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对函数(5.1),其实写法有很多种,后面讨论是肯定不会用这种的,不过这样看着舒服,现在就这么写吧。

我们定义:

f(x)=2mglI1[x3+I3(I1I3)ω3022I1E2mglI1x2+I3ω30LzmglI1mglI1x+I1(2EI3ω302)Lz22mglI1](5.3)

x˙2=f(x)

我们先来研究下f(x)的性质。

首先,由于这个问题是可解的,所以,f(x)在[-1,1]上有至少一个值大于零,因为x是章动角的余弦值,而它对时间的导数一定存在。

接下来,带进两个特殊值,计算。

有:

f(1)=I32ω302+2I3ω30LzLz2I12=(I3ω30LzI1)20(5.4)

f(1)=I32ω3022I3ω30LzLz2I12=(I3ω30+LzI1)20(5.5)

所以,f(1)<f(1)0(5.6)

所以,我们可以知道f(x)的大致形状,分为4类。

微信图片_20240202233549.jpg

这个不方便画图,所以只能手画了。

除了情况(1),其他的包括重根都可以看作有三个零点,两个在-1到1之间,一个在1以上。

那么我们先讨论最特殊的情况(1)

此时,若要x˙=dcos(θ)dt存在,只有可能cos(θ)=1,即

θ=0(5.7)

此时章动角只可能为零。

此时由(5.2),代入可得进动角速度,自转角速度。

代入x=1,发现进动角速度是个0/0未定式,可以洛必达求解,当然最简单的方法就是取零,毕竟还是因为欧拉角的缺陷,所以按习惯取有自转无进动。也就是说,此时刚体直立旋转。不妨取初始自转角为零,有:

φ=0,θ=0,ψ=ω30t(5.8)

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