Материал: Вариационные методы

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

2.Подынтегральная функция не зависит от x

Вэтом случае, по формуле (2.11)

∂F

 

∂

 

∂F

y′ −

∂

 

∂F

y′′ = 0

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y ∂y

∂y′

 

∂y′

∂y′

 

Умножив это уравнение на y′ получим:

∂F ∂y

∂F ∂x

y′ −

+∂F ∂y

∂

 

∂F

 

(y′)2

 

 

 

 

 

 

 

∂y

∂y′

 

y′ + ∂F y′′ − ∂y′

 

∂

 

∂F

y′′ y′ = 0

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y′

∂y′

 

∂F y′′ −

∂

 

∂F

 

(y′)2

 

 

 

 

∂y′

 

 

 

 

 

∂y

∂y′

 

 

∂

 

∂F

y′′ y′ = 0

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y′

∂y′

 

d

∂F

 

F − y′

∂F

= С

 

 

 

 

 

 

 

 

F − y′

= 0

 

 

∂y′

 

(2.12)

dx

∂y′

 

 

 

 

Пример 2.3 Подынтегральная функция не зависит от x. Задача о брахистохроне

Время движения по кривой под действием силы тяжести имеет вид:

T(y)= x∫2 1+ (y′)2 dx x1 2gy

Подынтегральное выражение не зависит от x. Поэтому уравнение Эйлера имеет вид (2.13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ (y′)2

 

 

 

 

y′ y′

~

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

= c

 

 

2gy

 

1+ (y′)2

 

 

 

 

 

2gy

 

 

Пример 2.3 Продолжение

Проводя преобразования, получим нелинейное дифференциальное уравнение первого порядка:

y (1+ (y′)2 )= c

Решением которого, с учетом нулевых начальных условия, является параметрически заданная кривая - брахистохрона: 3

x = c (t − sint)

= −

y c (1 cost)

2

)

1

0

0

5

10

3.Подынтегральная функция не зависит от y’

Вэтом случае уравнение Эйлера обращается в алгебраическое уравнение, задающее одну кривую.

Вэтом случае в решении нет произвольных постоянных и оно может не удовлетворять граничным условиям. Поэтому, если граничные условия выполняются, то получена экстремаль, если нет, то нет и решений у данной вариационной задачи.

b

Пример. Рассмотрим функционал J(y)= ∫(x − y)2 dx

a

Для него уравнение Эйлера сводится к конечному уравнению, его решение – прямая y = x (вдоль нее интеграл равен нулю). Если граничные условия лежат на этой прямой, то уравнение Эйлера имеет решение. Если нет, то решения в классе непрерывных функций не существует.

Лабораторная работа № 2

Простейшая задача вариационного исчисления. Частные случаи решения уравнения Эйлера.

1.Для своего варианта функционалов a), b), c) найти экстремали и построить их.

2.Вычислить значения функционалов на этих экстремалях.

3.Проверить, доставляет ли решение 2а) минимум функционалу.

4.Оформить отчет.

Источник: https://studfile.net/preview/15721953/