Lie symmetries and conserved quantities of holonomic variable mass systems

In this paper, the Lie symmetries and the conserved quantities of the holonomic variable mass systems are studied. By using the invariance of the ordinary differential equations under the infinitesimal transformations, the determining equations and the conserved quantities are given. And an example is given to illustrate the application of the result. Foundation item: the National Natural Science Foundation of China (19572038)     

包含伺服约束的非完整系统的Lie对称性与守恒量

利用代数方程和微分方程在无限小变换下的不变性,研究带有伺服约束的非完整系统的Lie 对称性.给出Lie对称性的确定方程、限制方程、结构方程,并给出守恒量的形式. 关键词： 非完整系统 伺服约束 Lie对称性 守恒量     

不变变分问题

研究Lie意义下的允许连续群的变分 问题.基于形式变分学方法与Lie群理论方法的联系,得到以下两 个定理.定理1:如 果积分I= 相对某有限连续群D 是不变的,则Lagrange表 示ψ的ρ个线性独立组合将变为散度; 反之, 由后一条件得到积分I相对 某群Dρ的不变性.对无限多个参数的极限情形,定理也对.定理2:如果积分I 相对无限连续群D∞ρ是不变的,在此群中会出现直至 阶导 数的导数,那么Lagrange表示ψ及其至 阶导数之间有ρ个恒等关 系成立;这里反述也对.定理1在ψ=0时给出ρ个第一积分.定理2表 明,Lagrange方程总数中的ρ个方程是其余方程的结果.     

非力学系统的对称性与守恒量(Ⅰ)──分析力学札记之七

将非力学系统的微分万程化成Lagrange方程形式,引进无限小变换,研究微分方程或Hamilton作用量在无限小变换下的不变性,进而给出守恒星存在的条件以及守恒量的形式．     

用具有负定矩阵的梯度系统构造稳定的变质量力学系统

随着科学技术的发展,对喷气飞机、火箭等变质量系统动力学的研究显得越来越重要,并且总是希望变质量系统的解是稳定的或渐近稳定的.而通用的研究稳定性的Lyapunov直接法有很大难度,因为直接从微分方程出发构造Lyapunov函数往往很难实现.本文给出一种研究稳定性的间接方法,即梯度系统方法.该方法不但能揭示动力学系统的内在结构,而且有助于探索系统的稳定性、渐进性和分岔等动力学行为.梯度系统的函数V通常取为Lyapunov函数,因此梯度系统比较适合用Lyapunov函数来研究.列写出变质量完整力学系统的运动方程,在系统非奇异情形下,求得所有广义加速度.提出一类具有负定矩阵的梯度系统,并研究该梯度系统解的稳定性.把这类梯度系统和变质量力学系统有机结合,给出变质量力学系统的解可以是稳定的或渐近稳定的条件,进一步利用矩阵为负定非对称的梯度系统构造出一些解为稳定或渐近稳定的变质量力学系统.通过具体例子,研究了变质量系统的单自由度运动,在怎样的质量变化规律、微粒分离速度和加力下,其解是稳定的或渐近稳定的.本文的构造方法也适合其他类型的动力学系统.     

切塔耶夫型非完整系统的广义梯度表示

非定常非完整力学系统的稳定性研究是重要而又困难的问题,直接从微分方程出发来构造李雅普诺夫函数往往很难实现.本文给出了一种间接方法.提出了10类广义梯度系统的定义,并分别给出了10类广义梯度系统的微分方程.进一步研究一般切塔耶夫型非完整系统的广义梯度表示,给出该系统分别成为这10类广义梯度系统的条件,从而将切塔耶夫型非完整系统化成各类广义梯度系统.最后利用广义梯度系统的性质来研究切塔耶夫型非完整系统零解的稳定性.这种方法在直接构造李雅普诺夫函数发生困难时,显得更为有效.举例说明结果的应用.     

Birkhoffian symplectic algorithms derived from Hamiltonian symplectic algorithms

In this paper, we focus on the construction of structure preserving algorithms for Birkhoffian systems, based on existing symplectic schemes for the Hamiltonian equations. The key of the method is to seek an invertible transformation which drives the Birkhoffian equations reduce to the Hamiltonian equations. When there exists such a transformation,applying the corresponding inverse map to symplectic discretization of the Hamiltonian equations, then resulting difference schemes are verified to be Birkhoffian symplectic for the original Birkhoffian equations. To illustrate the operation process of the method, we construct several desirable algorithms for the linear damped oscillator and the single pendulum with linear dissipation respectively. All of them exhibit excellent numerical behavior, especially in preserving conserved quantities.     

EFFECTS OF CONSTRAINTS ON LIE SYMMETRIES AND CONSERVED QUANTITIES OF A BIRKHOFF SYSTEM

After a Birkhoff system is restricted by constraints, the determining equations, the Lie symmetries, the structure equation and the form of conserved quantities corresponding to the Lie symmetries will change. Some Lie symmetries will disappear and under certain conditions some Lie symmetries will still remain present. The condition under which Lie symmetries and conserved quantities of the system will remain is given.     

FORM INVARIANCE OF APPELL EQUATIONS

The form invariance of Appell equations of holonomic mechanical systems under the infinitesimal transformations of groups is studied. The definition and the criterion of the form invariance of Appell equations are given. This form invariance can lead to a conserved quantity under certain conditions.     

非力学系统的对称性与守恒量(Ⅱ)──分析力学札记之八

将非力学系统的微分方程化成Ｈａｍｉｌｔｏｎ方程形式,引进无限小变换,研究微分方程或Ｈａｍｉｌｔｏｎ作用量在无限小变换下的不变性,进而给出守恒量存在的条件以及守恒量的形式．