闭卷重建Legendre 变换的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
分析力学 · 小纸条
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闭卷重建Hamilton 正则方程的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建相流与 Liouville 定理的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建相图、固定点与分离曲线的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建Hamilton 形式中的约束入口的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建实验:辛 Euler 与相面积的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建作用量、相轨与统计物理接口的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
核心:对 H(q,p,t) 全微分并与 L 的微分比较,得到 qdot=H_p、pdot=-H_q;算例/实验:从谐振子 H=p²/(2m)+kq²/2 画相轨并回到二阶方程;反例:p 是正则动量,含电磁势时不等于机械动量 mv。
核心:若速度 Hessian det(∂²L/∂qdot²)≠0,可由 p=L_qdot 反解 qdot,并定义 H=p·qdot-L;算例/实验:对自然系统与含速度线性项系统分别完成 Legendre 变换;反例:退化 Lagrangian 不能直接反解速度,需要约束 Hamilton 理论。
核心:一自由度自治系统轨道位于 H=E 等值线;鞍点的稳定/不稳定流形构成分离曲线;算例/实验:画单摆相图,区分振动、转动、鞍点和 separatrix 周期发散;反例:相图箭头还需由 Hamilton 方程定向,等高线本身不提供时间参数。
核心:Hamilton 向量场在相空间散度为零,保持相体积;耗散系统一般不满足;算例/实验:计算一自由度 Hamilton 流散度,并跟踪小矩形随流剪切但面积不变;反例:相体积守恒不表示每条距离或普通形状保持。
核心:用 p 先更新、q 后更新的辛 Euler 积分谐振子,比较显式 Euler 的能量和面积漂移;算例/实验:四个步长/初值测试输出长期最大相对能量误差;反例:辛方法保持离散辛结构,不等于逐步精确守恒真实能量。
核心:退化 Legendre 变换产生主约束;一致性条件可能继续产生次约束并区分一类、二类;算例/实验:以带乘子的简单 L 为例识别 p_λ=0 并执行一次一致性检查;反例:这是 Dirac 理论入口,不能用普通正则方程假装所有动量独立。
核心:相空间结构让守恒面、作用量变量和 Liouville 测度进入统计力学;动力学先定义可达轨道;算例/实验:比较同一能量壳上的单条轨道平均与相空间平均,指出遍历假设额外在哪里;反例:Liouville 定理本身不证明遍历性或热化。