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Multiplicadores de Lagrange frente a coordenadas generalizadas

Cuando me he visto obligado a explicar a alguien por qué se puede establecer un lagrangiano general y luego incorporar las restricciones mediante multiplicadores de Lagrange, en lugar de establecer un lagrangiano con coordenadas generalizadas desde el principio, me he dado cuenta de que no podía hacerlo; en realidad no sé por qué se puede utilizar uno u otro método, aparte de que aparentemente funciona. ¿Existe algún teorema o alguna sustitución que diga que cualquiera de los dos métodos es válido, o es algo increíblemente obvio y me lo estoy perdiendo?

He revisado uno de mis cursos de vídeo donde el tipo resuelve un problema utilizando tres métodos diferentes, pero nunca menciona por qué son equivalentes, revisado ambos libros de mecánica y cálculo de variaciones para encontrar una explicación y revisado los mensajes en este foro, así como otros foros, pero parece haber perdido, por lo que realmente agradeceré cualquier comentario y referencia de ustedes sobre esto - ¡gracias por leer!

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Nick Puntos 583

Si se trabaja con un número menor de coordenadas (normalmente "curvas" en cierto sentido) y sin multiplicadores de Lagrange, simplemente se está considerando un espacio de configuración que es un submanifold del espacio de configuración completo en el cálculo que sí incluye multiplicadores de Lagrange.

Extremar la acción $S_\textrm{full}$ con multiplicadores de Lagrange $$\delta S_\textrm{full} = 0,\quad S_\textrm{full} = S_\textrm{orig}+\sum\int \lambda (g(x^i)-c) $$ puede considerarse que implica $g(x^i)=c$ - que es la derivada de la acción completa con respecto a los multiplicadores de Lagrange $\lambda$ . Porque $\delta S_\textrm{full} = 0$ implica $g(x^i)=c$ entre otras cosas, podemos asumir esta relación mientras extremamos $S_\textrm{full}$ en el subespacio del espacio de configuración que obedece a las condiciones $g(x^i)=c$ . Pero en este submanifold, $S_\textrm{full}=S_\textrm{orig}$ por lo que las dos condiciones de extremismo son equivalentes.

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Vaya, es mucho mejor de lo que esperaba. Por alguna razón parecían ideas dispares, pero ahora todo es evidente y geométricamente obvio, gracias.

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Así de simple podría ser la vida, el diablo sabe por qué algunos libros de texto hacen bastante ruido con ciertas cosas... :-)

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@bolbteppa pero ¿no estás preguntando cómo las ecuaciones de Lagrange del primer tipo son equivalentes a las ecuaciones de Euler-Lagrange?

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