在讨论之前,先说明一件事,就是物理和数学不同的地方,在于物理是反映世界的,所以有些数学上合理的在物理反而不合理,比如你不可能说某个质点的运动轨迹是y = D(x)吧?毕竟狄利克雷函数这么抽象,现实中物体的运动不可能出现这种情况。所以去看看数理方法,里面就经常会出来一些因为不符合物理就舍去什么的情况,这在物理里面是合理的,但数学上应该就是逼疯数学家的操作了。
那么我们可以说明上文说的第二个问题了,确实是不应该加绝对值的,否则在函数值为零的情况下,该点左右导数不同,该点不可导!在数学上也许没什么,但是物理上麻烦就大了,相当于这个点的角加速度出现了突变,看起来没啥,但是往欧拉动力学方程里面一代就会发现这个时候,另外两个轴的角速度的乘积发生了突变!也就是另外两个轴的角加速度至少一个要无穷大!这在数学里可以说句无穷不存在什么的,但是物理里面出现无穷大可是有大问题的!也就是说这种解必须舍去。
那既然不能加绝对值,那怎么解释实际上1、3轴角速度其中一个可以与初始方向不同,而设的时候却假设了必须相同?这就要扯到第一个问题了。实际上n1、n3可以改变符号即从-1变为+1或从+1变为-1!但是都可以改变吗?什么时候改变?显然如果能变,那么只能在角速度值为零的时候改变,毕竟角速度必须连续变化,角速度不为零的时候改变符号意味着角速度突变,意味着角加速度为无穷大。
在讨论到底改变不改变之前,我们先来看看对于和这俩量无关的2轴角速度会怎么变。由于n1、n3如果都变,那么\(\lambda\)肯定不变,最后结果也肯定不变,因为负负得正嘛。那如果只改变一个呢?那么
\(\lambda\)将会变成类似方波的形式,积分后则是类似三角波的形式,如图
那么2轴角速度积分出来在sn函数里面的则是这样的一个三角波函数代替一次函数。由sn函数和cn函数的定义可知,cn函数为零,也就是符号可能改变时,sn函数在最大值或最小值处。也就是说这个时候sn函数里面的那部分的值只能在sn函数的某个最大值和它相邻一个最小值之间,匀速随时间改变,遇到最值则改变随时间改变的方向。注意到sn函数的周期性,那么2轴角速度的值则不会改变,如图,完全相当于原来的形式。
这也是为什么我错误的过程可以推出正确的结论。因为不过n1和n3到底变不变,怎么变,2轴角速度的表示都不变,推出来的1、3都是那个形式,最多只差正负号。而正负号的改变由上文的讨论,为保证角速度为零时可导,只能且必须在角速度为零时改变。原来直接从根式里面开出来就需要绝对值,绝对值对连续的函数不就相当于在函数值为零处改一次符号吗?负负得正了,符号改回去了!所以绝对值符号和n1可以去掉了,n3可以当做常量取初始值了!
这也就解决了那两个问题。
为方便,往后就按照(4.39)的形式,不带绝对值,且把n3当成常量了,因为结果是完全等价的。
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