Уравнение Якоби, если в нем положить
будет, следовательно,
или
Приравняв каждую из этих двух величин одной и той же постоянной
, легко получим полный интеграл
образованный суммой двух функций, из которых одна зависит только от
а другая только от
Этот интеграл есть
Уравнение геодезических линий будет тогда — а время определится из формулы
Так как по теореме кинетической энергии скорость точки постоянна, то
Второе соотношение определяет дугу геодезической линии.
Приложим этот метод к эллипсоиду. Пусть
- уравнение эллипсоида с тремя неравными осями. Рассмотрим софокусные поверхности
Через каждую точку пространства проходят три такие поверхности, соответствующие трем значениям
величины X (п. 286). В частности, через точку М, взятую на эллипсоиде (2), проходит сам рассматриваемый эллипсоид, соответствующий значению
и две другие софокусные поверхности, соответствующие значениям
величины X. Мы примем эти два параметра
за координаты точки М на поверхности. Согласно теореме Дюпена, кривые
являются линиями кривизны эллипсоида. Для величины
в эллиптических координатах мы нашли ранее (п. 286) выражение вида
Так как сейчас
то
Тогда, заменяя
их значениями при
получим
Эта величина
действительно имеет форму, данную Лиувиллем, причем
Подставляя эти значения в общие уравнения (1), получим уравнение геодезических линий и дуги этих кривых в форме, данной Якоби. Эти уравнения содержат ультраэллиптические интегралы. Вейерштрасс дал обращение этих интегралов, выразив и
в виде однозначных функций некоторого параметра.
Более подробные сведения о поверхностях Лиувилля можно найти в «Lefons sur la Theorie generale des surfases» Дарбу (часть 3, глава I) и в премированной работе Кёнигса (Savants etrangers, 1894).