Μηχανική ΙI. Μετασχηματισμοί Legendre. διπλανό σχήμα ότι η αντίστροφη συνάρτηση dg. λέγεται μετασχηματισμός Legendre της f (x)

Σχετικά έγγραφα
Μηχανική ΙI. Μετασχηµατισµοί Legendre. της : (η γραφική της παράσταση δίνεται στο ακόλουθο σχήµα). Εάν

ΣΗΜΕΙΑ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΓΡΑΜΜΙΚΟΠΟΙΗΣΗ. ΈΈστω ένα φυσικό σύστημα που περιγράφεται σε γενικευμένες συντεταγμένες από την Λαγκρανζιανή συνάρτηση

Απαντήσεις Διαγωνισµού Μηχανικής ΙΙ Ιουνίου Ερώτηµα 2

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Φεβρουάριος Απαντήστε και στα 4 θέματα με σαφήνεια και συντομία. Καλή σας επιτυχία.

Μηχανική ΙI Ροή στο χώρο των φάσεων, θεώρηµα Liouville

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ Σεπτέµβριος 2001 ΘΕΜΑ 1 Ένα φυσικό σύστηµα, ενός βαθµού ελευθερίας, περιγράφεται από την ακόλουθη συνάρτηση

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Ιούνιος 2004

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Σεπτέμβριος 2004

1. Η γραφική παράσταση της συνάρτησης y = 2x + β διέρχεται από το σημείο Α( 1, 2). Να βρείτε τον αριθμό β.

Ένα εκκρεμές σε επιταχυνόμενο αμαξίδιο

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Άλγεβρα Α Λυκείου Κεφάλαιο 2ο. οι πράξεις και οι ιδιότητές τους

Μηχανική ΙI. Λογισµός των µεταβολών. Τµήµα Π. Ιωάννου & Θ. Αποστολάτου 2/2000

Αγγύλες Poisson. Ας θεωρήσουμε κάποια συνάρτηση των κανονικών μεταβλητών. Οι

4. 1 Η ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ Y=AX 2 ME A 0

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΕΥΘΕΙΑ Οι συντεταγμένες ενός σημείου Απόλυτη τιμή...14

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 16/2/2012 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ A ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Ι

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική II 20 Σεπτεμβρίου 2010

ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 1. Σταύρος Παπαϊωάννου

Δίνεται το σύστημα μιας εισόδου και μιας εξόδου, το οποίο περιγράφεται από τις κάτωθι εξισώσεις:,, πίνακας,

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Πτυχιακή εξέταση στη Μηχανική ΙI 20 Σεπτεμβρίου 2007

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

Μιγαδικοί Αριθμοί. Μαθηματικά Γ! Λυκείου Θετική και Τεχνολογική Κατεύθυνση. Υποδειγματικά λυμένες ασκήσεις Ασκήσεις προς λύση

Παράδειγμα 1. Δίνεται ο κάτωθι κλειστός βρόχος αρνητικής ανάδρασης με. Σχήμα 1. στο οποίο εφαρμόζουμε αρνητική ανάδραση κέρδους

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική ΙI 11 Ιουνίου 2012

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ I 22 Διάρκεια εξέτασης: 2 ώρες και 15' 1 (4 μονάδες)

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

ΚΑΤΑΣΤΡΩΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 55

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

F x h F x f x h f x g x h g x h h h. lim lim lim f x

ΜΟΝΟΤΟΝΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

2.8. Ασκήσεις σχολικού βιβλίου σελίδας A Οµάδας. 1.i)

Μηχανική ΙI Ταλαντωτής µε µεταβλητή συχνότητα

1. Η διαδικασία, με την οποία κάθε στοιχείο ενός συνόλου Α αντιστοιχίζεται σ ένα ακριβώς στοιχείο ενός άλλου συνόλου Β είναι συνάρτηση.

Λύσεις Εξετάσεων Φεβρουαρίου Ακ. Έτους

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 1: Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΣΥΜΜΕΤΡΙΕΣ

Γ. Ν. Π Α Π Α Δ Α Κ Η Σ Μ Α Θ Η Μ Α Τ Ι Κ Ο Σ ( M S C ) ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ: Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΑΘΗΤΩΝ. α) Το ορισμένο ολοκλήρωμα μιας συνεχούς συνάρτησης f σε ένα διάστημα [a, b] είναι όριο?

