Вопрос 18. Основная система координат. Коэффициенты Ламе.

Ответ.Зафиксируем точку с криволинейными координатами .

Введем следующую аффинную систему координат:

· Начало ее совпадает с точкой .

· Первая координатная ось совпадает с касательной в точке к первой координатной линии.

· Вторая координатная ось совпадает с касательной в точке ко второй координатной линии.

· Третья координатная ось совпадает с касательной в точке к третьей координатной линии.

Так как — дважды непрерывно дифференцируемая функция, то функция будет также дважды непрерывно дифференцируемой по . Аналогичное утверждение справедливо для функции относительно и для функции относительно . Поэтому касательные к координатным линиям в точке существуют. Направляющие векторы этих касательных будут коллинеарны, соответственно, векторам

Выполняется условие:

, поэтому векторы , , в точке будут некомпланарными. Обозначим орты этих векторов , . Тогда можем записать: , , где

.

Величина называется коэффициентом Ламе, соответствующим криволинейной координате .

 

Тройка единичных векторов является линейно независимой, поэтому можно принять ее в качестве базиса аффинной системы координат с полюсом в точке . Будем обозначать такую систему .

Аффинную систему координат с базисом будем называть основной системой координат, соответствующей криволинейным координатам , а координаты произвольной точки в этой системе — контравариантными координатами точки .

 

Из определения 1 (криволинейных координат), формулы (1.5.5) и определения 4 (основной системы) следует, что:

основная система координат существует в любой в точке .

 

Положение ее полюса относительно точки отсчета в абсолютном пространстве и базис однозначно определяются по формулам (1.5.1) и (1.5.5):

 

, (1.5.1)

 

, , (1.5.5)

 

при любых фиксированных значениях криволинейных координат из области .