变质量力学系统的Herglotz型Lagrange方程与Noether对称性和守恒量

Herglotz变分原理提供了非保守耗散问题的变分描述，同时变质量力学在自然界和工程领域有大量的应用，因此将Herglotz变分原理应用于变质量力学系统的Lagrange方程与守恒律研究，为研究变质量力学提供了一个新的途径.文中建立了变质量力学系统的Herglotz型广义变分原理，导出了变质量系统的Herglotz型Lagrange方程.定义了变质量力学系统的Herglotz型Noether对称性，建立并证明了Herglotz型Noether定理及其逆定理.文末给出两个变质量非保守系统的具体例子以说明结果的应用.     

事件空间中非完整力学系统的Herglotz-d′Alembert原理与守恒律

研究事件空间中非完整力学系统的Herglotz型守恒律.给出事件空间中Herglotz型广义变分原理,引入非完整约束并采用交换关系的H9lder定义,导出事件空间中非完整力学系统的新型微分变分原理—Herglotz-d′Alembert原理.引进事件空间中的空间生成元和参数生成元,建立Herglotz-d′Alembert原理不变性条件的变换.基于该原理构建了事件空间中非完整非保守力学系统的Herglotz型守恒定理及其逆定理.作为特例,给出了位形空间的Herglotz型守恒量和事件空间中完整力学系统的Herglotz型守恒量.文末还给出了一个算例.     

分数阶奇异系统的Lie对称性与守恒量

对称性与守恒量可以简化动力学问题从而进一步求出力学系统的精确解,这样更加有利于研究动力学行为.分数阶模型相比于整数阶模型,能够描述复杂系统的动力学过程,因此在分数阶模型下研究对称性与守恒量是不可或缺的.首先介绍两个分数阶奇异系统,一个系统包含混合整数和Caputo分数阶导数,另一个系统仅含Caputo分数阶导数.由两个分数阶奇异系统分别给出两个分数阶固有约束,并给出对应的分数阶约束Hamilton方程.然后,基于微分方程在无限小变换下的不变性,给出了分数阶约束Hamilton方程Lie对称性的定义,导出了相应的确定方程,限制方程和附加限制方程.第三,建立并证明了两个分数阶约束Hamilton系统的Lie对称性定理,得到了相应的分数阶约束Hamilton系统的Lie守恒量.在特定条件下,本文所得结果可以退化为整数阶约束Hamilton系统的Lie守恒量.最后通过两个算例来说明此结果的应用.     

非定常完整约束系统的线性映射方法

通过一阶线性映射可以从非定常完整约束系统的位形空间映射出一个时空Π,并诱导出时空Π上的附加几何结构(度规和联络),由此可以写出约束系统在时空Π中的运动方程.当一阶线性映射不可积时,时空Π是一个Riemann Cartan空间;当一阶线性映射可积时,时空Π将退化为一个Riemann空间,且此时由这种线性映射方法得到的时空Π中的运动方程等价于用广义坐标表示的约束系统的Lagrange方程.     

广义坐标的形成史

当力学系统加上约束时,由直角坐标过渡到广义坐标是特别方便的,而且也是十分必要的.引进广义坐标是分析力学的一大特色,而Lagrange方程就建立在广义坐标上的.这个札记提供广义坐标形成的一些史料,并提出一些看法.     

经典非完整Appell Hamel约束的性质

研究了非完整约束Appell-Hamel例.证明了经典Appell-Hamel例对于非完整系统的Hamilton作用量是稳定值.研究了该约束对于非完整力学Rosen-Edelstein模型的解,证明了对于三个非完整力学模型Ap-pell-Hamel例具有相同解.利用非完整力学系统可归结为有条件的完整系统的理论,得出了经典Appell-Hamel例具有第二类Lagrange方程的形式.     

相对论性非完整系统的Lagrange对称性与守恒量

本文研究相对论性非完整系统的Lagrange对称性,给出相对论性非完整系统Lagrange对称性的判据,得到相对论性非完整系统Lagrange对称性导致的守恒量及其存在条件,最后举例说明结果的应用.     

关于变积的研究

研究变分法逆问题中变积概念及其计算方法.由变积直接构造的是与加速度相关的Lagrange函数,再通过规范变换可以得到位形空间中的Lagrange函数.这表明这种构造Lagrange函数的方法与Engels方法一致.     

