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
keynote:lesson11 [2010/06/10 15:16]
10921062
keynote:lesson11 [2023/08/19 21:02] (current)
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/lesson11.1276154205.txt.gz · Last modified: 2023/08/19 21:01 (external edit)