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ

III.10 ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΤΕΣ LAGRANGE

και να σχολιαστεί το αποτέλεσμα. ΤΕΛΟΣ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 2. Σταύρος Παπαϊωάννου

III.10 ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΤΕΣ LAGRANGE

Επίλυση Συστήματος Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων

ΕΝΟΤΗΤΑ 1: ΟΡΙΣΜΟΣ ΠΕΔΙΟ ΟΡΙΣΜΟΥ ΠΡΑΞΕΙΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΕΙΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Α

Για τη συνέχεια σήμερα...

Για να εκφράσουμε τη διαδικασία αυτή, γράφουμε: :

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. ΜΕΡΟΣ 1ο ΑΛΓΕΒΡΑ

με Τέλος πάντων, έστω ότι ξεκινάει ένα άλλο υποθετικό σενάριο που απλά δεν διευκρινίζεται. Για το i) θα έχουμε , 2

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β. 2x 1. είναι Τότε έχουμε: » τον χρησιμοποιούμε κυρίως σε θεωρητικές ασκήσεις.

Παραδείγματα Ιδιοτιμές Ιδιοδιανύσματα

E = 1 2 k. V (x) = Kx e αx, dv dx = K (1 αx) e αx, dv dx = 0 (1 αx) = 0 x = 1 α,

Η Θεωρία στα Μαθηματικά κατεύθυνσης της Γ Λυκείου

3. α) Να λύσετε την εξίσωση x 2 = 3. β) Να σχηματίσετε εξίσωση δευτέρου βαθμού με ρίζες, τις ρίζες της εξίσωσης του α) ερωτήματος.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΤΟ ΔΙΩΝΥΜΙΚΟ ΘΕΩΡΗΜΑ

ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ. f3 x = και

Μηχανική ΙI. Λαγκρανζιανή συνάρτηση. Τµήµα Π. Ιωάννου & Θ. Αποστολάτου 3/2001

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ , Β= 1 y, όπου y 0. , όπου y 0.

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 9ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανυσματικοί Χώροι

ΤΕΣΤ Β2.λύσεις ΟΜΑΔΑ Ι

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΟΡΙΖΟΥΣΕΣ

που σε κάθε χρονική στιγμή περιλαμβάνει τις τιμές των μεταβλητών κατάστασης

ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ «ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ» ΑΚΟΛΟΥΘΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΑ ΑΚΟΛΟΥΘΙΩΝ. lim. (β) n +

OΡΙΟ - ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

2 η Εργασία Ημερομηνία Αποστολής : 21 Ιανουαρίου Άσκηση 1. Να υπολογίσετε τα παρακάτω όρια χρησιμοποιώντας τον Κανόνα του L Hopital:

Μαθηματικά Γ Γυμνασίου

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ - ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΟΜΑΛΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ (Ε.Ο.Μ.Κ.) Με διάγραμμα :

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 13. A παραπλεύρως σχήματος. Να βρεθούν τα πρόσημα των μερικών

ΛΥΣΕΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΘΕΜΑΤΩΝ 5 05/05/2016 ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Χρήσιμες μαθηματικές έννοιες. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Ευθύγραμμες Κινήσεις

1 Η εναλλάσσουσα ομάδα

ΛΥΣΕΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΘΕΜΑΤΩΝ 5 05/05/2016 ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

1. Nα λυθούν οι ανισώσεις. 2. Nα λυθούν οι ανισώσεις. 3. Nα βρεθούν οι κοινές λύσεις των ανισώσεων: 4. Nα βρεθούν οι κοινές λύσεις των ανισώσεων:

Θέματα ενδοσχολικών εξετάσεων Άλγεβρας Α Λυκείου Σχ. έτος , Ν. Δωδεκανήσου ΘΕΜΑΤΑ ΕΝΔΟΣΧΟΛΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΤΑΞΗ: Α ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΛΓΕΒΡΑ

(f,g) f(x,y,v, w) = xy v= 0 x (v,y) = = = = = 3. g(x,y,v,w) = x+ 2y w= 0. (x,y) g g 1 2. Λύση 2. Με πλεγμένη παραγώγιση ως προς v, με σταθερό w :

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΑΡΟΡΑΜΑΤΑ ΣΤΟ ΒΙΒΛΙΟ ΤΟΥ Η. ΡΟΥΣΑΛΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΟΜΑΔΩΝ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ. ΤΟ 3ο ΚΑΙ ΤΟ 4ο ΘΕΜΑ (ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΑΤΑΚΗ)

Θεωρία. έχει το γράφηµα του παραπλεύρως σχήµατος.

ΜΕΛΕΤΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ

Μαθηματικά Γενικής Παιδείας Κεφάλαιο 1ο Ανάλυση ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΝΑΛΥΣΗ

Hamiltonian φορμαλισμός

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤO 1o ΚΕΦΑΛΑΙΟ ( ΠΑΡΑΓΩΓΟΙ) ΜΕ ΛΥΣΕΙΣ

Θέμα 1. με επαυξημένο 0 1 1/ 2. πίνακα. και κλιμακωτή μορφή αυτού

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Όταν οι αριθμοί είναι ομόσημοι Βάζουμε το κοινό πρόσημο και προσθέτουμε

Κεφάλαιο 6. Συντηρητικες Δυναμεις {Ανεξαρτησία του Εργου από τη Διαδρομή, Εννοια του Δυναμικού, Δυναμικό και Πεδίο Συντηρητικών Δυνάμεων}

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

lim είναι πραγµατικοί αριθµοί, τότε η f είναι συνεχής στο x 0. β) Να εξετάσετε τη συνέχεια της συνάρτησης f (x) =

Transcript:

Τμήμα Π Ιωάννου & Θ Αποστολάτου 7/5/000 Μηχανική ΙI Μετασχηματισμοί Legendre Έστω μια πραγματική συνάρτηση f (x) Ορίζουμε την παράγωγο συνάρτηση df (x) της f (x) : ( x) (η γραφική της παράσταση δίνεται στο ακόλουθο σχήμα) Εάν d f 0 υπάρχει αμφιμονοσήμαντη αντιστοιχία μεταξύ x και οπότε υπάρχει η αντίστροφη συνάρτηση της (x) η x ( ) την οποία και επιλέγουμε να γράψουμε για λόγους συμμε-τρίας ως x( ) όπου g ( ) μια συνάρτηση του η παράγωγος της οποίας είναι το x Παρατηρούμε στο διπλανό σχήμα ότι η αντίστροφη συνάρτηση x( ) δίνεται από το ίδιο γράφημα AB εναλλάσσοντας βέβαια το ρόλο της μεταβλητής και της συνάρτησης Η συνάρτηση g( ) λέγεται μετασχηματισμός Legendre της f (x) Προφανώς ο μετασχηματισμός Legendre της g ( ) είναι πάλι η f (x) Παρατηρήστε ότι για να υπάρχει ο μετασχηματισμός Legendre της f (x) απαιτείται d f 0 και αντίστοιχα για να υπάρχει ο μετασχηματισμός Legendre της g( ) d g d f d g απαιτείται 0 Επειδή όμως 1 η ύπαρξη μετασχηματισμού Legendre της f (x) βεβαιώνει την ύπαρξη μετασχηματισμού Legendre της g ( ) όπως φαίνεται και από το σχήμα 1 Εννοείται ότι η παράγωγος αυτή δεν θα πρέπει να μηδενίζεται σε κανένα σημείο της περιοχής ενδιαφέροντος ή με άλλα λόγια θα πρέπει να έχει σταθερό πρόσημο είτε θετικό είτε αρνητικό 1

Θα προσδιορίσουμε τώρα τον μετασχηματισμό Legendre της f (x) Παρατηρούμε df από το σχήμα ότι το εμβαδόν του χωρίου ( x 0 xba ) ισούται με f ( x) f ( x0 ) Ομοίως το εμβαδόν του χωρίου ( 0 BA ) ισούται με g( ) g( 0 ) Το δε άθροισμα των δύο αυτών εμβαδών είναι x x 0 0 Συνεπώς f ( x) f ( x0 ) g( ) g( 0 ) x 0 x0 ή f ( x) g( ) x f ( x0 ) g( 0 ) 0 x0 δηλαδή η ποσότητα f ( x) g( ) x είναι μια σταθερά C Η σχέση αυτή προσδιορίζει τον μετασχηματισμό Legendre της f (x) Επειδή δε η αντίστροφη συνάρτηση x( ) προσδιορίζεται μετά από παραγώγιση της g ( ) μπορούμε να προσθέσουμε στην g ( ) μια κατάλληλη σταθερά ούτως ώστε η σταθερά C να γίνει μηδενική Συνεπώς ο μετασχηματισμός Legendre της f (x) είναι η g ( ) η οποία προσδιορίζεται από τη σχέση: g( ) x f ( x) όπου το x θεωρείται συνάρτηση του Ομοίως ο μετασχηματισμός Legendre της g ( ) είναι η συνάρτηση f (x) η οποία προσδιορίζεται από τη σχέση f ( x) x g( ) όπου τώρα το x θεωρείται συνάρτηση του Ας επιβεβαιώσουμε ότι πράγματι η συνάρτηση g( ) x f ( x) είναι ο μετασχηματισμός Legendre της f (x) : Πρέπει να δείξουμε ότι x( ) Στην παραγώγιση της g ( ) θεωρούμε το x ως εξαρτημένη μεταβλητή από το οπότε: df df x επειδή όμως θα είναι πράγματι: x Παράδειγμα: Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Legendre της Το συναρτήσει του x είναι: 0 x 1 άρα 1 x x Legendre της f (x) είναι η g( ) x όπου 1 1 εκθέτες και ικανοποιούν τη σχέση 1 1 x x0 x f ( x) με 1 Ο μετασχηματισμός δηλαδή οι 1 Η ίδια διαδικασία μπορεί να ακολουθηθεί αν έχουμε πολλές μεταβλητές Έστω η f συνάρτηση f ( x1 x xn ) και Ορίζουμε το μετασχηματισμό Legendre της x ( x 1 x n f ως προς κάποιο x τη συνάρτηση g ) η οποία έχει την ιδιότητα g x Ακολουθώντας τα προηγούμενα βήματα βρίσκουμε ότι η g x f a (χωρίς την αθροιστική σύμβαση)

