欧拉-拉格朗日方程
欧拉-拉格朗日方程 (Euler-Lagrange equation) 为变分法中的一条重要方程。它提供了求泛函的平稳值的一个方法。
设 ,以及 在 中连续,并设泛函第一方程
- 。
若 使得泛函 J(y) 取得局部平稳值,则对于所有的 ,
- 。
推广到多维的情况, 记
- ,
- ,
- 。
若 使得泛函 取得局部平稳值,则在区间 内对于所有的 ,皆有
- 。
第二方程
设 ,及 在 中连续,若 使得泛函 取得局部平稳值,则存在一常数 C ,使得
- 。
例子
设 及 为直角坐标上的两个固定点,欲求连接两点之间的最短曲线。设 ,并且
- ;
这里, 为连接两点之间的曲线。则曲线的弧长为
- 。
现设
- ,
- ,
取偏微分,则
- ,
- ,
- fx = fy = 0 。
若 y 使得 L(y) 取得局部平稳值,则 y 符合第一方程:
- ,
- 。
因此,
- ,
- 。
随 t 积分,
- ,
- ;
这里, 为常数。重新编排,
- ,
- 。
再积分,
- x(t) = rt + r' ,
- y(t) = st + s' 。
代入初始条件
- ,
- ;
即可解得 ,是连接两点的一条线段。
另经过其他的分析,可知此解为唯一解,并且该解使得 L(y) 取得极小值,所以在平面上连结两点间弧长最小的曲线为一直线。