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哈密頓正則方程
鎖定
- 中文名
- 哈密頓正則方程
- 外文名
- canonical equations
- 別 名
- 正則方程
- 別 名
- 哈密頓方程
- 提出者
- W.R.哈密頓
- 提出時間
- 1834年
- 複 習
- 動量pi和座標qi及時間t的函數
哈密頓正則方程哈密頓方程的推導
而相應的廣義速度為
通過延伸記號的意義,我們將拉格朗日函數寫作
對於每個廣義速度,有一個對應的共軛動量,定義為:
在依賴於座標的表述中不太明顯的一點是:不同的廣義座標實際上無非就是同一辛流形的不同座標表示。
若定義廣義座標的變換方程和t無關,可以證明H等於總能量E=T+V.
把前面共軛動量的定義代入這個方程併合並係數,我們得到哈密頓力學的運動方程,稱為哈密頓方程:
哈密頓方程是一階微分方程,因而比拉格朗日方程容易解,因為那個是二階的。但是,導出運動方程的步驟比拉格朗日力學更繁瑣 - 從廣義座標和拉格朗日量開始,必須先計算哈密爾頓量,用共軛動量來表達每個廣義座標,然後將共軛動量代入哈密頓量。總之,用哈密頓力學來解決問題不比用拉格朗日力學簡單多少。最終,這會得到和拉格朗日力學和牛頓運動定律同樣的解。
哈密頓方法的主要優點在於它提供了經典力學理論的更深刻結果的基礎。
哈密頓正則方程哈密頓系統的幾何
哈密頓系統可以理解為時間R上的一個纖維叢E,其纖維Et,t∈R是位置空間。拉格朗日量則是E上的jet叢(射流叢)J上的函數;取拉格朗日量的纖維內的勒讓德變換就產生了一個時間上的對偶叢的函數,其在t的纖維是餘切空間TEt,它有一個自然的辛形式,而這個函數就是哈密頓量
[1]
。
哈密頓正則方程數學表述
該辛矢量場,稱為哈密頓矢量場,導出一個流形上的哈密頓流。該矢量場的一個積分曲線是一個流形的變換的單參數族;該曲線的參數通常稱為時間。該時間的演變由辛同胚給出。根據劉維爾定理每個辛同胚保持相空間的體積形式不變。由哈密頓流到處的辛同胚的族通常稱為哈密頓系統的哈密頓力學。
特別的有,給定一個函數f
若我們有一個概率分佈, ρ,則(因為相空間速度(
)有0散度,而概率是不變的)其傳達導數(convective derivative)可以證明為0,所以
哈密頓正則方程黎曼流形
哈密頓量的重要特例是二次型,也就是,可以如下表達的哈密頓量
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