数学纪闻录

黑天蛮王

首页 >> 数学纪闻录 >> 数学纪闻录最新章节(目录)
大家在看穿越时空的宠爱穿越成姐姐,妹妹你要干嘛?联姻后我靠便宜夫君飞升了本以为在努力生存结果穿越之绿茶农妇要逆袭穿越到坎公成为勇士八零暴富虐渣渣,二嫁高冷厂长国运之战:我的中式恐怖吓哭全球霍总高调官宣,哥哥们肠子都悔青了穿越火影陪四代目长大
数学纪闻录 黑天蛮王 - 数学纪闻录全文阅读 - 数学纪闻录txt下载 - 数学纪闻录最新章节 - 好看的其他类型小说

第90章 变分法问题深入剖析

上一章目录下一章阅读记录

由此,我们可推导出如下结论:

1. 若构造二阶常微分方程(1)的任意一个单参数积分曲线族,再建立一个同样以这些积分曲线为解的一阶常微分方程:

(略)

则函数(原文未明确函数符号,此处按上下文保留“函数”表述)必然是一阶偏微分方程(1*)的一个解;

2. 反之,若(略)表示一阶偏微分方程(1*)的任意一个解,则一阶常微分方程(2)的所有非奇异积分,同时也是二阶常微分方程(1)的积分。

简而言之,若(略)是二阶微分方程(1)的一个一阶积分,则(略)是偏微分方程(1*)的一个解;反之亦然[第39页]。因此,二阶常微分方程的积分曲线,同时也是一阶偏微分方程(1*)的特征线。

在当前情形下,我们可通过简单计算得到相同结论:计算后,我们所讨论的微分方程(1)与(1*)可表示为如下形式(略),其中下标表示对(略)的偏导数。由此,上述关系的正确性便显而易见。

前文推导且刚刚证明的“二阶常微分方程(1)与一阶偏微分方程(1*)之间的密切联系”,在我看来,对变分法具有根本性意义。因为,由“积分(略)与积分路径无关”这一事实可推出:

(略)

若将等式左侧积分视为沿任意路径(略)的积分,右侧积分视为沿微分方程(略)的积分曲线(略)的积分。

借助方程(3),我们可得到魏尔斯特拉斯公式:

(略)

其中(略)表示魏尔斯特拉斯表达式,该表达式依赖于(略)。

因此,由于求解过程仅需找到一个“在我们所研究的积分曲线(略)的某邻域内单值且连续”的积分(略),上述推导无需引入二阶变分,仅通过对微分方程(1)应用极线法[第40页],就能直接得到雅可比条件的表达式,并回答“雅可比条件与魏尔斯特拉斯条件(略)相结合,在多大程度上是取得最小值的必要且充分条件”这一问题。

上述推导无需额外计算,即可推广到“存在两个或更多待求函数”的情形,也可推广到“积分是二重积分或多重积分”的情形。例如,考虑在给定区域(略)上的二重积分:

(略)

在通常意义下,其一阶变分(略)等于零,可得到关于两个变量(原文未明确变量符号,此处按上下文保留“两个变量”表述)与(略)的待求函数(略)所满足的着名二阶微分方程:

(略)

另一方面,我们考虑积分(原文未明确积分符号,此处按上下文保留“积分”表述,标注为积分J):

(略)

并探究:应如何将(略)与(略)确定为关于(略)、(略)与(略)的函数,才能使积分J的值与“通过给定闭扭曲线的曲面选择”无关——即与关于变量(略)和(略)的函数(略)的选择无关。

积分J具有如下形式[第41页]:

(略)

而在“问题新表述”所要求的意义下,一阶变分(略)等于零,可得到方程:

(略)

即关于三个变量(略)、(略)与(略)的函数(略)和(略),需满足一阶微分方程:

(略)

若在该微分方程之外,再补充由方程(略)推导得到的偏微分方程(略):

(略)

则“关于两个变量(略)与(略)的函数(略)所满足的偏微分方程(I)”,与“关于三个变量(略)、(略)与(略)的两个函数(略述)和(留白)所满足的两个一阶偏微分方程构成的方程组(标注为方程组(I*))”,它们之间的关系,与“单积分情形下微分方程(1)与(1*)之间的关系”完全类似。

由“积分J与积分曲面(原文未明确曲面符号,此处按上下文保留“积分曲面”表述)的选择无关”这一事实可推出:

(原文未写出推导式,此处按上下文保留空白)

若将等式右侧积分视为沿偏微分方程(原文未明确方程符号,此处按上下文保留“偏微分方程”表述)的积分曲面(原文未明确曲面符号,此处按上下文保留“积分曲面”表述)的积分[第42页];借助该公式,我们可立即得到公式(略):

(略)

