Anwendung von Lagrange-Multiplikatoren im Aktionsprinzip

In Goldsteins Classical Mechanics schlägt er die Verwendung von Lagrange-Multiplikatoren vor, um bestimmte Arten von nicht-holonomen und holonomen Beschränkungen in unser Handeln einzuführen. Die Methode, die er vorschlägt, besteht darin, eine modifizierte Lagrange-Funktion zu definieren

L ' ( Q ˙ , Q ; T ) = L ( Q ˙ , Q ; T ) + ich = 1 M λ ich F ich ( Q ˙ , Q ; T ) ,
Wo F ich ( Q ˙ , Q ; T ) Sind M Zwangsgleichungen und L der ursprüngliche Lagrange. Anschließend definiert er die Aktion S ' = T 1 T 2 L ' D T und nimmt die Variation von S ' Null sein, womit das Hamilton-Prinzip angewendet wird.

Meine Verwirrung bei diesem Ansatz ergibt sich aus der Art und Weise, wie die Lagrange-Multiplikatoren eingeführt werden. Ich verstehe nicht warum ich = 1 M λ ich F ich ( Q ˙ , Q ; T ) sollte innerhalb des Integrals eingeführt werden.

In der Berechnung mit mehreren Variablen beruht das Lagrange-Multiplikatorsystem auf der Idee, dass, wenn wir eine Funktion, die bestimmten Einschränkungen unterliegt, extremisieren möchten, der Gradient der Funktion proportional zu einer Linearkombination des Gradienten der Einschränkungsgleichungen ist. Hier ist die fragliche Funktion die Aktion , nicht die Lagrange-Funktion. Ich denke also, dass die Auflösung so sein sollte

δ S + δ ich = 1 M λ ich F ich ( Q ˙ , Q ; T ) = 0 ; S = T 1 T 2 L D T
und nicht
δ S ' = 0 ; S = T 1 T 2 L ' D T .

Mir ist nicht klar, ob dies sinnvoll ist oder ob die beiden Methoden gleichwertig sind.

Antworten (1)

  1. Hervorzuheben sind die Einschränkungen

    F ( Q , Q ˙ , T ) ,     { 1 , , M }
    hängt implizit (und möglicherweise explizit) von der Zeit ab T , also haben wir kontinuierlich viele Nebenbedingungen, und zwar für jeden Zeitpunkt T .

    Daher sollten wir kontinuierlich viele Lagrange-Multiplikatoren einführen λ ( T ) .

    Und deshalb sollten wir summieren = 1 M und zeitintegrieren D T der Begriff λ ( T ) F ( Q , Q ˙ , T ) in der erweiterten Aktion. Diese Tatsache scheint die Hauptfrage von OP zu beantworten.

  2. Schließlich sollte betont werden, dass Goldsteins Behandlung von nicht-holonomen Beschränkungen für ein Handlungsprinzip fehlerhaft/inkonsistent ist, vgl. zB this & this Phys.SE Beiträge.

    Eigentlich sollten wir also davon ausgehen, dass die Einschränkungen F ( Q , Q ˙ , T ) hängt nicht von den verallgemeinerten Geschwindigkeiten ab Q ˙ , dh dass sie holonom sind F ( Q , T ) .