Lagrange子流形理论在约束力学系统正则变换和勒让德变换中的应用

Lagrange方程与Hamilton方程之间的勒让德变换理论和Hamilton方程的正则变换理论在分析力学中具有重要的地位,从局域坐标的角度很难找到勒让德变换和正则变换之间的相关性. 本文主要基于辛流形的Lagrange子流形理论从全局上给出正则变换理论和勒让德变换理论的统一几何解释,进而在几何力学的角度清晰的描述Hamilton系统的正则变换和Lagrange方程与Hamilton方程之间的勒让德变换的几何结构.     

从第一积分构造Lagrange函数的直接方法

提出力学系统Lagrange函数和第一积分之间存在一种新关联,在此基础上给出变分法逆问题的一种新的直接解法.证明系统Lagrange函数可以由带修正因子的第一积分构成,导出修正因子应满足的偏微分方程,运用此解法构建不同系统的Lagrange函数和函数族,并讨论新解法的特点.     

微扰Kepler系统的守恒量与对称性

用直接积分法和Noether法研究微扰Kepler系统的守恒量,都得到了一个不同于Hamilton函数的守恒量,此守恒量与Runge—Lenz矢量有相同的量纲,可以称其为“类Runge-Lenz矢量守恒量”．文中还讨论了守恒量的Noether对称性、Lie对称性与Mei对称性,结果表明：与守恒量相应的无限小变换同时是Noether对称变换、Lie对称变换和Mei对称变换．     

Chetaev型非完整系统Nielsen方程Lie对称性导致的一种守恒量

研究Chetaev型非完整系统Nielsen方程Lie对称性导致的一种守恒量,给出无限小群变换下Chetaev型非完整系统Nielsen方程Lie对称性的确定方程,得到Chetaev型非完整系统Nielsen方程Lie对称性直接导致的一种守恒量及其存在条件,并举例说明结果应用.     

Birkhoff系统Noether逆定理的解法

研究Birkhoff系统Noether逆定理.提出对Birkhoff系统由已知的守恒量导出Noether对称性的一般解法,指出一般解法中的困难.通过引入守恒量和对称性直接相关的辅助方程,给出逆定理的特殊解法.举例说明了所得结果的应用.     

完整力学系统的三类对称性与三类守恒量

研究完整力学系统的Noether对称性、Lie对称性和形式不变性,以及由它们导致的Noether守恒量、Hojman守恒量和一类新型守恒量。     

事件空间离散完整系统的Noether理论

研究差分离散变分原理和事件空间中离散完整系统的Noether理论. 运用差分离散变分方法,通过群的无限小变换,得到了事件空间中离散完整系统的差分离散变分原理,并建立了离散的运动方程. 得到了系统的Noether对称性的判据方程和Noether守恒量的形式以及其存在的条件. 举例说明结果的应用.     

高阶非完整系统的共形不变性与Noether守恒量

研究了高阶非完整系统的共形不变性与Noether守恒量,给出了与高阶非完整系统相应的完整系统的共形不变性的定义及其确定方程,通过系统共形不变性与Lie对称性的关系,推导出了系统运动方程具有共形不变性并且是Lie对称性的共形因子,利用限制方程和附加限制方程,给出了高阶非完整系统的弱Lie对称性和强Lie对称性的共形不变性,得到了共形不变性导致的Noether守恒量,举例说明了结果的应用.     

Discrete gradient methods and linear projection methods for preserving a conserved quantity of stochastic differential equations

Numerical methods preserving a conserved quantity for stochastic differential equations are considered. A class of discrete gradient methods based on the skew-gradient form is constructed, and the sufficient condition of convergence order 1 in the mean-square sense is given. Then a class of linear projection methods is constructed. The relationship of the two classes of methods for preserving a conserved quantity is proved, which is, the constructed linear projection methods can be considered as a subset of the constructed discrete gradient methods. Numerical experiments verify our theory and show the efficiency of proposed numerical methods.     

基于积分因子方法研究Chaplygin非完整系统的守恒律

提出并研究了构建Chaplygin非完整系统守恒律的积分因子方法.基于正则形式的Chaplygin方程,定义了积分因子,给出了系统存在守恒量的必要条件,建立了Chaplygin非完整系统的守恒定理及其逆定理.研究表明:对应于必要条件的每一组非奇异函数解,系统存在一个守恒量;反之,对于一个已知守恒量,可找到相应的积分因子,且解是不唯一的.文末以匀质圆球在粗糙水平面上纯滚动为例,讨论了该方法的应用.