On the Poincaré problem of the third integral of the equations of rotation of a heavy asymmetric top
- Authors: Kozlov V.V.1
-
Affiliations:
- Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 88, No 6 (2024)
- Pages: 176-189
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/1607-0046/article/view/272886
- DOI: https://doi.org/10.4213/im9588
- ID: 272886
Cite item
Abstract
The Poincaré problem of the existence of the third integral of the equations of motion of a heavy asymmetric rigid body with a fixed point, which is independent of the integrals of energy and the area integral and which is represented as a series in powers of a small parameter with coefficients in the form of single-valued analytic functions on a six-dimensional phase space, is considered. The small parameter is the ratio of the distance from the center of mass to the suspension point to the characteristic size of the rigid body. This problem was formulated by Poincaré in the fifth chapter of his famous "New Methods of Celestial Mechanics". If we additionally require that the third integral is in involution with the area integral, then the answer to the Poincaré problem is negative (as was shown by the author back in 1975). In this paper, the Poincaré problem is solved in the original general formulation (without the assumption that the Poisson bracket is zero): if the body is dynamically asymmetric, then the third single-valued integral does not exist. The proof uses the Poincaré method, supplemented by some new ideas, as well as a more thorough analysis of the expansion of the perturbing function in a Fourier series in angular variables.
About the authors
Valery Vasil'evich Kozlov
Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences
Email: vvkozlov@presidium.ras.ru
Scopus Author ID: 7402207934
ResearcherId: Q-4001-2016
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor
References
- А. Пуанкаре, “Новые методы небесной механики. I”, Избранные труды, т. I, Наука, М., 1971, 9–328
- Ed. Husson, “Sur un theorème de M. Poincare, relativement au mouvement d'un solide pesant”, Acta Math., 31:1 (1908), 71–88
- В. В. Козлов, “Геометрия переменных “действие–угол” в задаче Эйлера–Пуансо”, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех., 1974, № 5, 74–79
- В. В. Козлов, “Несуществование дополнительного аналитического интеграла в задаче о движении несимметричного тяжелого твердого тела вокруг неподвижной точки”, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех., 1975, № 1, 105–110
- В. В. Козлов, Методы качественного анализа в динамике твердого тела, 2-е изд., НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, М.–Ижевск, 2000, 248 с.
- С. Л. Зиглин, “Ветвление решений и несуществование первых интегралов в гамильтоновой механике. I”, Функц. анализ и его прил., 16:3 (1982), 30–41
- В. В. Козлов, “Несуществование аналитических интегралов вблизи положений равновесия гамильтоновых систем”, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех., 1976, № 1, 110–115
- Т. В. Сальникова, “Неинтегрируемость возмущенной задачи Лагранжа”, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех., 1984, № 4, 62–66
- В. В. Козлов, Д. В. Трещев, “Неинтегрируемость общей задачи о вращении динамически симметричного тяжелого твердого тела с неподвижной точкой. II”, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех., 1986, № 1, 39–44
- С. А. Довбыш, “Расщепление сепаратрис неустойчивых равномерных вращений и неинтегрируемость возмущенной задачи Лагранжа”, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех., 1990, № 3, 70–77
- С. В. Болотин, “Вариационные методы построения хаотических движений в динамике твердого тела”, ПММ, 56:2 (1992), 230–239
- С. Л. Зиглин, “Об отсутствии вещественно-аналитического первого интеграла в некоторых задачах динамики”, Функц. анализ и его прил., 31:1 (1997), 3–11
- А. В. Борисов, И. С. Мамаев, Динамика твердого тела. Гамильтоновы методы, интегрируемость, хаос, 2-е изд., Ин-т компьютерных исследований, М.–Ижевск, 2005, 576 с.
- Ed. Husson, “Recherche des integrales algebriques dans le mouvement d'un solide pesant autour d'un point fixe”, Ann. Fac. Sci. Toulouse Sci. Math. Sci. Phys. (2), 8 (1906), 73–152
- А. И. Докшевич, Решения в конечном виде уравнений Эйлера–Пуассона, Наукова думка, Киев, 1992, 168 с.
Supplementary files
