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正則變換生成函數

鎖定
哈密頓力學裏,當計算正則變換時,生成函數扮演的角色,好似在兩組正則座標之間的一座橋。為了要保證正則變換的正確性 ,採取一種間接的方法,稱為生成函數方法
中文名
正則變換生成函數
外文名
Regular transformation generated function
學    科
哈密頓力學
領    域
力學
相關術語
正則變換
類    別
4類

正則變換生成函數簡介

哈密頓力學裏,當計算正則變換時,生成函數扮演的角色,好似在兩組正則座標之間的一座橋。為了要保證正則變換的正確性 ,採取一種間接的方法,稱為生成函數方法。這兩組變數必須符合方程 [1] 
;(1)
其中,
是舊廣義座標
是舊廣義動量
是新廣義座標,
是新廣義動量,
分別為舊哈密頓量與新哈密頓量。 [2] 
生成函數 G 的參數,除了時間以外,一半是舊的正則座標;另一半是新的正則座標。視選擇出來不同的變數而定,一共有四種基本的生成函數。每一種基本生成函數設定一種不同的變換,從舊的一組正則座標變換為新的一組正則座標。這變換
保證是正則變換。

正則變換生成函數生成函數列表

生成函數
導數

正則變換生成函數生成函數

正則變換生成函數第一型生成函數

第一型生成函數G1只跟舊廣義座標、新廣義座標有關,
代入方程 (1) 。展開生成函數對於時間的全導數
新廣義座標Q和舊廣義座標q都是自變量,其對於時間的全導數
互相無關,所以,以下 2N+1 個方程都必須成立:
,(2)
,(3)
。(4)
這 2N+1個方程設定了變換
,步驟如下:
第一組的N個方程 (2) ,設定了P的N個函數方程
在理想情況下,這些方程可以逆算出Q的N個函數方程
。(5)
第二組的N個方程 (3) ,設定了P的N個函數方程
代入函數方程 (5) ,可以算出P的N個函數方程
。(6)
從2N個函數方程 (5) 、(6) ,可以逆算出2N個函數方程
代入新哈密頓量K的方程 (4) ,可以得到

正則變換生成函數第二型生成函數

第二型生成函數G2只跟舊廣義座標q、新廣義動量P有關 :
代入方程 (1) 。展開生成函數隨時間的全導數:
由於舊廣義座標q 與新廣義動量P必須彼此無關,以下 2N+1方程必須成立:
,(7)
,(8)
。(9)
這 2N+1個方程設定了變換
。步驟如下:
第一組的N個方程 (7) ,設定了p的函數方程
在理想情況下,這些方程可以逆算出P的函數方程
。(10)
第二組的N個方程 (8) ,設定了的函數方程
代入函數方程 (10) ,可以算出Q函數方程
。(11)
由函數方程 (10) 、(11) ,可以算出函數方程
代入新哈密頓量的方程 (9) ,則可得到

正則變換生成函數第三型生成函數

第三型生成函數只跟舊廣義動量p、新廣義座標Q有關:
以下2N+1方程設定了變換

正則變換生成函數第四型生成函數

第四型生成函數
只跟舊廣義動量p、新廣義動量P有關:
以下 2N+1方程設定了變換

正則變換生成函數示例

正則變換生成函數實例 1

第一型生成函數有一個特別簡易案例:
方程 (2) ,(3) ,(4) 的答案分別為

正則變換生成函數實例 2

再舉一個涉及第二型生成函數,比較複雜的例子。讓
這裏,g是一組N 個函數。答案是一個廣義座標的點變換,
參考資料
  • 1.    Goldstein, Herbert. Classical Mechanics. Addison Wesley. 2002.
  • 2.    秦孟兆. 辛幾何及計算哈密頓力學[J]. 力學與實踐, 1990, 12(6): 1-20.