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 ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
26. Задача Лагранжа.Более сложной задачей на условный экстремум является задача Лагранжа. Она состоит в нахождении экстремума функционала
при связях
и некоторых краевых условиях. Мы рассмотрим лишь простейший случай: Итак, возьмём функционал
при СВЯЗИ
Функции Связь (2) называется голономной, если уравнение (2) не содержит Если связь голономна и может быть приведена к виду
то будем предполагать, что
и в этом случае будем рассматривать краевые условия
При неголономной связи (2) будем предполагать, что
и в этом случае будем рассматривать краевые условия
то есть для у принимаем фиксированные концы, а для z—фиксированный правый конец и естественное условие на левом конце. Выбор этих краевых условий можно мотивировать тем, что уравнение связи должно служить для определения одной из функций у, z через другую. В случае голономной связи (3) условие (4) позволяет рассматривать z как функцию от х и у. Поэтому задание в точках а, b функции у определяет в этих точках и функцию z. Неголономную связь (2) при условии (5) можно рассматривать как дифференциальное уравнение первого порядка для z, если функция у известна. Интегрирование этого уравнения вводит одну произвольную постоянную, которой можно воспользоваться, чтобы удовлетворить одному условию, например При неголономной связи (2) можно ставить задачу Лагранжа и для полностью зафиксированных концов
Тогда, если попрежнему рассматривать (2) как уравнение для определения z(x) через у(х), то надлежит допускать лишь такие функции у(х), удовлетворяющие условиям
для которых функции z(x), определённые с помощью уравнения (2), при надлежащем выборе постоянной интегрирования будут удовлетворять обоим условиям
Однако при такой постановке уже в простейших случаях задача может оказаться не имеющей смысла. Например, если уравнение связи имеет вид
то при условиях
условие
Вместе с тем есть случаи, когда задачу Лагранжа приходится решать именно при условиях (6). В самом деле, возьмём задачу об экстремуме функционала
при условиях
Если положить
при условиях (6) и неголономной связи. Мы ограничимся здесь рассмотрением условий (6) и лишь заметим, что то правило множителей, которое мы выведем, остаётся в силе и при полностью зафиксированных концах, если соответствующая задача имеет смысл, а также что это правило обобщается на случай любого Теорема. Если дважды непрерывно дифференцируемые функции
то существует такой множитель
и удовлетворяет условию
Для доказательства берём произвольную непрерывно дифференцируемую функцию
и полагаем
где Условие (2) принимает вид
и является дифференциальным уравнением первого порядка для z. При
В силу условия (7) и общих теорем
причем
Семейство вектор-функций с компонентами
удовлетворяет требованиям (2) и (6). В силу условия теоремы функция
имеет экстремум при
Обычным путём отсюда заключаем, что
А так как тождественно
то при любом множителе
В дальнейшем мы возьмём в качестве
Проинтегрированные члены с функцией
Что касается проинтегрированного члена с
Это есть линейное дифференциальное уравнение первого порядка относительно X, причём коэффициент при X по условию (7) не обращается в нуль. Написанным уравнением множитель
Отсюда в силу произвольности функции
Равенства (11), (10) показывают, что доставляющая условный экстремум пара функций
то-есть представляет компоненты экстремали функционала
при свободном варьировании. Так как краевое условие (8) также получено, то теорема доказана. При применении этой теоремы приходится решать относительно функций Обратимся теперь к случаю голономной связи (3). Пусть пара дважды непрерывно дифференцируемых функций
и пусть
В силу этого последнего предположения уравнение (3) определяет в некоторой окрестности кривой Подставляя
которому функция
где
Используя это явное выражение функции F, перепишем соотношение (14) в виде
или
так как
Замечая теперь, что
представим (15) в виде
Отношение
есть некоторая функция от х. Называя её
из которых следует, что функции
Тем самым правило множителей доказано и для случая голономной связи.
|
1 |
Оглавление
|