Aplicación de los multiplicadores de Lagrange en el principio de acción

En Mecánica clásica de Goldstein , sugiere el uso de multiplicadores de Lagrange para introducir ciertos tipos de restricciones holonómicas y no holonómicas en nuestra acción. El método que sugiere es definir un Lagrangiano modificado

L ( q ˙ , q ; t ) = L ( q ˙ , q ; t ) + i = 1 metro λ i F i ( q ˙ , q ; t ) ,
dónde F i ( q ˙ , q ; t ) son metro ecuaciones de restricción, y L el lagrangiano original. Luego procede a definir la acción. S = t 1 t 2 L d t y toma la variación de S ser cero, aplicando así el principio de Hamilton.

Mi confusión en este enfoque surge de la forma en que se introducen los multiplicadores de Lagrange. no veo porque i = 1 metro λ i F i ( q ˙ , q ; t ) debe introducirse dentro de la integral.

En cálculo multivariable, el sistema de multiplicadores de Lagrange surge de la idea de que si queremos extremizar una función sujeta a ciertas restricciones, entonces el gradiente de la función será proporcional a una combinación lineal del gradiente de las ecuaciones de restricción. Aquí, la función en cuestión es la acción , no la lagrangiana. Entonces, siento que la resolución debería ser esa

d S + d i = 1 metro λ i F i ( q ˙ , q ; t ) = 0 ; S = t 1 t 2 L d t
y no
d S = 0 ; S = t 1 t 2 L d t .

Para mí, no está claro si esto tiene sentido o si los dos métodos son equivalentes.

Respuestas (1)

  1. Cabe destacar que las restricciones

    F ( q , q ˙ , t ) ,     { 1 , , metro }
    depende implícitamente (y posiblemente explícitamente) del tiempo t , por lo que tenemos continuamente muchas restricciones, a saber, para cada instante de tiempo t .

    Por lo tanto, debemos introducir continuamente muchos multiplicadores de Lagrange λ ( t ) .

    Y por lo tanto debemos sumar = 1 metro y tiempo-integrar d t el término λ ( t ) F ( q , q ˙ , t ) en la acción extendida. Este hecho parece responder a la pregunta principal de OP.

  2. Finalmente, se debe enfatizar que el tratamiento de Goldstein de las restricciones no holonómicas para un principio de acción es defectuoso/inconsistente, cf. por ejemplo , este y este Phys.SE publicaciones.

    Hablando con propiedad, deberíamos suponer, por lo tanto, que las restricciones F ( q , q ˙ , t ) no depende de las velocidades generalizadas q ˙ , es decir, que son holonómicos F ( q , t ) .