
【计】 quadratic variation
在变分法理论体系中,二次变分(second variation)是判定泛函极值二阶充分条件的重要数学工具。作为一阶变分(first variation)的延伸,其本质是考察泛函在临界点处的二次近似展开形式,类比于多元函数极值判定中的Hessian矩阵分析。
从数学表达式来看,给定泛函: $$ J[y] = int{a}^{b} F(x,y,y')dx $$ 其二次变分可表示为: $$ delta J = frac{1}{2} int{a}^{b} left[ F{yy}h + 2F{yy'}hh' + F_{y'y'}(h') right] dx $$ 其中$h(x)$为满足边界条件的容许变分函数,下标表示对相应变量的二阶偏导数。该表达式源自《变分法基础》(吕德,2018)对泛函泰勒展开的二阶项推导。
在工程力学领域,二次变分正定性是判断平衡状态稳定性的关键判据。根据《弹性稳定性理论》(铁摩辛柯,2016)中的经典论述,当二次变分$delta J > 0$时,系统处于稳定平衡状态;当$delta J < 0$时则处于不稳定状态。这一原理被广泛应用于桥梁结构设计和航天器姿态控制等领域。
值得注意的是,美国数学学会的《数学评论》数据库(MathSciNet)中收录的相关研究显示,现代微分几何将二次变分理论拓展到黎曼流形研究,为爱因斯坦场方程的稳定性分析提供了新工具。这种跨学科应用凸显了该概念的普适性价值。
二次变分(Second Variational Formula)是微分几何中用于研究能量泛函在临界点附近性质的重要工具,尤其在调和映射理论中有核心应用。以下是其核心要点解析:
数学背景:设 ( M ) 和 ( N ) 为黎曼流形,( f: M to N ) 为光滑映射。能量泛函 ( E(f) ) 定义为映射微分模长平方的积分,即: $$ E(f) = int_M |mathrm{d}f| , mathrm{d}V_M $$ 其中 ( mathrm{d}f ) 是 ( f ) 的微分,( dV_M ) 是 ( M ) 的体积元。
临界点:若 ( f ) 是能量泛函的临界点(即调和映射),则其满足一阶变分 ( delta E(f) = 0 )。此时需通过二次变分判断临界点的稳定性(极小值、鞍点等)。
二次变分通过分析能量泛函在临界点附近的二阶变化,揭示了调和映射的稳定性与流形几何间的深层联系。若需进一步了解具体计算或实例,可参考微分几何教材或调和映射专题论文。
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