Ortogonalización de Gram-Schmidt para escalares

Estoy leyendo el Capítulo 11 (Modos normales) de Mecánica clásica (5.ª ed.) de Berkshire y Kibble y encontré esto en la pág. 253:


La energía cinética en términos de las coordenadas generalizadas viene dada por:

T = 1 2 a 11 q 1 ˙ 2 + a 12 q 1 ˙ q 2 ˙ + 1 2 a 22 q 2 ˙ 2 .
Es una simplificación considerable elegir las coordenadas para que sean ortogonales, y esto siempre se puede hacer. Por ejemplo, podemos establecer
q 1 = q 1 + a 12 a 11 q 2 ,
de modo que
T = 1 2 a 11 q 1 ˙ 2 + 1 2 a 22 q 2 ˙ 2 con a 22 = a 22 a 12 2 a 11 .
Un procedimiento similar se puede utilizar en el caso general. (Se llama el procedimiento de ortogonalización de Gram-Schmidt). Primero podemos eliminar los productos cruzados que involucran q ˙ 1 mediante la transformación a
(1) q i = q i + 1 a i i r i norte a i r q r .


De la definición vectorial de Gram-Schmidt

b = b ( b a ) a ^
esperaría algo como
(2) q i = q i r i norte a i r q r a r r .
¿Alguien podría explicar de dónde viene (1)?

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Además, noté que la expresión de la energía cinética se parece al tensor métrico:

d s 2 = gramo m v d X m d X v T = 1 2 a 11 q 1 ˙ 2 + a 12 q 1 ˙ q 2 ˙ + 1 2 a 22 q 2 ˙ 2 .
de modo que
gramo i j = 1 2 a i j
¿Significa eso que es posible obtener (1) mediante una transformación a las coordenadas rectangulares con algo como
2 X norte X ¯ i X ¯ j = X pag X ¯ i X q X ¯ j Γ pag q norte 2 q norte q i q j = pag , r q pag q i q r q j Γ pag r norte
? dónde X ¯ i son coordenadas en el sistema rectangular.

Sugerencia: busque las coordenadas normales de Riemann.

Respuestas (1)

Estás leyendo mal la ortogonalización involucrada. Sus autores declaran claramente que desean eliminar todos los términos cruzados que involucran q 1 ˙ b términos, donde a a 12 q 2 ˙ + a 13 q 3 ˙ + . . . . Eso es,

1 2 a 11 b 2 + b a + . . . = 1 2 a 11 ( b + 1 a 11 a ) 2 + . . . = 1 2 a 11 ( b ) 2 + . . . ,
donde las elipses ... representan términos independientes de b . Los símbolos en negrita no son vectores. Entonces el coeficiente del cuadrado de b es especial y claramente fuera de la definición de a . (Los autores le recuerdan que podría haber comenzado desde cualquier i en lugar de 1). Entonces (1) es correcto y (2) es incorrecto. Recuerde que tiene que modificar los coeficientes de todos los componentes cuárticos de a respectivamente. Ignoré las derivadas de tiempo por simplicidad: puede eliminarlas y volver a insertarlas cuando corresponda.

En cuanto a su propuesta geométrica diferencial, bueno, este es un cambio rígido de variables, y no estoy seguro de lo que estaría proponiendo. En cambio, podría pensar en todo esto como la diagonalización no ortogonal de una matriz simétrica.