亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        Lagrange問題與平均運(yùn)動(dòng)

        2015-12-21 06:05:58謝建華
        大學(xué)數(shù)學(xué) 2015年4期

        謝建華

        (西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院,成都610031)

        Lagrange問題與平均運(yùn)動(dòng)

        謝建華

        (西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院,成都610031)

        [摘要]介紹了天體力學(xué)中的Lagrange問題,并結(jié)合三連桿機(jī)構(gòu)模型,討論了Weyl解決這個(gè)問題的基本思想和關(guān)于平均運(yùn)動(dòng)的主要結(jié)論.

        [關(guān)鍵詞]天體力學(xué); Lagrange問題; 平均運(yùn)動(dòng); 遍歷性; Weyl

        1引言

        圖1 托勒密的本輪系統(tǒng)

        在哥白尼(1473-1543)之前,人們以為地球是世界的中心,其它星體都圍繞著地球旋轉(zhuǎn).托勒密為解釋行星的視運(yùn)動(dòng)問題,提出所謂的本輪系統(tǒng).根據(jù)這個(gè)系統(tǒng),行星沿著一個(gè)小圓作勻速圓周運(yùn)動(dòng),這個(gè)小圓稱為本輪(epicycle),本輪的圓心也沿著一個(gè)大圓的中心作勻速圓周運(yùn)動(dòng),這個(gè)大圓稱為均輪(deferent)(圖1(a)).為描述火星的運(yùn)動(dòng),托勒密加了第二個(gè)本輪,火星在第二本輪上勻速圓周運(yùn)動(dòng),而第二個(gè)本輪的圓心又在第一個(gè)本輪上作勻速圓周運(yùn)動(dòng)(圖1(b)).后來,隨著觀測精度的提高,為了使理論值與火星的觀測數(shù)據(jù)一致,本輪的數(shù)目也一再增加,到了十八世紀(jì),本輪的數(shù)目竟達(dá)到了22個(gè)[1].

        今天,托勒密本輪系統(tǒng)已成為了歷史,但是,與 其相關(guān)聯(lián)的所謂Lagrange問題卻在數(shù)學(xué)和力學(xué)發(fā)展史上占據(jù)了重要的地位.特別是Weyl[2,3]將遍歷理論、概率論和復(fù)變函數(shù)方法巧妙地結(jié)合,解決了Lagrange問題,得到了平均運(yùn)動(dòng)的一般性結(jié)論,成為了數(shù)學(xué)和力學(xué)完美結(jié)合一個(gè)范例,值得玩味和欣賞.可惜的是Weyl的工作所牽涉的數(shù)學(xué)概念和工具較多,而且原始文獻(xiàn)年代久遠(yuǎn),不易獲得,這給一般的讀者帶了很多的不便.本文結(jié)合理論力學(xué)中的三連桿機(jī)構(gòu)模型,介紹了Weyl解決Lagrange問題的主要技巧和關(guān)于平均運(yùn)動(dòng)的主要結(jié)論.

        2Lagrange問題

        圖2 Lagrange問題的簡化模型

        假設(shè)頻率ω1,ω2,ω3是非共振的[4,5],即若整數(shù)k1,k2,k3,使

        k1ω1+k2ω2+k2ω3=0,

        則k1=k2=k3=0.

        設(shè)

        φ1=ω1t+α1,φ2=ω2t+α2,φ3=ω3t+α3,

        θ1=φ1/2π,θ2=φ2/2π,θ3=φ3/2π,θ=φ/2π.

        將z表示成

        (1)

        另一方面z=re2πiθ,對其關(guān)于t求導(dǎo),得

        (2)

        用1/(2πiz)乘(2)式兩邊,利用

        可得

        (3)

        將(1)代入(3),得

        (4)

        其中λi=ωi/2π(i=1,2,3).由(4)

        (5)

        由于(θ1,θ2,θ3)∈T3(三維環(huán)面),而且(5)中的被積函數(shù)Re(aie2πiθi/z)在T3上是Riemann可積的,根據(jù)平均值相等定理(Kronecker-Weyl定理)[5,6]

        (6)

        令θ=θ3,(6)可寫成

        (7)

        圖3 復(fù)平面上的積分環(huán)路

        考慮積分(7),對取定的θ1和θ2,如果

        |a1e2πiθ1+a2e2πiθ2|

        (8)

        (7)最里層是沿以A2為中心、半徑為a3圓C上的積分,且z=0在此圓的內(nèi)部(圖3(a)),故

        (9)

        如果|a1e2πiθ1+a2e2πiθ2|>a3,則z=0在圓C的外部(圖3(b)),積分(9)為0.

        如果取定θ2和θ3,而讓θ=θ1變化,或取定θ1和θ3,而讓θ=θ2變化,關(guān)于W1和W2的積分也有相同的結(jié)果(圖3(c),(d)).

