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欧拉—拉格朗日方程

欧拉-拉格朗日方程
欧拉-拉格朗日方程 (Euler-Lagrange equation) 为变分法中的一条重要方程。

它提供了求泛函的平稳值的一个方法。

第一方程
设,以及在中连续,并设泛函。

若使得泛函 J(y) 取得局部平稳值,则对于所有的,。

推广到多维的情况,记

,。

若使得泛函取得局部平稳值,则在区间内对于所有的,皆有。

第二方程
设,及在中连续,若使得泛函取得局部平稳值,则存在一常数 C ,使得。

例子
设及为直角坐标上的两个固定点,欲求连接两点之间的最短曲线。


,并且

这里,为连接两点之间的曲线。

则曲线的弧长为。

现设


取偏微分,则


fx = fy = 0 。

若 y 使得 L(y) 取得局部平稳值,则 y 符合第一方程:
,。

因此,
,。

随 t 积分,


这里,为常数。

重新编排,
,。

再积分,
x(t) = rt + r' ,
y(t) = st + s' 。

代入初始条件


即可解得,是连接两点的一条线段。

另经过其他的分析,可知此解为唯一解,并且该解使得 L(y) 取得极小值,所以在平面上连结两点间弧长最小的曲线为一直线。

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