Existenz und Eindeutigkeit der Newtonschen Gesetze

Ich lese Arnolds Buch über klassische Mechanik. Das ist eine Art dumme Frage, aber ich habe Probleme, seine Erklärung für die Existenz und Einzigartigkeit der Newtonschen Gesetze zu verstehen. Auf Seite 8 er diskutiert Newtons Gesetz X = F ( X , X ' , T ) und wie aus einem grundlegenden Existenz- und Eindeutigkeitssatz folgt, dass eine eindeutige Lösung existiert X für einige Zeit. Aber ich habe einige Probleme, dies zu sehen:

Ich kenne das Theorem, auf das er sich für nicht autonome Systeme bezieht: Wenn J R ist geöffnet u U R N ist geöffnet u v : J × U R N eine (glatte) vektorwertige Funktion ist, dann für alle j 0 R N und klein genug Zeit gibt es eine eindeutige (glatte) Lösung j mit j ( 0 ) = j 0 .

Jetzt dachte ich zuerst, er meinte nur ersetzen j X ' und verwenden Sie den obigen Satz zweimal (lösen Sie zuerst nach X ' dann für X ): Dann hätten Sie ( X ' ) ' = F ( X , X ' , T ) . Das geht aber nicht, weil F ist auch eine Funktion von X . Kann jemand bitte erklären?

Ist das nicht nur eine Anwendung des Satzes von Picard für jeden Zeitpunkt? Es ist eine ODE zweiter Ordnung.
Grundsätzlich. Der Satz von Picard ist derjenige, den ich in der Frage erwähnt habe. Das weiß ich wenn X : R R und Sie haben eine ODE zweiter Ordnung, dann können Sie eine Standard-Trickeinstellung verwenden ( j = X ' , j ' = X ) um es in eine Vektorgleichung umzuwandeln. Das Problem ist X ist vektorwertig, also zum Beispiel die erste Komponente von X , es wäre eine Funktion aller Komponenten von X Und X ' , nicht nur ihre ersten Komponenten funktionieren.
Aber es sind alles Vektoren; äquivalent zu drei Gleichungen, alle gleichzeitig. Vielleicht möchten Sie dies in Mathematik darstellen, da es für die Physik etwas formell ist.

Antworten (1)

Du hast eine Vektorgleichung

X = F ( X , X ' , T )

Lassen Sie uns einen neuen Längenvektor definieren 2 N , X = ( X ' , X ) . Dann wird in Bezug auf diesen neuen Vektor unsere Differentialgleichung

X ' = ( F ( X , T ) , G ( X , T ) )
Wo G ( ( A , B ) , T ) = A projiziert nur auf die erste N Komponenten einer Länge 2 N Vektor. Wenn Sie möchten, können wir eine neue Funktion definieren Q so dass Q ( X , T ) = ( F , G ) . Dann

X ' = Q ( X , T )

Sie haben jetzt eine Gleichung erster Ordnung, die meiner Meinung nach die gewünschte Form hat.

Im Allgemeinen können Sie eine Gleichung höherer Ordnung immer in eine Gleichung erster Ordnung in einem höherdimensionalen Vektorraum umwandeln.