§ 29.11. Другой подход к задаче трех точек Лагранжа.
В качестве первого приложения уравнений (29.10.12) рассмотрим снова задачу, когда
сохраняют постоянные значения. В этом случае выражения
остаются постоянными. Будут постоянны также коэффициенты
в уравнении (29.10.12), причем
положительны и, кроме того,
Так как
то
и, следовательно,
Отсюда, учитывая, что
получаем
и
Таким образом,
и, следовательно,
Отсюда следует, что либо
либо
во все время движения. 1) Если
то
и векторы и
удовлетворяют уравнениям вида
где пир — положительные числа. Каждое
этих уравнений описывает движение изотропного осциллятора. Поскольку
и
постоянно, решение записывается в виде
где векторы
равны по величине и направлены под прямым углом друг к другу. Если вектор и на вспомогательной плоскости
обозначить через
то точка
будет описывать на этой плоскости окружность с постоянной угловой скоростью
Аналогично
причем векторы
равны по величине и направлены под прямым углом друг к другу. Постоянство скалярного произведения
показывает, что векторы
«компланарны и
(при этом предполагается, что вращение от
происходит в том же направлении, что и вращение от
Уравнение
в развернутой форме имеет вид
откуда следует, что
т. е. треугольник равносторонний. Он вращается с угловой скоростью
где
(см. (29.3.7)).
2) Если
то
откуда следует, что векторы
параллельны и частицы расположены на одной прямой. Предположим противное: пусть векторы и
не параллельны. Тогда, поскольку
вектор и перпендикулярен к плоскости векторов
то же самое справедливо и относительно вектора
Таким образом, учитывая постоянство
заключаем, что
где
постоянный скалярный множитель. Следовательно,
откуда
Но последнее равенство невозможно, поскольку из него следует, что
а это противоречит условию (29.11.1). Таким образом, векторы
и коллинеарны
и частицы располагаются на одной прямой. Соотношение (29.11.12) приводит к квадратному уравнению относительно
Можно также вывести уравнение пятой степени для величины
хотя непосредственный метод, изложенный в § 29.3, проще. Предполагая
(что не нарушает общности, а лишь устанавливает определенный порядок расположения частиц на прямой) и учитывая, что
получаем
откуда следует, что
и
Коэффициенты в уравнении (29.11.13) имеют теперь следующие выражения:
Подставляя их в уравнение
получаем уравнение седьмой степени относительно к:
Отбрасывая корни
которые соответствуют случаю совпадения двух частиц, мы приходим снова к уравнению (29.3.14).