闭卷重建Hamilton 主函数的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
分析力学 · 小纸条
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闭卷重建定态 Hamilton–Jacobi 方程的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建可分离系统的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建作用量变量的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建绝热不变量的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建实验:HJ 特征函数数值积分的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建从经典作用量到半经典入口的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
核心:H 不显含时可令 S=W(q,α)-Et,得到 H(q,∂W/∂q)=E;W 是特征函数;算例/实验:对一维势写 W=∫sqrt(2m(E-V))dq,并说明转向点;反例:根号分支与经典允许区必须处理,转向点处简单坐标表达会奇异。
核心:若生成函数 S(q,α,t) 把新 Hamiltonian 化为零,则满足 H(q,∂S/∂q,t)+∂S/∂t=0;算例/实验:验证自由粒子 S=px-p²t/(2m) 并由 ∂S/∂p 得直线轨道;反例:HJ 是一阶非线性 PDE;找到一个特解未必构成含足够常数的完全积分。
核心:周期系统的作用量 J=(1/2π)∮p dq 为绝热不变量候选,新 Hamiltonian 仅依赖 J,角变量匀速增长;算例/实验:计算谐振子 J=E/ω,并由 Ω=∂H/∂J 恢复频率;反例:积分回路必须取闭合经典轨道;非束缚运动不能直接套同一公式。
核心:若坐标使 HJ 方程可加分离 W=ΣW_i(q_i),分离常数给出新的守恒量;算例/实验:在球坐标中心势中分离 r、θ、φ,识别能量和角动量常数;反例:坐标可分性是系统结构,不是任何势都可通过猜测获得。
核心:对给定一维势和能量在经典允许区数值积分 W(q)=∫p dq,并比较网格收敛;算例/实验:实现复合梯形法,对自由粒子、常力与谐振子允许区测试;反例:靠近转向点的平方根需要细化或变量代换;越过禁区会进入复值。
核心:参数缓慢变化时 J 在每周期相对改变量的一阶平均近似为零,能量随参数调整;算例/实验:推导缓慢变频谐振子 E/ω 近似守恒并设计数值检验;反例:慢必须相对于内部周期量化;经过 separatrix 时绝热不变量可能跳变。
核心:HJ 的 S 同时控制短波相位,Bohr–Sommerfeld 条件 ∮p dq≈(n+μ/4)h 是经典—量子桥梁;算例/实验:对谐振子用作用量量子化恢复等间隔能级及 Maslov 修正;反例:半经典条件不是精确量子公理,在低量子数和隧穿问题需额外修正。