二阶变分
勒让德条件与雅可比条件区分极大与极小,对应二阶导数的符号与共轭点。
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01定义
欧拉-拉格朗日方程只给驻点,二阶变分区分极大与极小:勒让德条件()与雅可比条件(无共轭点)联合保证弱极小。变分法的「二阶导数检验」。
02核心要点
01
勒让德条件
极小要求 沿驻点曲线——类似 ;强形式(严格正)才够支撑充分条件。
02
雅可比条件与共轭点
二阶变分正定 驻点曲线到端点间无共轭点;测地线越过共轭点后不再是极短路径——球面上「绕远的大圆弧」为例。
03
充分条件体系
外尔斯特拉斯场论给出强极小的充分条件:驻点 + 勒让德强条件 + 无共轭点——经典变分法的完整判据链。
03关键公式
04历史沿革
勒让德 1786 年提出第一个二阶条件(但有漏洞);雅可比 1837 年以共轭点修正;外尔斯特拉斯学派完成充分条件体系。
05应用与延伸
最优控制的二阶最优性条件、结构力学的屈曲分析(失稳 = 二阶变分变号)、广义相对论测地线稳定性的判定。
06交互演示
二阶变分:极小化子的判据拖 λ 越过 π²:泛函 J 的凸性翻转,驻点从极小变极大