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。
设
,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。