该公式在“二重积分变分”中的作用,与前文给出的公式(4)在“单积分”中的作用相同。借助该公式,我们现在可回答“雅可比条件与魏尔斯特拉斯条件(原文未明确条件符号,此处按上下文保留“魏尔斯特拉斯条件”表述)相结合,在多大程度上是取得最小值的必要且充分条件”这一问题。

上述推导与A.克内泽尔(A. Kneser)[53]从其他视角出发对魏尔斯特拉斯理论的修正表述密切相关。魏尔斯特拉斯在推导极值的充分条件时,采用了“通过固定点的方程(1)的积分曲线”;而克内泽尔则反过来,利用任意一个“由这类积分曲线构成的单参数族”,并为每个这样的曲线族构造了“某偏微分方程的一个特征解”——该偏微分方程可视为雅可比-哈密顿方程的推广。

前文提及的这些问题仅是众多数学问题的范例,但足以表明当今数学科学的内容何其丰富、多样且广博。由此引发我们思考:数学是否会重蹈其他学科的覆辙——分裂成一个个独立分支,各分支研究者彼此难以理解,分支间的联系也愈发松散?我既不相信会出现这种情况,也不希望如此。在我看来,数学科学是一个不可分割的整体,如同一个有机体,其生命力依赖于各部分之间的紧密联系。

尽管数学知识纷繁多样,但我们仍能清晰地察觉到其中逻辑方法的相似性、数学整体思想的关联性,以及不同分支间大量的类比关系。我们还会发现,一门数学理论的发展越深入,其结构就越和谐统一,而此前相互独立的数学分支之间,也会逐渐显现出意想不到的关联。因此,随着数学的不断拓展,其有机整体性不仅不会消失,反而会愈发清晰地展现出来[第43页]。

但有人会问:随着数学知识的不断扩展,单个研究者最终是否必然无法掌握这门学科的所有分支?对此,我想指出一点:数学科学有一个根深蒂固的特点——每一次真正的进步,都会伴随着更敏锐工具的发明与更简洁方法的提出,而这些工具与方法,又能帮助我们理解过往的理论,并摒弃陈旧复杂的推导过程。因此,研究者只要掌握了这些更敏锐的工具与更简洁的方法,就能比在其他任何学科中更轻松地穿梭于数学的各个分支。

数学的有机统一性植根于其学科本质——因为数学是所有自然现象精确知识的基础。愿新世纪能为数学带来富有天赋的大师,以及众多热忱执着的追随者,让数学得以圆满完成这一崇高使命[第44页]。

喜欢数学纪闻录请大家收藏:(m.aikandushu.com)数学纪闻录爱看读书更新速度全网最快。

上一章目录下一章存书签
站内强推我家医馆通古代,朱标上门求医大秦:我那身娇体弱的贤臣让你当将军赴死,你干上了大帝血脉撒满世界天界遗踪穿成修仙文炮灰美人后卷疯!突然穿越成领导,我的心里有点毛农家团宠六岁半开局成反派?我靠投喂女主成圣!扛上妖孽太子爷小地主家的彪悍姑娘我有一个诡王朝穿书女配只想带着满级农场去修仙天命傀相直播之从香菇开始的科普李云飞的天启神剑骑士旅行者宝鉴情缘为诸天解忧,竟是车祸后的金手指末日救赎之歌
经典收藏班级后排大神的规则怪谈日记毕业了好好爱虐爱娇宠世子别渣了,夫人她嫁你爹了九转归幽约战里的咸鱼修仙诸天修行,从功夫开始丹途逆袭:从杂役到传奇穿越1960四合院钓鱼又打猎述录史上最强当铺禁墟迷城开局大宗门,我却意外成了散修神罚圣域:铁子的武神之路情潮若是翻涌,谁又能够从容鸢尾叹:阁楼上的人皮新娘说你私生子命贱,你带七个老婆造反?林正英僵约:开局成马小玲未婚夫国运强不强,全看宴姐浪不浪!槐树岭
最近更新永历十三年双兔记快穿之路人甲总被疯批大佬占有你惹她干嘛!她当了99世反派欲望西游:我破戒僧,家住女儿国锦鲤奶团被找回,绝嗣皇朝宠疯了金牌刑警穿越成三流捕快【综特摄】时空旅行者佛系向导你X痴缠你的哨兵们王二小修仙记穿越四合院:开局解决易中海四合院,从五七开始日恐:我在日本补魔的哪几年武境十二渡:从江湖到永恒只想苟在后宫的我,躺平当皇后佛不渡憨批快穿:单纯宿主总想攻略腹黑大佬撩完就跑,求逃离病娇师弟教程被退婚废材嫡女转身攻略禁欲魔尊绝区零:假面骑士杜拉特
数学纪闻录 黑天蛮王 - 数学纪闻录txt下载 - 数学纪闻录最新章节 - 数学纪闻录全文阅读 - 好看的其他类型小说