Ομοίως ορίζουμε ως μετασχηματισμό Legendre της f ως προς όλα τα x τη g συνάρτηση g( 1 n ) η οποία έχει την ιδιότητα για κάθε : x Είναι εύκολο να διαπιστώσετε ότι η g δίνεται από την σύμβαση τώρα) H Χαμιλτονιανή συνάρτηση g x f (με την αθροιστική Η Λαγκρανζιανή συνάρτηση ενός φυσικού συστήματος είναι συνάρτηση των γενικευμένων συντεταγμένων και των γενικευμένων ταχυτήτων και εν γένει του χρόνου δηλαδή είναι μια συνάρτηση L( 1 n 1 n t) Οι κανονικές ορμές ορίζονται από τη σχέση Οι κανονικές ορμές είναι συνεπώς συναρτήσεις των και του χρόνου και ορίζονται χωρίς να γίνεται καμία αναφορά στη φυσική κίνηση του συστήματος προκύπτουν ως μαθηματικά κατασκευάσματα απευθείας από τη Λαγκρανζιανή Η Χαμιλτονιανή συνάρτηση ορίζεται ως ο μετασχηματισμός Legendre της L ως προς όλες τις γενικευμένες ταχύτητες δηλαδή είναι η συνάρτηση H ( 1 n 1 n t) που ικανοποιεί τη σχέση: προηγούμενα η Χαμιλτονιανή συνάρτηση δίδεται από τη σχέση H L Σύμφωνα με τα όπου οι γενικευμένες ταχύτητες θεωρούνται στην παραπάνω έκφραση συναρτήσεις των και του χρόνου Ας ελέγξουμε αν πράγματι η Χαμιλτονιανή συνάρτηση ικανοποιεί τη σχέση: για κάθε Πράγματι: και επειδή θα έχουμε ότι για κάθε Είναι χρήσιμο στο σημείο αυτό να υπολογίσουμε τη μερική παράγωγο της Χαμιλτονιανής συνάρτησης ως προς τις μεταβλητές και t οι οποίες έμειναν ανενεργές κατά τον μετασχηματισμό Legendre Έχουμε: όπου κατά τη μερική παραγώγιση και όλα τα που είναι διαφορετικά από το παραμένουν σταθερά όλα τα και ενώ κατά την παραγώγιση παραμένουν σταθερά όλα τα και όλα τα που είναι διαφορετικά από το και

