Hamilton曲率流(BennettChow,PengLu,LeiNi著)PPT模板

汉密尔顿方程求解

汉密尔顿方程求解汉密尔顿方程（Hamilton's equations）是经典力学中一种非常重要的数学工具，用于描述系统的运动。

它由物理学家威廉·罗维尔·汉密尔顿于1834年提出，是经典力学中的一个基本方程。

汉密尔顿方程的提出是为了解决拉格朗日力学中运动方程的非线性问题。

在拉格朗日力学中，通过引入广义坐标和广义动量，可以将系统的运动方程表示为一组二阶微分方程。

然而，这些方程的求解通常是非常复杂的，尤其是对于复杂的力学系统而言。

汉密尔顿方程的出现，使得我们可以通过一组一阶微分方程来描述系统的运动。

具体而言，对于一个由n个广义坐标q和n个广义动量p描述的力学系统，其汉密尔顿方程可以写为：dq/dt = ∂H/∂pdp/dt = -∂H/∂q其中H(q,p)是系统的哈密顿函数，它是系统的广义坐标q和广义动量p的函数。

哈密顿函数通常是系统的总能量函数，可以通过拉格朗日函数进行变换得到。

汉密尔顿方程的优势在于，它可以更方便地求解系统的运动。

通过将系统的运动方程转化为一阶微分方程，我们可以利用常见的数值计算方法，如欧拉法或四阶龙格-库塔法等，来模拟系统的演化。

这种数值模拟方法在计算机科学和物理学中得到了广泛应用。

汉密尔顿方程还具有一些重要的性质。

首先，它保持系统的能量守恒，即哈密顿函数在系统演化过程中保持不变。

其次，汉密尔顿方程还具有正则变换不变性，即对于任意的正则变换，系统的运动方程形式保持不变。

这使得汉密尔顿方程能够描述各种物理系统的运动，而不受坐标系的选择和变换的影响。

通过汉密尔顿方程，我们还可以得到一些重要的物理量。

例如，系统的哈密顿函数H是系统的总能量函数，广义动量p是系统的动量，广义坐标q是系统的位置。

此外，通过对哈密顿函数的偏导数，可以得到系统的速度、加速度等相关物理量。

汉密尔顿方程是经典力学中一种重要的数学工具，用于描述系统的运动。

它通过将系统的运动方程转化为一阶微分方程，简化了对系统运动的求解过程，并具有能量守恒和正则变换不变性等重要性质。

mean_curvature_flow -回复

mean_curvature_flow -回复什么是平均曲率流(mean curvature flow)？平均曲率流(mean curvature flow)是一种数学模型，用于描述曲面随着时间的演化过程。

