變分原理

變分原理是物理學的一條基本原理,以變分法來表達。 根據科內利烏斯·蘭佐斯的說法,任何可以用變分原理來表達的物理定律描述一種自伴的表示。這種表示也被說成是厄米的,描述了在厄米變換下的不變數菲利克斯·克萊因的愛爾蘭根綱領試圖鑑識這類在一組變換下的不變數。在物理學的諾特定理中,一組變換的龐加萊群(現在廣義相對論中被稱為規範群)定義了在一組依賴於變分原理的變換下的對稱性,即作用原理。

變分定義

變分法是討論泛函極值的工具,所謂泛函,是指函式的定義域是一個無限維的空間,即曲線空間。在歐氏平面中,曲線的長的函式是泛函的一個重要的例子。一般來說,泛函就是曲面空間到實數集的任意一個映射。

函式的微分定義式為f(x+Δx)-f(x)=f'(x)Δx+o(x);那么泛函的微分有類似的定義:Φ(γ+h)-Φ(γ)=F+R,此處F為h的函式,R=o(h^2).注意,這裡和微分不同的是h不一定是無窮小量。

量子力學中的變分原理

設有一個體系,其中能量的有關條件已知,換句話說,已經知道體系的哈密頓算符H。如果不能解薛丁格方程來找出波函式,可以任意猜測一個歸一化的波函式,比如說φ,結果是根據猜測的波函式得到的哈密頓算符的期望值將會高於實際的基態能量。變分原理是變分法的基本原理,用於量子力學和量子化學來近似求解體系基態。

變分定理

變分原理變分原理

泛函

是可微的,其微分(變分)是

參考文獻:

1)錢偉長,《變分法及有限元(上冊)》,科學出版社, 1980年8月第一版

2)Shen Xiaoming(沈孝明),Mixed Compatible Element and Mixed Hybrid Incompatible Element Variational Methods in Dynamic of Viscous Barotropic Fluids,Proceedings ofthe second international confernce on fluid mechanics(Bejing,1993):511-516;

APPLIED MATHEMATICS AND MECHANICS(English Edition),Vol.15,No.6,JUN.1994:561-569

3)沈孝明,粘性流動的最大功率消耗原理不成立——論自然條件不參加變分兼論變分的定義和運算法則,北京大學學報,1990,26(3):291-293

4)Shen Xiaoming(沈孝明),Deformation Power and Complementary Power and so Forth of Compressible Viscous Fluid Floows and Their Applications in Variational Principles,《Some new trends on fluid mechanics and theoretical physics》,Chair man of Editiorial commitee:C.C.Lin(林家翹),Peking UnivercityPress,Frist Edition 1993:305-307

5)沈孝明,粘性流體動力學有限元變分原理,上海力學,1997,18(3):201-206

6)沈孝明,非線性彈性體大變形問題的新廣義變分原理,上海力學,1988,9(4):66-72

外部連結及參考資料

1.Venables, John, "The Variational Principle and some applications". Dept of Physics and Astronomy, Arizona State University, Tempe, Arizona (Graduate Course: Quantum Physics)2.Williamson, Andrew James, "The Variational Principle-- Quantum monte carlo calculations of electronic excitations". Robinson College, Cambridge, Theory of Condensed Matter Group, Cavendish Laboratory. September 1996. (dissertation of Doctor of Philosophy)3.Tokunaga, Kiyohisa, "Variational Principle for Electromagnetic Field". Total Integral for Electromagnetic Canonical Action,

Canonical Theory of Electromagnetics, Chapter VI

著名科學家錢偉長相關知識

錢偉長是我國近代力學的奠基人之一。兼長套用數學、物理學、中文信息學,著述甚豐。特別在彈性力學、變分原理、攝動方法等領域有重要成就。早年提出的薄板薄殼非線性內稟統一理論對歐美的固體力學和理性力學有過重大的影響。創辦了我國第一個力學研究室,籌建了中國科學院力學研究所和自動化研究所。
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