先備知識力學能守恆的條件阻尼振盪、受迫振盪與共振

拉格朗日量與作用量的駐定條件

固定起點與終點的位置和時刻,並為每條路徑計算一個稱為「作用量」的數值。

時間幅3π/2 s⁠。どちらの経路の作用が小さいか?

用公式解釋現象

  1. 1建立拉格朗日量L=⁠T − U=⁠½ m x² − U(x)……
  2. 2沿路徑積分L⁠,求得作用量SS=⁠∫t₁t₂ L(x, x) dt……
  3. 3以鉛直上拋的球觀察路徑的偏移方式與作用量的變化x(t)→⁠x(t) + ε η(t)⁠,η(t₁) = η(t₂) = 0……
  4. 4展開L⁠,求出作用量的一階變化δS=⁠ε ∫t₁t₂(∂L/∂x · η+ ∂L∂x · η)dt……
  5. 目的:為了導出對任意η⁠都成立的條件,需要在積分內提出公因子η⁠。含有η⁠的項會妨礙這項整理。
  6. 5對含有η⁠的項作分部積分,並提出公因子ηδS=⁠ε ∫t₁t₂[∂L/∂x− ddt(∂L/∂x)]η dt……
  7. 6求出任意偏移方式皆滿足δS = 0⁠的條件ddt (∂L∂x)=⁠∂L∂x……
  8. 7由駐定條件導出牛頓運動方程式m x=⁠−dUdx……
  9. 8計算彈簧作用量的二階變化S(A) − S₀=⁠(m A² τ4)[(πτ)² − km]……
  10. 9以角度描述單擺的運動L=⁠½ m ℓ² θ² + m g ℓ cosθ→⁠θ = −(gℓ) sinθ……
  11. 進階:應用於其他運動
  12. 10也適用於雙擺L(θ₁, θ₂, θ₁, θ₂)→⁠2 個方程式……
  13. 11改寫為哈密頓量H = p x − L⁠,x = ∂H∂p,p = −∂H∂x……
  14. 12繪製在角度與廣義動量構成的平面上H(θ, p)=⁠固定……