它是在1982年由数学家Richard Hamilton首次提出的。

在平均曲率流的模型中，曲面上的每一点的演化速度与其平均曲率成正比。

换句话说，曲面上的每个点都会以一个与曲率成正比的速度向曲面的内部或外部运动。

平均曲率流是基于曲线的曲率概念发展而来的。

曲率的概念可以帮助我们理解曲线或曲面的弯曲程度。

在平均曲率流的模型中，曲面上的每个点的曲率都是由它周围的点的曲率来决定的。

曲面上的每个点的曲率都可以被看作是沿着垂直方向对曲面的偏移量的一个度量。

因此，平均曲率流模型中的曲面演化可以被看作是曲面上表面点的偏移和重新分布的过程。

平均曲率流模型的一个重要特点是平滑性。

在模型中，曲面上的每个点都会向曲面的部分引力中心运动，从而平滑曲面上的细节和尖刺。

这种平滑性使得平均曲率流在图像处理、几何学和计算机辅助设计中都有广泛的应用。

平均曲率流在图像处理中的应用：平均曲率流在图像处理中可以用来去噪、边缘检测和分割等任务。

曲面上的小尺度和细节通常会干扰我们对图像的理解和分析。

通过应用平均曲率流，可以平滑图像中的细节，去除噪声，从而得到更清晰和易于处理的图像。

平均曲率流在几何学中的应用：平均曲率流在几何学中被用来研究曲面的性质和特征。

通过观察曲面的演化过程，我们可以了解到曲面上的点如何受到周围点曲率的影响，并获得曲面的全局性质。

这种洞察力对于研究曲面的拓扑结构、稳定性和形状等方面都有很大的帮助。

平均曲率流在计算机辅助设计中的应用：平均曲率流在计算机辅助设计中被广泛应用于曲面重建和形状优化等任务。

通过观察曲面的演化过程，我们可以对现有曲面进行改进和优化，以满足特定的设计需求。

此外，平均曲率流还可以用于进行形状变换和变形等操作，帮助我们生成符合要求的曲面。

分析力学的3部经典著作及其作者

分析力学的3部经典著作及其作者在任何学科的发展过程中，通常都会出现若干经典著作，反映当时的学科最新研究成果，并对学科后来的发展有深远影响。

分析力学学科也不例外。

若以J. L. Lagrange在1788年出版Méchanique Analytique出版为学科正式诞生的标志，在随后2百多年的学科发展中也有多部经典著作。

本文将介绍的这些经典著作中的3部。

他们是1904年初版于英国的Whittaker的《分析动力学》、1949年出版于德国的Hamel的《理论力学》和1961年出版于俄国的Lurie的《分析力学》。

这些书在近20余年内仍在重印。

需要说明的是，这些书都是分析力学学科的经典著作。

但从整个力学学科，还没有够上武际可先生认定的“1920年以前力学史上的100篇重要文献”(力学与实际，2006年28卷3期85-91页)，虽然笔者个人认为Whittaker的《分析动力学》的重要性和影响已经很接近某些入选的文献。

梅凤翔先生在所著《高等分析力学》中将这几部书都定位为“国外分析力学名著和教材”(44-45页)。

本文介绍的著作，虽然有些包含作者自己的研究成果，但总体上教材的成分更大些。

本文将分别概述这3部经典著作的主要内容，并分析它们的对学科发展的影响和著述特点，同时简要介绍这3部经典的作者。

1 Whittaker的《分析动力学》该书的全名是《质点和刚体的分析动力学教程附三体问题导论(A Treatise on the Analytical Dynamics of Particles and Rigid Bodies with an Introduction to the Problem of Three Bodies)》。

