约束力学系统的形式不变性与守恒量研究

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该文主要研究约束力学系统的形式不变性与守恒量问题.形式不变性是梅凤翔于2000年首次提出的一种新的对称性概念,形式不变性是指力学系统的动力学函数在群的无限小变换下仍然满足系统原来运动微分方程的一种不变性.根据这一新概念,该文分别建立了各类完整约束力学系统、非完整约束力学系统、Birkhoff力学系统的形式不变性定义和判据;给出了系统形式不变性的结构方程和导出的Noether守恒量,从而形成了约束力学系统形式不变性理论的基本框架.在此基础上,该文深入研究了这些力学系统的形式不变性与Lie对称性的关系,导出了在无限小变换下,形式不变性是Lie对称性的充分必要条件;并给出例子说明,由Lie对称性不能得到的守恒量有可能通过形式不变性来导出,从而证明了形式不变性是寻求力学系统守恒量的一种新途径.该文还进一步研究了由系统形式不变性导出非Noether对称性型守恒量问题,提出了两种通过形式不变性寻求非Noether守恒量的新方法:一是在等时无限小变换下,利用形式不变性与Lie对称性的等价关系,用Hojman的方法寻找非Noether对称性型的、非平凡的守恒量;二是直接从形式不变性出发,既不通过Noether对称性,也不通过Lie对称性来寻找非Noether对称性型的、非平凡的守恒量,并给出例子说明新方法的应用.
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