Anwendung der 'Lagrange-Euler-Gleichung'

Haudi liebe Leute,

habe einige Probleme mit der Anwendung der Lagrange-Euler-Gleichung, und zwar folgende:

Ich habe hier eine Gleichung h(x,y) [welche ist egal, es geht mir nur um einen Lösungsansatz, nicht um die Lösung :wink:], einen einen Punkt (x,y) auf dem sich „Jemand“ befindet.
Dieser Jemand bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit v in eine bestimmte Richtung.
Jetzt wird nach der Steigrate gefragt, die ich mithilfe der besagten Gleichung ausrechnen soll.
Jetzt heisst es laut der Gleichung dh/dt= ph/pt+ Bewegungsvektor v* Gradient h (es heisst natürlich nicht ph/pt, sonder irgendwas anderes aber ich kann mit der Tastatur nicht 1:1 wiedergeben, sorry :wink:).
Jetzt meine Frage:

  • Ist der Bewegungsvektor einfach die partielle Ableitung der Funktion h nach der Achse, auf der sich der sich der Typ bewegt?

  • Muss ich um diese Gleichung auflösen zu können irgendwelche Punkte eingeben, da mir das Skalarprodukt aus dem Gradienten und dem Bewegungsvektor etwas skurill vorkommt?!

  • Was bedeutet diese ph/pt?

Mit den freundlichsten Grüßen

Green_Pepper

Hallo,

Jetzt heisst es laut der Gleichung dh/dt= ph/pt+
Bewegungsvektor v* Gradient h

dh/dt = ∂h/∂t + v · h

(fette Zeichen = Vektor) Wo ist das Problem, den gesuchten Wert von dh/dt (= die Steigrate) zu finden, indem Du die rechte Seite dieser Gleichung ausrechnest, wenn Du h und v gegeben hast? Da h wegen „h(x, y)“ anscheinend nicht von t abhängt, gibt es für Dich hier sogar bei ∂h/∂t garnichts zu tun, denn das ist ja dann Null.

  • Ist der Bewegungsvektor einfach die partielle Ableitung der
    Funktion h nach der Achse, auf der sich der sich der Typ bewegt?

Nein, v ist v , und irgendwelche ∂h/∂… sind selbstverständlich etwas anderes als v.

  • Muss ich um diese Gleichung auflösen zu können…

Du willst diese Gleichung nicht auflösen. Du willst ihre rechte Seite ausrechnen, that’s all.

da mir das Skalarprodukt aus dem Gradienten
und dem Bewegungsvektor etwas skurill vorkommt?!

Du wirst noch mit ziemlich vielem Bekanntschaft machen, was Dir beim ersten Anblick völlig gaga vorkommt. Lernen heißt, sich dran gewöhnen.

  • Was bedeutet diese ph/pt?

∂h/∂t ist die partielle Ableitung von h nach t, und dh/dt die absolute. Wenn Dein Wanderer stillsteht ( v = 0 ), dann stimmt dh/dt mit ∂h/∂t überein, aber wenn er sich bewegt, im allgemeinen nicht mehr.

Gruß
Martin

PS: d/dt= ∂/∂t + v · heißt „substantielle Ableitung“ oder auch „konvektive Ableitung“. Hat mit den Euler-Lagrange-Gleichungen praktisch nichts zu tun.

Hossa :smile:

Ich habe hier eine Gleichung h(x,y), einen
einen Punkt (x,y) auf dem sich „Jemand“ befindet.
Jetzt heisst es laut der Gleichung dh/dt= ph/pt+
Bewegungsvektor v* Gradient h

Hier geht es im Wesentlichen um den Unterschied zwischen der totalen und der partiellen Ableitung. Du sollst die Funktion h=h(x,y) nach der Zeit t ableiten, obwohl sie ja gar nicht explizit von der Zeit t abhängt. Jedoch hängen die Ortskoordinaten x=x(t) und y=y(t) von der Zeit t ab. Das tun sie immer, wenn sich etwas bewegt. Du könntest nun in der Funkton h alle x durch den Funktionsterm x(t) ersetzen und ebenso alle y durch y(t), so dass die die Funktion h nur noch von t abhängt. Diese Funktion könntest du dann wie gewohnt nach t ableiten.

Es geht jedoch einfacher mit Hilfe der partiellen Integration. Es gilt nämlich:

\frac{d}{dt},h(x,y)=\frac{\partial h}{\partial x},\frac{dx}{dt}+\frac{\partial h}{\partial y},\frac{dy}{dt}

Bei den partiellen Ableitungen (mit dem geschwungenen d) tust du einfach so, als hinge die Funktion h nur von der betreffenden Variablen ab und behandelst alle anderen Variablen als Konstante:

\frac{\partial h}{\partial x}=\mbox{nach x ableiten und so tun als waeren alle anderen Variable konstant}

Die partielle Integration kann nur bei Funktionen auftreten, die von mindestens 2 Variablen abhängen. Die Ableitung dx/dt ist die aus der Schule bekannte Ableitung nach einer Variablen.

Häufig hängen Funktionen in der Physik vom Ort und von der Zeit ab. Sie haben dann die Form

h=h(x,y,z,t)

Natürlich hängen die Ortskoordinaten x, y und z wieder von der Zeit t ab, so dass man die totale Ableitung nach dh/dt berechnen kann:

\frac{dh}{dt}=\frac{\partial h}{\partial x},\frac{dx}{dt}+\frac{\partial h}{\partial y},\frac{dy}{dt}+\frac{\partial h}{\partial z},\frac{dz}{dt}+\frac{\partial h}{\partial t},\frac{dt}{dt}

Natürlich ist das dt/dt am Ende gleich 1 und kann daher weggelassen werden. Die Ableitungen der Ortskoordinaten nach der Zeit ist gleich der Geschwindigkeit in die jeweilige Richtung:

\frac{dh}{dt}=\frac{\partial h}{\partial x},v_x+\frac{\partial h}{\partial y},v_y+\frac{\partial h}{\partial z},v_z+\frac{\partial h}{\partial t}

Die ersten drei Terme kann man als Skalarprodukt von 2 Vektoren schreiben:

\frac{dh}{dt}=\left(\begin{array}{c}\frac{\partial h}{\partial x}\ \frac{\partial h}{\partial y}\ \frac{\partial h}{\partial z}\end{array}\right)\cdot\left(\begin{array}{c}v_x\v_y\v_z\end{array}\right)+\frac{\partial h}{\partial t}

Der erste Vektor ist gerade der Gradient von h, der zweite Vektor ist die Geschwindigkeit v:

\frac{dh}{dt}=\mbox{grad},h\cdot\vec v+\frac{\partial h}{\partial t}

oder in der Schreibweise mit dem Nabla-Operator:

\frac{dh}{dt}=\nabla h\cdot\vec v+\frac{\partial h}{\partial t}

Du musst bei deiner Aufgabe nun einfach dh/dt für die zwei Variablen x und y auszurechnen…

Viele Grüße

Hasenfuß