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multiplicador de Euler-Lagrange

Digamos que tengo un submanifold de corte de $\mathbb{R}^{n+k}$ $f^{-1}(0)$ donde $f:\mathbb{R}^{n+k} \rightarrow \mathbb{R}^k$ es suave y $0$ es un valor regular. El multiplicador de Lagrange criterio me dice que si $x\in f^{-1}(0)$ es un punto crítico de $g|_{f^{-1}(0)}$ donde $g:\mathbb{R}^{n+k} \rightarrow \mathbb{R}$, entonces no es una función lineal $\lambda:\mathbb{R}^k \rightarrow \mathbb{R}$ tal que $DG(x) + \lambda DF(x) = 0$. Uno puede usar esto para sonda de puntos críticos de $g$ al considerar las soluciones del sistema de ecuaciones $DG(x) + \lambda DF(x) = 0$ $f(x) = 0$ variación $\lambda$.

Puedes adaptar esta en una forma útil para el escenario donde se $g$ es un vector de valores de la función? es decir, $g:\mathbb{R}^{n+k} \rightarrow \mathbb{R}^{l}$ $\lambda:\mathbb{R}^k \rightarrow \mathbb{R}^{l}$

Si no, entonces ¿qué es una buena forma de calcular los conjuntos de puntos críticos de tales funciones con valores vectoriales.

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seanyboy Puntos 3170

Esto puede ser adaptado para el vector de funciones con valores en un cierto sentido. En primer lugar, recordemos las definiciones de un punto crítico:

  • Un punto crítico de una función con valores escalares $\phi\colon\mathbb{R^n} \to \mathbb{R}$ es un punto para el que $D\phi = 0$.

  • Un punto crítico para un vector de valores de la función $\Phi\colon\mathbb{R^n} \to \mathbb{R}^l$ es un punto para el que $\mathrm{rank}(D\Phi) < \min(n,l)$.

Con esto en mente, podemos afirmar que el método de multiplicadores de Lagrange en ambos casos:

  • Un punto crítico de una función con valores escalares $g\colon \mathbb{R}^{n+k}\to\mathbb{R}$ restringido a la submanifold $F^{-1}(0)$ es un punto para el que $Dg + \lambda\,DF = 0$ por alguna función lineal $\lambda$ ($Dg$ es una combinación lineal de las filas de $DF$).

  • Un punto crítico para un vector de valores de la función $G\colon\mathbb{R}^{n+k}\to\mathbb{R}^l$ restringido a la submanifold $F^{-1}(0)$ es un punto para el que $\mathrm{rank}(\frac{DG}{DF}) < \min(n+k,l+k)$ donde $\frac{DG}{DF}$ indica el $(l+k)\times (n+k)$ matriz ampliada cuyo primer $l$ filas $DG$ y cuya restante $k$ filas $DF$.

Usted puede utilizar cualquier método que usted desea comprobar el rango de $\frac{DG}{DF}$. Por ejemplo, en el caso de que $n \geq l$ usted podría tratar de encontrar una solución no trivial para las ecuaciones $$ \mu\,DG + \lambda\,DF = 0\qquad\text{y}\qquad F=0 $$ donde $\mu\colon \mathbb{R}^l\to\mathbb{R}$ $\lambda\colon \mathbb{R}^k\to\mathbb{R}$ son lineales, y "no trivial" significa que $\mu$ no es idéntica a cero. (Esto es equivalente a la comprobación de si las filas de $\frac{DG}{DF}$ son linealmente independientes).

Si $n \leq l$, usted debe comprobar las columnas en su lugar. Esto implica la búsqueda de soluciones no triviales a las ecuaciones $$ DG\,\lambda = 0,\qquad DF\,\lambda = 0\qquad\text{y}\qquad F=0 $$ donde $\lambda\colon \mathbb{R}\to\mathbb{R}^{n+k}$ es lineal, y "no trivial" significa que $\lambda$ no es idéntica a cero.

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