Primera integral lagrangiana

quiero extremizar

d t X ˙ 2 + y ˙ 2 y .

He pensado que, desde el Lagrangiano L ( y , y ˙ , X ˙ ) es t dependiente solo implícitamente, que podría usar el hecho de que

L ( z , z ) L z L / z = C .

Entonces

L y L / y = C 1 ,
L X L / X = C 2

Pero estas dos ecuaciones, cuando sustituimos los valores y los ordenamos, nos dan

d y / d X = C 3 y = C 3 X + b .

Esto ciertamente es incorrecto, se supone que la respuesta es una ecuación circular. Aun así podemos resolverlo de otra manera, todavía estoy confundido: ¿Por qué obtuvimos la respuesta incorrecta usando las dos ecuaciones anteriores? Si, por ejemplo, el Lagrangiano fuera d t X ˙ 2 + y ˙ 2 , podríamos usar el enfoque anterior para obtener la respuesta (en este caso, una línea es la respuesta correcta).

Me resulta difícil decir lo que crees que hiciste porque la notación en tu pregunta es confusa (y esto es presumiblemente lo que te confunde): ¿Cuál es el z en el "hecho" que estás citando? ¿De dónde viene este hecho? ¿Por qué crees que este hecho es válido para ambos X y y (¿y por qué la derivada del tiempo de repente X y no X ˙ )?

Respuestas (3)

Pista: el teorema de Noether produce que

L  no tiene  X -dependencia impulso  pag X  se conserva ,
y
L  no tiene explícito  t -dependencia energía  pag X X ˙ + pag y y ˙ L  se conserva .

con

L = X ˙ 2 + y ˙ 2 y
y como L no es función de x se obtiene que

L X ˙ = X ˙ X ˙ 2 + y ˙ 2 y = constante

de aquí

X ˙ X ˙ 2 + y ˙ 2 y 1 1 + ( d y d X ) 2 y ( X ) = constante

o

1 + d y d X 2 y ( X ) = k 2

Mi intención era mostrar que no necesitas el 𝙱𝚎𝚕𝚝𝚛𝚊𝚖𝚒 𝙸𝚍𝚎𝚗𝚝𝚒𝚝𝚢 para resolver este problema ¿qué tiene de malo?
OK estoy de acuerdo. Termino con la misma ecuación diferencial que la tuya, pero debo admitir que tu enfoque es mejor que el mío, ya que se basa en la Física del problema, mientras que el mío se basa en las Matemáticas.+1

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La Identidad Beltrami:

Si el lagrangiano L ( y , y , X ) de un sistema no depende explícitamente de X , eso es

(01) L X = 0
entonces de la ecuación de Euler-Lagrange
(02) d d X ( L y ) L y = 0
tenemos
(03) d d X ( y L y L ) = 0
entonces
(04) y L y L = constante (Identidad Beltrami)

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Para tu Lagrangiano

(05) X ˙ 2 + y ˙ 2 y d t = 1 + ( y ˙ X ˙ ) 2 y X ˙ d t = 1 + ( d y / d t d X / d t ) 2 y d X d t d t = 1 + ( d y d X ) 2 y d X = 1 + y 2 y d X
eso es
(06) L ( y , y , X ) = 1 + y 2 y

Usando el Lagrangiano (06) podríamos encontrar el X representación paramétrica [ X , y ( X ) ] de la curva sin pasar directamente por su t representación paramétrica [ X ( t ) , y ( t ) ] , que son las ecuaciones del movimiento.

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Sugerencia para la solución

Inserta el Lagrangiano (06) en la Identidad Beltrami (04) encontrar

(H-01) F ( y , y = d y d X ) = a = constante positiva
Resolver ecuación (H-01) con respecto a d X encontrar
(H-02) d X = gramo ( y ) d y
en ecuacion (H-02) hacer un cambio conveniente apropiado de la variable y a una variable angular θ
(H-03) y = h ( θ )
Convertir ecuación (H-02) a algo asi
(H-04) d X = q ( θ ) d θ
Integrar ecuación (H-04) tener
(H-05) X = tu ( θ )
ecuaciones (H-03) y (H-05) Dar un θ representación paramétrica de la órbita de movimiento.

@Billy Istiak: Creo que mi nueva ecuación detallada (05) responde a tu pregunta.
@Billy Istiak: No, mi lagrangiano L ( y , y , X ) de ecuación (06) es independiente de x
L X = 0