ベルトラミの公式

Fの作用として表される汎関数の停留問題を解く際にオイラーラグランジュ方程式が使われます
特にFがxに陽(explicit)に依存しない問題では,より簡便なベルトラミの公式(Beltrami identity)が使えます
変分法 その3の最速降下曲線を参照)


今回はこのベルトラミの公式を確認してみます('A`)
beltrami identity.wxm

y : 曲線
v : dy/dx
%o1にてFがyとvに依存する(xに依存しない)ことを宣言します(画面出力は省略)
%o2にてyとvがxに依存することを宣言します(画面出力は省略)
Fの全微分を%o3式に示します



オイラーラグランジュ方程式を%o4式に示します
上式の両辺にdy/dxを掛けたものを%o5式に示します
上式についてFがxに依存しないことより%o6式を得ます



%o3式と%o6式の和をとり,dF/dxについて解いた結果を%o7式に示します
上式の両辺をxで不定積分します(%o8)
Fとvを書き下すと%10式を得ます(%c1は積分定数


ということで,ベルトラミの公式が得られます