如何理解哈密頓-雅科比方程?

partial_t S + H = 0


在最優控制(以及隨機控制、動態博弈等)里,也會出現類似的Hamilton-Jacobi方程。

一開始包括實際應用中提出的問題是這樣的:給定一個初始狀態,在一定的限制下,如何達到目的狀態同時使得消耗最小。這一般都可以化成解常微分方程的問題。

但是數學家不是這樣思考問題的:與其一個一個地解這個常微分方程,不如把所有的狀態看作一個空間,每點作為初始狀態時的最小消耗看作這個空間上的一個函數,然後這個函數必定滿足某種類型的HJ方程。(這裡有個很簡單但很基本的原理:如果你最終的選擇是最優的,則在這期間每一個中間步驟的選擇都是最優的)然後通過HJ方程的解我們就可以重新構造出那個常微分方程的解(對任意的初始狀態)。

經典力學差不多也可以用這種觀點看。實際上上面這個觀點我懷疑是從龐家萊起源的:即從單個的常微分方程轉變到對整個空間上的動力系統的研究。


frac{dS}{dt}=frac{partial S}{partial t}+frac{partial S}{partial q}dot{q}

滿足運動方程:

frac{partial S}{partial q}=frac{partial L}{partial dot{q}}=p

frac{dS}{dt}=L

H=p dot{q}-L

H+frac{partial S}{partial t}=0


如何理解。。問題太寬了。。

數學角度,作為將偏微分方程化為常微分方程的一種方式,尋找初積分。

物理角度,就是經典力學了,作為尋找運動積分的普適方法。

阿諾爾德的書不錯,可以一看。

各種經典力學的教材也可以一看。


泛泛地說,哈雅方程是想找到一個正則變換,讓變換後的哈密頓量是0,這樣正則坐標和動量都是守恆量。當然母函數就是要求的S

當然,像樓上說的那樣,哈雅方程在量子力學中和薛定諤方程有一定聯繫。至少形式上如此。當普朗克常熟趨於0時,薛定諤方程退化成哈雅方程,S對應于波函數的相位。

另外,解哈雅方程的常用方法是分離變數:加法形式的分離變數。而解薛定諤方程的常用方法也是分離變數:乘法形式的分離變數。再想到S(概率波的相位)再薛定諤方程中是在e指數上,S的加相當于波函數的乘,這兩個方程的關係就更有意思了~~~


數學和理論(物理)還是有理解上的差距的。

這個方程是量子場論(場論)中描述物體能量與運動的方程,具體的項的含義是物理上的。

你的方程不是全面,是簡寫。


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