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【6h】

时间尺度上非完整系统动力学及其积分理论研究

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摘要

1绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2研究历史与现状

1.2.1非完整系统动力学研究

1.2.2离散力学系统理论研究

1.2.3时间尺度上力学系统的理论研究现状

1.3本文的研究目标及内容安排

2时间尺度上非完整系统的变分原理

2.1时间尺度上微积分的定义及其性质

2.1.1时间尺度上微积分的定义

2.1.2时间尺度上微积分的一些性质

2.2时间尺度上d'Alembert-Lagrange原理的广义坐标表达

2.2.1时间尺度上d'Alembert-Lagrange原理的Euler-Lagrange形式

2.2.2.时间尺度上d'Alembert-Lagrange原理的Appell形式

2.2.3时间尺度上d'Alembert-Lagrange原理的Nielsen方程形式

2.3时间尺度上非完整系统的交换关系及其变分原理

2.3.1时间尺度上非完整系统的的交换关系

2.3.2时间尺度上非完整系统的变分原理

2.3.3算例

2.4小结

3时间尺度上非完整系统的运动微分方程以及Noether守恒量

3.1时间尺度上非完整系统带乘子的运动微分方程

3.1.1时I司尺反上元整系统的运动微分万程

3.1.2时间尺度上非完整系统带乘子的运动微分方程

3.1.3算例

3.2时间尺度上非完整系统的Chaplygin方程

3.2.1时间尺度上广义Chaplygin方程

3.2.2时间尺度上广义Chaplygin系统的约化

3.2.3算例

3.3时间尺度上广义Chaplygin系统的Noether守恒量

3.3.1时间尺度上d'Alembert-Lagrange原理的广义Chaplygin形式

3.3.2时间尺度上广义Chaplygin系统的Noether守恒量

3.3.3算例

3.4小结

4时间尺度上力学系统的循环积分及其降阶法

4.1时间尺度上Lagrange系统的循环积分及其降阶法

4.1.1时间尺度上的循环积分

4.1.2时间尺度上利用循环积分的Routh降阶法

4.1.3算例

4.2时间尺度上Hamilton系统的循环积分及其降阶法

4.2.1时间尺度上Hamilton系统循环积分

4.2.2算例

4.3时间尺度上非完整系统的循环积分及其降阶法

4.3.1时间尺度上非完整系统的Chaplygin方程

4.3.2时间尺度上非完整系统的循环积分及其降阶

4.3.3算例

4.4小结

5时间尺度上力学系统的能量积分及其降阶法

5.1时间尺度上Lagrange系统的能量积分及其降阶法

5.1.1时间尺度上的能量积分

5.1.2时间尺度上利用能量积分的Whittaker降阶法

5.1.3算例

5.2时间尺度上Hamilton系统的能量积分及其降阶法

5.2.1时间尺度上Hamilton系统利用能量积分的Whittaker降阶法

5.2.2算例

5.3时间尺度上非完整系统的能量积分及其降阶法

5.3.1时间尺度上非完整系统能量积分及其广义Whittaker方程

5.3.2算例

5.4小结

6时间尺度上力学系统的正则变换

6.1时间尺度上的Poisson括号及其性质

6.1.1时间尺度上的Poisson括号的定义及其性质

6.1.2时间尺度上复合Poisson括号及Jacobi恒等式

6.1.3时间尺度上Hamilton正则方程的Poisson括号形式

6.2 Nabla导数下力学系统的正则变换理论

6.2.1 Nabla导数下力学系统的正则方程

6.2.2 Nabla导数下的正则变换

6.2.3算例

6.3小结

7总结与展望

7.1总结

7.2主要创新点

7.3展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

时间尺度是实数集上的任意非空闭子集。时间尺度上力学系统动力学理论统一和拓展了连续和离散的力学系统理论,不仅能够揭示连续和离散的动力学系统两者之间的差别与联系,而且能更准确的刻划复杂动力学系统的本质,并且有效地避免了出现差分方程和微分方程这两种结果。由于时间尺度和实际问题的复杂性,时间尺度上的动力学系统理论研究还处于初级阶段。因此,时间尺度上非完整系统动力学及其积分理论问题也是分析力学研究的重要方面。 本文基于非完整系统动力学及其积分理论以及时间尺度上力学系统理论,建立了时间尺度上的非完整系统的变分原理,导出了时间尺度上非完整系统的运动微分方程,研究了时间尺度上力学系统的降阶法和正则变换理论。时间尺度上非完整系统理论研究将连续和离散的非完整系统动力学及其积分理论作为两种特殊情形。本文的研究工作和成果主要如下: 1.研究了时间尺度上非完整系统的变分原理。首先,简单叙述了时间尺度上微积分的定义和基本性质。其次,建立了时间尺度上的d'Alembert-Lagrange原理的Euler-Lagrange形式,Appell形式,以及Nielsen形式。最后,推导了时间尺度上非完整系统微分和变分运算的交换关系,并建立了时间尺度上非完整系统的变分原理。 2.建立了时间尺度上非完整系统的运动微分方程。基于时间尺度上的d'Alembert-Lagrange原理以及Lagrange乘子法,建立了时间尺度上非完整系统带乘子的运动微分方程,以及时间尺度上的广义Chaplygin方程。得到了时间尺度上广义Chaplygin系统的Noether守恒量,建立了时间尺度上广义Chaplygin系统的Noether准对称性与守恒量之间的内在联系。 3.提出并研究了时间尺度上力学系统的循环积分及其降阶法。给出了时间尺度上Lagrange系统、Hamilton系统以及Chaplygin系统的循环积分,并利用时间尺度上力学系统的循环积分,降阶了时间尺度上Lagrange系统、Hamilton系统以及Chaplygin系统的运动微分方程。结果表明,降阶后的方程仍保持时间尺度上Lagrange系统、Hamilton系统以及Chaplygin系统的运动微分方程形式,但减少了相应的方程的数目。 4.提出并研究了时间尺度上力学系统的广义能量积分及其降阶法。给出了时间尺度上Lagrange系统、Hamilton系统以及Chaplygin系统的能量积分,并利用时间尺度上的广义能量积分,降阶了时间尺度Lagrange系统、Hamilton系统以及Chaplygin系统的运动微分方程。结果表明,降阶后的方程仍保持时间尺度上Lagrange系统、Hamilton系统以及Chaplygin系统的运动微分方程的形式,但减少了方程的数目。 5.研究了时间尺度上力学系统的正则变换。给出了时间尺度上的Poisson括号定义、时间尺度上的Jacobi恒等式以及时间尺度上Hamilton正则方程的Poisson括号形式。建立了四种情形的nabla导数下的正则变换,并举例说明结果的应用和nabla导数下的母函数在正则变换中的作用。

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