书名冗长，但确切说明了该书的内容。

该书剑桥大学出版社1904年初版，1917、1927、1937年分别出了第2、3和4版。

在每次修订时，作者更新了文献注释。

1944年在美国又Dover 出版社重印。

hamilton原理

hamilton原理Hamilton原理是经典力学中的一个重要原理，它提供了一种全新的描述物理系统演化的方法。

这个原理的提出者是爱尔兰数学家威廉·哈密顿（William Rowan Hamilton），他在19世纪提出了这个原理，并在此基础上建立了哈密顿力学。

Hamilton原理在物理学、工程学和其他领域都有着广泛的应用，对于理解和描述系统的运动和演化具有重要意义。

在经典力学中，物理系统的演化可以由拉格朗日方程或哈密顿方程来描述。

而Hamilton原理则提供了一种更加抽象和普遍的描述方式。

它的核心思想是系统的演化路径是使作用量（action）取极值的路径。

作用量是描述系统在一段时间内的整体行为的量，它是拉格朗日量与时间的积分。

根据Hamilton原理，系统的演化路径是使作用量取极值的路径，这就是著名的“最小作用量原理”。

Hamilton原理的表述可以通过数学形式来描述。

假设系统的演化路径可以用广义坐标$q_i(t)$来描述，其中$i=1,2,...,n$，$t$表示时间。

系统的作用量$S$可以表示为：$$S = \int L(q_i, \dot{q}_i, t) dt$$。

其中$L$是系统的拉格末朗日量，$\dot{q}_i$表示$q_i$对时间的导数。

Hamilton原理可以表述为，系统的演化路径使得作用量$S$取极值。

这个原理可以通过变分法来证明，即对于系统的演化路径做微小的变分，使得作用量的一阶变分为零。

Hamilton原理的重要性在于它提供了一种全新的描述系统演化的方法。

通过最小作用量原理，我们可以得到系统的运动方程，从而描述系统的演化。

在经典力学中，这个原理有着重要的应用，可以用来描述各种物理系统的运动，包括刚体运动、弹性体系、引力系统等等。

除了在经典力学中的应用，Hamilton原理也在其他领域有着重要的作用。

在量子力学中，哈密顿力学是描述微观粒子运动的重要工具，而Hamilton原理则为哈密顿力学提供了基础。

哈密顿力学课件

x
y
F 0 F C
y
y
例4 捷线
T
1
b
1 y2
2g
a
dx y
F 1 y2 F 0 y x
F y F
1
1
y
y 1 y2
2C1
dy 2C1 y
dx
y
y C1 1 cos
dx
2C1 sin2
2
d
C1 1
cos
d
x C1 sin C2
y
C1
1
cos
旋轮线
C1,C2 由边界条件决定
A
F F
sin2 2 sin2
cos0 const.
d sin2 d
tan2 0 cot2
d
d cot
0
tan2 0 cot2
arccos cot0 cot 0 const.
第19页/共57页
cos cos0 sin sin0 cot cot0 0 Rsin sin0 eq. xsin0 cos0 y sin0 sin0 z cos0 0
p,t ,t
p
q,
p,t
力学状态参量变换 q,q q, p
找到新的特征函数，通过对 q, p 的偏导生成力学方程。
第2页/共57页
1．Legendre变换
f f x, y
df f dx f dy x y
udx vdy
d ux xdu vdy
g g u, y
u
f x
u
x,
y
b a
b
a
s 1
F y
d dx
F y
δy dx

hamilton’s原理

hamilton’s原理Hamilton's Principle（哈密尔顿原理）哈密尔顿原理是固体力学和流体力学中的一种经典原理，它是由物理学家威廉·哈密尔顿于1834年提出的。

