 1 в каковом случае значения неиввестных становятся неогределенными. Что этот случай здесь пе имеет места, можно доказать, не вычисляя самого огределителя, а прийяв во внимание, что формущы дыя рещения системы (2*) выводятоя из данной формы (2) уравнений этой сиетемн етедуюпим простым способом. Полагае дия сокращения
H2pi=αi(α)

и обозначаем через h огределитель, составленный из n2 величин at(a), где принимает значение 0,1,n1, а i-значения 1,2,n, так что
R=±ua1a2a3an(n1);

да.тее нолагаем
Ai(x)=Riai(x).

После подстановки этих обозначений и нерестановки α п уравнение (2) можно черенисать так:
i=1i=nk=1k=nai(x)ak(i){(piqk)(pkqi)}=(Ht,,H3).

эо уравнение имеет место не тольк тогда, когда вместо α и β нодетавлены два различные значения из ряда 0,1,n1, но также когда оба значка равны одному п тому же из этих n значений. В этом последнем случае уравнение (3) есть тождество, так как тогда в уравнении (2*), только форматьно отхичающемея от уравнепия (9), все члены поодиночке обрацаютея в нуль.

Если мы умножим уравнепие (3) па Ar(2)As(3), где r и s обовначают числа из ряда 1,2,n, то-ножно, как это тодько-что замечено, еуммировать от 0 до n1 по каждому из значков α и β, независимо от пругого значка. Если мы в резуптате изменим порлдои суммирований, ко́торые производятся с одной стороны по i н k, а с другой чо α и β, и обозначин через Mi,k двойную сумиу

то ножучим
i=1i=nk=1k=nMi,k{(piqk)(pkqi)}=α=0α=nβ=0n1Ar(α)As(β)(Hα,Hβ).
1 См. стр. 139 и 140.

Простые сумиы, проиведением воторых является Mi,k, равны 0 или R1 смотря по тому, отличаютея ли i от r и k от s, или i совнадает с r и k e s. Таким образом имеем
Mi,k=0

кроме того случая, когда одноврехенно i=r и k=s, и в этом случае
Mr,s=R2

пюэтому уравнение (4) переходит в следующее:
R2{(prqs)(psqr)}=α=0α=n1β=0β=n1Ar(α)As(β)(Hα,Hβ).

Отсюда щы видим, что если по предположению все величины (Hα,Hβ ) равны нулю, то все величины (prqs)(psqr) также исчезают, если только R не равен нулю. Но обращение в нуль выражения
R=Σ±a1a2a3an(n1)=Σ±Hp1H1p2Hn1pn

обозначает, что H,H1,Hn1, являющиеся функциями от величин p1,p2,pn, не независимы друг от друга, и таким образом уравнений H=h,H1= =h1,Hn1=hn1 не достаточно, чтобы из них определить переменные p1,p2,,pn как функции от q1,q2,qn. Исключая этот единственный схучай, мы можем таким образом обратно из n(n1)2 условных уравнений
(H˙α,Hβ)=0

внвести n(n1)2 первоначальных ус:овных уравнениї
(piqk)(pkqi)=0
1 См. 11-ю декцию, n3.

1
Оглавление
email@scask.ru