User Tools

Site Tools


keynote:lesson11

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

Link to this comparison view

Both sides previous revision Previous revision
Next revision
Previous revision
Next revision Both sides next revision
keynote:lesson11 [2010/06/10 15:11]
10921062
keynote:lesson11 [2010/06/26 09:27]
10921048
Line 78: Line 78:
 故有,$\left\{ {\begin{array}\ {x=c_1sint,​} ​ \\ {y=-c_1cost+c_2} ​ \\  \end{array} } \right.$\\ 故有,$\left\{ {\begin{array}\ {x=c_1sint,​} ​ \\ {y=-c_1cost+c_2} ​ \\  \end{array} } \right.$\\
 消去参数t,得,$x^2+(y-c_2)^2=c_1^2$.\\ 消去参数t,得,$x^2+(y-c_2)^2=c_1^2$.\\
-这表示圆心在纵轴上的一簇圆,其中,$c_1$,​$c_2$由边界条件确定。 +这表示圆心在纵轴上的一簇圆,其中,$c_1$,​$c_2$由边界条件确定。 ​\\  
-<note important>​edited by 杨冰(0921060)2010/​05/​22 </​note>​+<note important>​edited by 杨冰(0921060)2010/​05/​22 </​note> ​ \\
  
 ∗**例7.** 求最速降线问题的解,即求 \\ $T=\int_{0}^{a} {\frac{\sqrt {1+y'​^2}}{\sqrt{2gy}}}dx$,​$y(0)=0$,​$y(a)=b$,​的极值曲线。\\ ∗**例7.** 求最速降线问题的解,即求 \\ $T=\int_{0}^{a} {\frac{\sqrt {1+y'​^2}}{\sqrt{2gy}}}dx$,​$y(0)=0$,​$y(a)=b$,​的极值曲线。\\
Line 89: Line 89:
 $dx=\frac{dy}{y'​}=\frac{\frac{c_1}{2}sint}{cot\frac{t}{2}}=\frac{c_1}{2}(1-cost)dt.$\\ $dx=\frac{dy}{y'​}=\frac{\frac{c_1}{2}sint}{cot\frac{t}{2}}=\frac{c_1}{2}(1-cost)dt.$\\
 故\\ 故\\
-$ \left\{ {\begin{array} \{x=\frac{c_1}{2}(t-sint)+c_2,​} \\ {y=\frac{c_1}{2}(1-\frac{c_1}{2}(1-cost}. \\  \end{array} } \right.$ \\ +$\left\{ {\begin{array}\ {x=\frac{c_1}{2}(t-sint)+c_2,​} ​ \\ {y= \frac{c_1}{2}\frac{c_1}{2}(1-cost)}.    \\  \end{array} } \right.$\\ 
-由t=0时,x=0,​得c_2=0,​而c_1由y(a)=b定出。于是,最速降线问题的解为\\ +由t=0时,x=0,​得$c_2=0$,而$c_1$由y(a)=b定出。于是,最速降线问题的解为\\ 
-$\left\{ {\begin{array} \{x=\frac{c_1}{2}(t-sint),​} \\ {y=\frac{c_1}{2}(1-\frac{c_1}{2}(1-cost}.\end{array} } \right.$ \\ +$\left\{ {\begin{array}\ {x=\frac{c_1}{2}(t-sint),​} ​ \\ {y= \frac{c_1}{2}\frac{c_1}{2}(1-cost)}.    ​\\  ​\end{array} } \right.$\\ 
-摆线。这是一条过A,B两点的摆线。+摆线。这是一条过A,B两点的摆线。\\
  
-<note important>​edited by 谭(0921062)2010/​06/​10</​note>​+∗**例8.** 求最旋转面面积问题的解,即求泛函 \\ 
 +$S[y]=2π\int_{x_0}^{x_1}{y\sqrt{1+y'​^2}}dx$,​$y(x_0)=y_0$,​$y(x_1)=y_1$ \\ 的极值曲线。 \\ 
 +解:Euler方程具有初积分$y'​F_{y'​}=c$,即 \\ 
 +$2πy \frac{y'​^2}{\sqrt{1+y'​^2}}-2πy\sqrt{1+y'​^2}=c$ \\ 
 +化简得,$y=c\sqrt{1+y'​^2}.$ \\ 
 +令$y'​=sinht$,代入上式得 \\ 
 +$y=c_1cosht,​$ \\ 
 +$dx=\frac{dy}{y'​}=\frac{c_1sinht}{sinht}dt=c_1dt.$ \\ 
 +于是,所求曲面是由平面曲线 \\ 
 +$\left\{ {\begin{array}\ {x={c_1}t-c_2,​} ​ \\ {y= c_1cosht}. ​   \\  \end{array} } \right.$\\ 
 +绕OX轴旋转而成的,消去参数t,得 \\ 
 +$y=c_1cosh\frac{x-c_2}{c_1},​$ \\ 
 +其中,$c_1$,​$c_2$由$y(x_0)=y_0$,​$y(x_1)=y_1$确定,因此,最小曲面是悬链面。 \\  ​
  