κατά την παραγώγιση παραμένουν σταθερά όλα τα και όλα τα που είναι διαφορετικά από το (Ο τελευταίος όρος μέσα στο άθροισμα προκύπτει αφού η L είναι συνάρτηση όλων των αλλά και των τα οποία όμως τώρα θεωρούνται συναρτήσεις των και t) Επειδή καταλήγουμε στη σχέση: Ομοίως υπολογίζουμε ότι t t t t t t και συνεπώς: Για να μπορεί να επιτευχθεί ο μετασχηματισμός Legendre της Λαγκρανζιανής L συνάρτησης απαιτείται ο Εσσιανός (Hessan) πίνακας να είναι θετικός (να έχει θετικές ιδιοτιμές) Αυτή η συνθήκη συνήθως πάντοτε ικανοποιείται διότι η Λαγρανζιανή συνάρτηση είναι τετραγωνική μορφή των γενικευμένων ταχυτήτων και ο Εσσιανός πίνακας ισούται με τον πίνακα των συντελεστών της κινητικής ενέργειας που είναι συνήθως θετικός (στην απλή περίπτωση n μαζών σε ένα καρτεσιανό σύστημα ο Εσσιανός πίνακας είναι ο διαγώνιος πίνακας με στοιχεία τις μάζες των σωμάτων) Ο μετασχηματισμός Legendre της Χαμιλτονιανής συνάρτησης H ως προς όλες τις ορμές είναι η Λαγκρανζιανή συνάρτηση L( 1 n 1 n t) όπου οι γενικευμένες ταχύτητες ορίζονται ως Η Λαγρανζιανή συνάρτηση είναι τότε L H όπου τώρα οι ορμές θεωρούνται συνάρτηση των και του χρόνου Με παρόμοιο τρόπο είναι εύκολο να διαπιστώσετε ότι τότε θα είναι Στη φύση πρωταρχική θέση έχει η Λαγκρανζιανή συνάρτηση η οποία μπορεί να προσδιορισθεί πολλές φορές με ανάλυση των συμμετριών του φυσικού συστήματος όπως είδαμε σε προηγούμενα κεφάλαια ή και κατευθείαν από την ανάλυση του φυσικού συστήματος Η Χαμιλτονιανή συνάρτηση όταν το σύστημα είναι χρονικά ανεξάρτητο είναι η έκφραση της ενέργειας του συστήματος (θυμηθείτε το ολοκλήρωμα Jacob) η οποία δεν προκύπτει αμέσως και υπολογίζεται ως μετασχηματισμός Legendre της Λαγκρανζιανής Αν και η Λαγρανζιανή συνάρτηση έχει την πρωταρχική θέση η Χαμιλτονιανή όμως όπως θα δούμε μας επιτρέπει να περιγράψουμε τη δυναμική με τον καλύτερο δυνατό τρόπο Οι εξισώσεις του Χάμιλτον Επειδή η Χαμιλτονιανή συνάρτηση είναι ο μετασχηματισμός Legendre της Λαγκρανζιανής θα ισχύουν οι σχέσεις (1)

και () Οι σχέσεις αυτές δεν έχουν κανένα δυναμικό περιεχόμενο και δεν εκφράζουν κάποιο φυσικό νόμο Είναι απλώς αντίστροφες σχέσεις ορισμού Η () εκφράζει τις ταχύτητες συναρτήσει των ορμών (και των θέσεων και του χρόνου) όπως η (1) εκφράζει τις ορμές συναρτήσει των ταχυτήτων (και των θέσεων και του χρόνου) d Η δυναμική εμπεριέχεται στις εξισώσεις Euler-Lagrange: 0 ή dt Επειδή όμως από τον ορισμό του μετασχηματισμού Legendre παραπάνω) οι δυναμικές εξισώσεις μπορεί να γραφούν ισοδυνάμως και ως (βλέπε (3) Οι n εξισώσεις () και (3): λέγονται εξισώσεις του Χάμιλτον ή κανονικές εξισώσεις του Χάμιλτον Οι πρώτου βαθμού εξισώσεις αυτές ως προς τα ( ) είναι ισοδύναμες με τις n εξισώσεις δευτέρου βαθμού Euler-Lagrange ως προς το Οι κανονικές εξισώσεις είναι ουσιαστικά οι εξισώσεις Euler-Lagrange σε μια διαφορετική μαθηματική μορφή Παρ' όλα αυτά οι κανονικές εξισώσεις είναι ανώτερες των εξισώσεων Euler-Lagrange πρώτον διότι οι χρονικοί παράγωγοι εμφανίζονται απομονωμένα στο αριστερό σκέλος των κανονικών εξισώσεων και δεύτερον διότι όπως θα δούμε στη συνέχεια η επιλογή των μεταβλητών ( ) οδηγεί σε απλή περιγραφή της εξέλιξης του συστήματος Οι εξισώσεις αυτές παρουσιάζονται για πρώτη φορά σε εργασία του Lagrange το 1809 που πραγματευόταν την θεωρία διαταραχών μηχανικών συστημάτων Ο Lagrange όμως δεν αναγνώρισε τη σημασία τους Ο Cauchy σε ένα αδημοσίευτο μνημόνιο του 1831 φαίνεται ότι ήταν ο πρώτος που αναγνώρισε τη σημασία των εξισώσεων αυτών Ο ιρλανδός φυσικός Hamlton βασίζει όλη την έρευνά του στη μηχανική και οπτική στις εξισώσεις αυτές που τις παρουσιάζει σε δημοσίευσή του το 1835