        如果用P(|a1e2πiθ1+a2e2πiθ2|

        W3=P(|a1e2πiθ1+a2e2πiθ2|

        (10)

        同理

        W1=P(|a2e2πiθ2+a3e2πiθ3|

        (11)

        于是,由(5),得

        (12)

        (13)

        如果ω1=ω2=ω3=ω0,顯然ω=ω0,由(13)可得

        W1+W2+W3=1.

        (14)

        例假設(shè)a1>a2+a3,那么對任何(θ1,θ2,θ3)∈T3,有

        |a2e2πiθ2+a3e2πiθ3|

        于是W1=1,從而W2=W3=0,由(13),ω=ω1.

        上例中的特殊情況稱為Lagrange情形,對三桿能構(gòu)成一個(gè)三角形的非Lagrange情形,Bohr給出一般的解答:πWi是三角形邊ai對應(yīng)角的角度[2,5].

        3結(jié)論語

        Lagrange問題起源于關(guān)于太陽系的穩(wěn)定性研究:由于太陽系中各行星的軌道幾乎在同一個(gè)平面內(nèi),并近似為圓形軌道,Lagrange考慮了連接太陽和行星的向量(Laplace向量),在攝動(dòng)一次近似理論之下,Laplace向量受行星相互引力作用的影響,其運(yùn)動(dòng)如同勻速旋轉(zhuǎn)的向量.Lagrange計(jì)算了太陽系中各行星的頻率ωk和振幅ak,除地球和金星以外(非Lagrange情形),計(jì)算出了其余各行星近日點(diǎn)的平均運(yùn)動(dòng)[5].研究表明行星軌道的離心率在原點(diǎn)附近作很小的周期性振蕩,因此太陽系是穩(wěn)定的;地球軌道離心率的振蕩周期性是與地球上冰期的變化規(guī)律密切相關(guān)的[5];另外,關(guān)于Lagrange問題和平均運(yùn)動(dòng)的研究也促進(jìn)了擬周期函數(shù)和遍歷理論的發(fā)展[6];在對Lagrange問題研究中還發(fā)現(xiàn)了一些十分有趣的流形的拓?fù)鋵W(xué)問題[2],因此Lagrange問題研究的理論和應(yīng)用意義都是很大的.

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]劉步林.數(shù)學(xué)在天文學(xué)中的運(yùn)用[M].北京:科學(xué)出版社,1979.

        [2]Weyl H. Mean motion[J]. Amer. J. of Math., 1938,60:889-896.

        [3]Weyl H. Mean motion(II)[J]. Amer. J. of Math., 1939,61:143-148.

        [4]Sternberg S . Celestial Mechanics[M]. New York:W.A.Benjamin,Inc.,1969.

        [5]阿諾爾德B N.常微分方程續(xù)論—常微分方程的幾何理論[M]. 齊民友譯.北京:科學(xué)出版社,1989.

        [6]Arnold V I, Avez A. Ergodic Problems of Classical Mechanics[M]. New York:W.A.Benjamin,Inc.,1968.

        Lagrangian Problem and Mean Motion

        XIEJian-hua

        (School of Mechanics and Engineering, Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

        Abstract:This paper has introduced the Lagrangian problem in celestial mechanics , and by using the three bar’s model , we discussed Weyl’s idea to solve this problem and his key results for mean motion.

        Key words:celestial mechanics; Lagrangian problem; mean motion; ergodicity; Weyl

        [中圖分類號(hào)]O312.2

        [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

        [文章編號(hào)]1672-1454(2015)04-0123-04

        一本一道AⅤ无码中文字幕| 日日日日做夜夜夜夜做无码| 一级老熟女免费黄色片| 全部免费国产潢色一级| 极品人妻少妇一区二区| 精品极品一区二区三区| 亚洲av首页在线| 色偷偷av亚洲男人的天堂| 亚洲 暴爽 AV人人爽日日碰| 国产精品老女人亚洲av无| 图片小说视频一区二区| 午夜精品久久久久久| 无码字幕av一区二区三区 | 日韩亚洲在线一区二区| 日韩精品无码一区二区三区| 国产在线一区二区三区av| 亚洲VA不卡一区| 亚洲一区二区av免费观看| 国产大学生自拍三级视频| 美女一级毛片免费观看97| 免费人成视频网站在线观看不卡 | 国产成人高清视频在线观看免费| 中文有码亚洲制服av片| 又粗又硬又黄又爽的免费视频| 乱人伦视频69| 天堂一区人妻无码| 精品十八禁免费观看| 91久久精品一区二区喷水喷白浆| 亚洲麻豆视频免费观看| 欧美成妇人吹潮在线播放| 在线观看国产高清免费不卡黄| 亚洲蜜桃视频在线观看| 国产精品无码翘臀在线观看| 久久精品人人爽人人爽| 99热这里只有精品久久6| 日产一区日产2区日产| 少妇粉嫩小泬喷水视频www| 成人免费va视频| 精品久久人妻一区二区| 少妇被爽到高潮喷水久久欧美精品| 国产性自爱拍偷在在线播放|