Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Vlasov_Metody_optimizacii_i_optimalnogo_upravle...doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

4.4. Задача Эйлера

Рассматривается функционал вида J = x∫2 F ( x , y , y ′)dx . Требуется

x1

провести через две заданные точки с координатами ( x1 , y1 ) и ( x2 , y2 ) такую кривую y( x) , которая доставила бы экстремум рас-сматриваемому функционалу.

46

Вычислим вариацию рассматриваемого функционала [10,11]

x 2

∂F

η +

∂F ′

δJ = ∫ [

∂y

∂y′

η ]dx ,

где η( x) –

x1

вариация

аргумента,

удовлетворяющая условиям:

η(x ) = 0, η(x

) = 0 ;

F =

∂F

, F

=

∂F

– частные производные.

1

2

y

∂y

y′

∂y′

Вариацию преобразуем путем интегрирования по частям второ-го слагаемого к виду

δJ = η( x2 ) Fy ′ [ x2 , y ( x2 ), y ′( x2 )] − ( x1 ) Fy ′[ x1 , y ( x1 ), y ′( x1 )] +

x 2

d

(4.4.1)

+ ∫ [ Fy −

Fy ′ ]η( x ) dx.

dx

x1

С учетом ограничений на вариацию аргумента получим условие экстремума

x∫2[ Fy −

d

Fy ′ ]η( x )dx = 0 .

dx

x1

Основная лемма вариационного исчисления позволяет условие экстремума записать в виде дифференциального уравнения для ис-комой кривой:

F

−

d

F

= 0 .

(4.4.2)

dx

y

y′

Уравнение (4.4.2) называется уравнением Эйлера.

Уравнение Эйлера может иметь упрощенный вид, если функция F (x , y , y′) не зависит от некоторых из аргументов x, y , y′. Напри-

мер, если отсутствует зависимость от x, y , то легко получить об-

щее решение уравнения Эйлера в виде совокупности всех линей-ных зависимостей y( x) .

Пример 4.4.1. Длина L кривой, проходящей через две точки,

x2

может быть вычислена по формуле L = ∫

′

2

dx .

1 + ( y )

x1

47

Вид функции F ( x , y , y ′) = 1 + ( y′)2 показывает, что имеется за-висимость только от одного аргумента. Поэтому уравнение Эйлера

получается простым

d

F 1 =

d

y′

= 0 .

dx

dx

′

y

1

2

+ ( y )

′

=

y′

′

′

2 зависит только от

y

,

Учитывая, что функция Φ ( y )

1 + ( y )

получим следующий

вид

уравнения

Эйлера

′

′′

= 0

,

где

ψ( y ) y

ψ ( y′) = dyd′Φ( y′) . Поэтому уравнение Эйлера распадается на два

дифференциальных уравнения, и его общее решение представляет собой совокупность прямых линий. Функционал L достигает ми-нимального значения, если y( x ) = ax + b . Неизвестные коэффици-

енты a , b находятся из условий закрепления функции y( x) на кон-цах траектории.

Понятно, что если функция F ( x , y , y′) зависит только от y′ , то

общее решение Уравнения Эйлера всегда представляет собой сово-купность прямых линий.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]