这一原理在分析力学和物理学研究中具有重要的地位和应用价值。

哈密尔顿原理描述了一个力学系统的运动轨迹可以通过最小化一个称为“作用量”的量来确定。

作用量是一个描述系统运动的物理量，它由系统的拉格朗日函数和时间间隔构成。

在哈密尔顿原理中，我们通过比较不同可能的运动路径的作用量来确定系统的真实运动轨迹。

哈密尔顿原理的核心思想是，对于一个力学系统，在给定初始和末态的情况下，真实的运动路径是使作用量取极值的路径。

具体来说，对于一个固定时间间隔的运动问题，哈密尔顿原理可以表述为：物理系统的真实运动轨迹是使作用量取极值的路径。

这个路径可以通过对系统的拉格朗日函数进行变分得到。

在哈密尔顿原理中，拉格朗日函数起着关键的作用。

拉格朗日函数是一个描述系统运动的函数，它由系统的动能和势能构成。

动能描述了系统的运动状态，势能描述了系统的相互作用。

通过对拉格朗日函数进行变分，我们可以得到系统的运动方程，进而确定系统的真实运动轨迹。

哈密尔顿原理的应用范围广泛，涉及力学、物理学和工程学等多个领域。

在力学中，哈密尔顿原理可以用来推导运动方程和确定系统的平衡态。

在物理学中，哈密尔顿原理可以用来研究量子力学和统计力学问题。

在工程学中，哈密尔顿原理可以用来分析和设计复杂的力学系统。

哈密尔顿原理的重要性不仅在于它提供了一种处理力学问题的方法，更在于它揭示了自然界的一种基本原理。

通过最小化作用量，哈密尔顿原理能够描述系统的真实运动轨迹，从而揭示了自然界中的运动规律和物理定律。

哈密尔顿原理是固体力学和流体力学中的一种经典原理，它描述了一个力学系统的运动轨迹可以通过最小化作用量来确定。

哈密尔顿原理在物理学和工程学中具有广泛的应用价值，它不仅为力学问题的求解提供了一种方法，更揭示了自然界中的运动规律和物理定律。

曲面的热力学几何与曲率流

曲面的热力学几何与曲率流曲面几何学是研究曲面上各种几何性质和曲率的数学分支。

热力学几何学是曲面上与温度场相关的一类几何描述。

而曲率流则是描述曲面随时间演化的数学工具。

本文将探讨曲面的热力学几何与曲率流之间的关系。

一、曲面上的几何性质在曲面上，有一些基本的几何量和性质，如曲率、法向量和曲率圆等。

这些几何量与曲面的形状和曲率有密切关系。

1. 曲率曲率是描述曲面弯曲程度的量。

对于曲面上的一点P，曲率可以分为主曲率和平均曲率。

主曲率表示曲面在某一方向上的最大和最小曲率，平均曲率表示曲面在各个方向上的平均曲率。

2. 法向量曲面上的法向量是与曲面垂直的向量。

通过法向量可以确定曲面的朝向和切平面。

在曲面上的不同点处，法向量的方向和大小会发生变化。

3. 曲率圆曲率圆是与曲面在某一点处曲率相等的圆。

曲率圆的半径与曲率有关，曲率越大，曲率圆的半径越小，曲率越小，曲率圆的半径越大。

二、曲面的热力学几何热力学几何是将热力学概念引入到几何学中的一门学科。

在曲面上，热力学几何可以用来描述温度场和热力学性质与几何性质之间的关系。

1. 温度场曲面上的温度场可以看作是一个变量分布在曲面上的函数。

通过温度场，可以推导出曲面上的梯度、散度和拉普拉斯算子等热力学性质。

2. 散度曲面上的散度描述了热量在曲面上的流动情况。

通过计算温度场的散度，可以得到曲面上的热通量和能量传递情况。

3. 拉普拉斯算子曲面上的拉普拉斯算子描述了温度场的变化率和曲率之间的关系。

通过计算拉普拉斯算子，可以得到曲面上的温度梯度和曲率之间的关联。

三、曲率流的数学描述曲率流是一种描述曲面随时间演化的数学工具。

通过曲率流，可以研究曲面从一个形状演化到另一个形状的过程。

1. 平均曲率流平均曲率流描述了曲面上每一点的法向量会随时间的推移而改变的规律。

在平均曲率流下，曲面上的每个点都会向曲率最小的方向移动，从而改变曲率。

2. 流形演化曲率流可以看作是流形在时间维度上的演化。

通过控制曲率流的参数，可以使曲面收敛或发散，达到不同的形状。

介绍几本关于动力系统_随机微分方程_黎曼曲面和代数数论的好书_黎景辉

２
数学通报２０１４年第５３卷第９期多谈．第五位ＪａｃｏｂＬｕｒｉｅ是美国人，２００４年美国麻省理工学院（博士，导师是ＭＭＩＴ）ｉｃｈａｅｌ－，研究同伦论与代数几何学，现任职在哈Ｈｏｋｉｎｓｐ佛大学．Ｌｕｒｉｅ的贡献是一手创立了单形交换环范畴上的代数几何学（ｅｏｍｅｔｒａｌｅｂｒａｉｃｏｖｅｒｇｙｇ）：即是同伦代数几何ｃｏｍｍｕｔａｔｉｖｅｒｉｎｓｉｍｌｉｃｉａｌｇｐ）学（ｅｏｍｅｔｒＨｏｍｏｔｏｉｃａｌｅｂｒａｉｃ．学这个内容ｇｙｐｇ需先学点Ｇｒｏｔｈｅｎｄｉｅｃｋ的代数几何和八十年代之后的代数拓扑学中的同伦论．还未见国内有人开课教这门学问．Ｌｕｒｉｅ这个理论太新，没有书没有综述论文，只好到Ｌｕｒｉｅ的网站看．Ｌｕｒｉｅ为他的理论基础写了以下一部书－ＨｉｈｅｒＴｏｏｓｇｐ，，ＴｈｅｏｒｂＬｕｒｉｅＡｎｎａｌｓｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓＳｔｕｄ－ｙｙ，（），ｉｅｓ２００９ＰｒｉｎｃｅｔｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＰｒｅｓｓ．ｙ这样把以上九位得奖人的研究方向放在一起便得出以下目前被看重的领域：动力系统，遍历理论，随机偏微分方程，随机变分法，微分几何学，黎曼曲面，模空间理论，椭圆曲线，代数几何学，同伦论，代数数论，自守型论，朗兰茲理论，解析数论．２动力系统自五十年代我国便开始了动力系统的数学理论研究．今日北京大学数学学院就有一个很强的团队，老师中有几位研究这方面的院士．得奖人Ａｖｉｌａ的工作是关于一维动力系统的概率性质和分形几何，以及区间交换映射的遍历性．在教学动力系统（上，ＤｎａｍｉｃａｌＳｓｔｅｍ）的课常常和常ｙｙ，微分方程（混沌ＯｒｄｉｎａｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＥｕａｔｉｏｎ）ｙｑ，分形几何学（理论（ＣｈａｏｓＴｈｅｏｒＦｒａｃｔａｌＧｅ－ｙ），），拓扑动力遍历理论（ｏｍｅｔｒＥｒｏｄｉｃＴｈｅｏｒｙ）ｇｙ（），学ＴｏｏｌｏｉｃａｌＤｎａｍｉｃｓ定点理论（Ｆｉｘｅｄｐｇｙ）等课同时开．反映在教科书上就是ＴｈｅｏｒＰｏｉｎｔｙ经常会同时讨论几个专题．［，Ｄ１］ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＥｕａｔｉｏｎｓｎａｍｉｃａｌｑｙ，，ａｎｄａｎＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＣｈａｏｓＴｈｉｒｄＳｓｔｅｍｓｙ，，ＳＥｄｉｔｉｏｎｂＭｏｒｒｉｓＷ．ＨｉｒｓｃｈｔｅｈｅｎＳｍａｌｅｙｐａｎｄＲｏｂｅｒｔＬ．ＤｅｖａｎｅＭａｒ２６，２０１２），Ａｃａ－ｙ（