 +====**2.2. 含有多个未知函数的变分问题**==== \\
 +★含两个未知函数的泛函极值的必要条件 ​ \\
 +    ☆问题: \\
 +    $J[y(x),​z(x)]=\int_{x_0}^{x_1}{F(x,​y,​z,​y',​z'​)}dx,​$ ​             (11) \\ 
 +    其中,F关于所含变量具有二阶连续领导,容许曲线$y(x)$,​$z(x)$∈$C^2[x_0,​x_1]$,​且满足边界条件: \\
 +    $\left\{ {\begin{array}\ {y(x_0)=y_0,​ y(x_1)=y_1,​} ​ \\ {z(x_0)=z_0,​ z(x_1)=z_1}. ​   \\  \end{array} } \right.$ \\
 +    ☆极值的必要条件:使泛函$J[y(x),​z(x)]=\int_{x_0}^{x_1}{F(x,​y,​z,​y',​z'​)}dx$达到极值的必要条件是,y(x),​z(x)满足Eular方程组,即: \\
 +     ​$\left\{ {\begin{array}\ {F_y-\frac{d}{dx}F_{y'​}=0,​} ​ \\ {F_z-\frac{d}{dx}F_{z'​}=0}. ​       \\  \end{array} } \right.$ ​      ​(12)\\
 +     
 +     ​☆例1.求泛函$J[y,​z]=\int_{0}^{\frac{π}{2}{(y'​^2+z'​^2+2yz)}}dx$满足边界条件: \\
 +     ​$\left\{ {\begin{array}\ {y(x_0)=0, y(\frac{π}{2})=1,​} ​ \\ {z(x_0)=0, z(\frac{π}{2})=-1}. ​   \\  \end{array} } \right.$ \\
 +     ​的极值曲线。 \\
 +     ​解:$F=y'​^2+z'​^2+2yz$,​故Eular方程组为:\\
 +         ​$\left\{ {\begin{array}\ {2z-\frac{d}{dx}(2y'​)=0,​} ​ \\ {2y-\frac{d}{dx}(2z'​)=0}. ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +         ​得: \\
 +         ​$\left\{ {\begin{array}\ {z-y^{(2)}=0,​} ​ \\ {y-z^{(2)}=0}. ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +     ​由此方程组消去z,​得$y^{(4)}-y=0$,其通解为:\\
 +         ​$\left\{ {\begin{array}\ {y=c_1e^x+c_2e^{-x}+c_3cosx+c_4sinx,​} ​ \\ {z=y''​=c_1e^x+c_2e^{-x}-c_3cosx-c_4sinx}. ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +     ​由边界条件可确定$c_1=c_2=c_3=0$,​$c_4=1$,​故,所求极值曲线为: \\
 +     ​$\left\{ {\begin{array}\ {y=sinx,​} ​ \\ {z=-sinx}. ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +
 +            <​note>​ edited by 谭小球(0921062)2010/​06/​10</​note>​
 + ​★例2 求泛函$J[y(x),​z(x)]=\int_{x_0}^{x_1}{F(y',​z'​)}dx,​$ 的极值曲线,其中假设 F_{y'​y'​}-F^2_{y'​z'​} ≠0 \\
 +解:因为F_y=F_z=0,​故Euler方程组为 \\
 +$\left\{ {\begin{array}\ {\frac{d}{dx}(F_{y'​})=0,​} ​ \\ {\frac{d}{dx}(F_{z'​})=0}. ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +得:\\
 +$\left\{ {\begin{array}\ {F_{y'​y'​}y"​+F_{y'​z'​}z"​=0,​} ​ \\ {F_{y'​z'​}y"​+F_{z'​z'​}z"​=0}. ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +根据假设条件,该方程只有零解y"​=0,​z"​=0,​即 \\
 +$\left\{ {\begin{array}\ {y=c_1x+c_2,​} ​ \\ {z=c_3x+c_4}. ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +是所求的极值曲线。\\
 +·含n(n>​2)个未知函数的泛函极值的必要条件\\
 +泛函$J=\int_{x_0}^{x_1}{F(x,​y_1,​y_2,​…,​y_n,​y'​_1,​y'​_2,​…y'​_n)}dx,​$在满足边界条件 \\
 +$\left\{ {\begin{array}\ {y_i(x_0)=y_{i0},​} ​ \\ {y_i(x_1)=y_{i1}},​i=1,​2,​…n, ​       \\  \end{array} } \right.$\\
 +下,取得极值的必要条件是y_1(x),​y_2(x),​…,​y_n(x),​满足Euler方程组\\
 +F_{yi}-\frac{d}{dx}(F_{y'​i})=0,​i=1,​2,​…n. \\
 +上述方程组通解中的常数,可以由所给的边界条件确定。\\
 +  <​note>​ edited by 杨立春(10921048)2010/​06/​26</​note>​
keynote/lesson11.txt · Last modified: 2023/08/19 21:02 (external edit)