完美的证明：一位天才和世纪数学的突破

序言奇迹是这样诞生的（1）序言奇迹是这样诞生的对普通人而言，科学界是神秘的，科学家是神秘的。

而作为一切科学之母的数学界，更是神秘莫测。

但也别忘了，数学家也是人。

有人的地方有就社会，有社会的地方就有江湖。

江湖自有江湖规则。

一旦规则被突破，就会引起哗变。

而2000年代初的这几年，数学江湖界发生了一件接一件相关联的轰动性事件，并突破数学界，引起了全世界的关注，从数学界小江湖蔓延到了整个世界这个大江湖。

先看下列的这些事件：◎2002年11月12日（星期二），05:09:02 -0500（美国东部标准时间），一个名叫格里戈列·佩雷尔曼的俄罗斯人，向世界顶级数学家阵营中的大约20名数学家发去“主题:新的论文预印本”的邮件：“请允许我提醒您关注我在arXiv上发表的论文……”。

而这篇论文以及即将再在这个arXiv网站发表的两篇后续论文，事关当今数学界面临的七大“千年难题”之一--“庞加莱猜想”的彻底破解。

◎随后2－3年，数学界围绕着这个证明的归属，刮起了史无前例的风波。

特别是2006年6月哈佛大学教授丘成桐任主编的《亚洲数学期刊》出版，将所有三百页的篇幅全部用来刊登两位中国数学家的一篇文章---曹怀东和朱熹平的论文《庞加莱猜想和几何化猜想的完全证明--哈密顿-佩雷尔曼Ricci流理论的应用》。

一年后，曹怀东和朱熹平却又贴出了一份他们文章的修订版本，文章的题目也被改成了《哈密顿和佩雷尔曼对庞加莱猜想和几何化猜想的证明》。

2006年6月3日，哈佛大学教授丘成桐在他位于北京的数学研究所举行了新闻发布会上宣布：“哈密顿做出了超过50%的贡献；俄罗斯人佩雷尔曼做出了大约20%的贡献；中国学者丘成桐、朱熹平和曹怀东等做出了30%的贡献。

”一周之后，丘成桐在北京举行的另一次会议说：“中国数学家有理由为完全解决这个难题的巨大成功而骄傲。

”一年后（此段文字可以删除，或将红色部分的文字删除。

）◎2006年8月22日，国际数学家大会在马德里开幕。

第一章 Hamilton系统

某一瞬时系统的运动规律。一有限运动过程中系统的运动规律。
力学原理
变分原理
积分原理
1.2 各力学体系间的关系
1.2.1 各力学体系第一性原理
力学第一性原理也称作力学最高原理，是指力学中最基本最普遍的规律，它是在人类反复实践与深入认识自然界客观规律的过程中建立起来的。原理本身是不需要数学推证的，它的正确性可通过由它推导出的定理和方程对某一自然现象的预测与实际观测的比较来得到证实。对一门学科来说，原理具有高度概括性，学科中的所有定理及方程都可以由它推演出来，因此它对一门学科的所有命题起到了统一的作用。可以说一门学科的系统性与严密性，及其对客观世界反映的深入程度，可从该学科的基本原理的普遍性与概括深度来说明。不变分原理微分原理如牛顿第二定律、达朗贝尔原理等
dP d 2r F m 2 ma dt dt
由牛顿第二定律的表达式我们可以看出其具有以下两个明显的特点：（1）该定律着重讨论质点在力作用下所获得的加速度或在几何空间的运动轨迹，这使得以此为基础的整个牛顿力学具有较强的直观性，但同时也使得牛顿力学的应用具有很大的局限性，只能用于解决纯力学领域的问题。（2）该定律是着眼于单需要解算的独立方程个数也越多，这便是牛顿力学运算较复杂的原因。
经典力学
分析力学
分析力学是Lagrange等人于十八世纪在牛顿力学基础上建立的经典力学的一个体系，因为所用的方法完全是数学分析，故称之为分析力学。它以达朗贝尔原理和Hamilton原理为基础，分析质量和物体的能量情况，由此探讨物体机械运动规律。分析力学中涉及的量多数是标量，如动能、势能、拉格朗日函数、Hamilton函数等，动能和势能是其中最关键的量。分析力学的体系和方法不局限于力学领域，对于物理学的其他领域也非常有用，其原因是它将物理规律抽象为数学原理，揭示了物理规律背后更普遍的性质。