苏雨晴也迅速反应过来:“不止如此。如果轨道可以用参数方程描述,那么约束条件也自然满足,不需要额外处理!”
两人几乎同时抓起笔,在草稿纸上演算。
赵鹏看着他们突然兴奋起来的样子,有点懵:“我……我就是随便一说……”
“你这个‘随便一说’,可能解决了关键问题。”凌凡头也不抬地说,笔尖在纸上飞快移动。
苏雨晴也在快速计算:“设定轨道参数为θ,位置矢量可以写成r(θ),那么速度就是dr/dθ乘以dθ/dt,加速度也类似……”
接下来的二十分钟,三人进入了真正的“共研”状态。
凌凡负责物理分析,确定每个力的表达式如何用参数表示。苏雨晴负责数学推导,把物理方程转化成关于参数θ的微分方程。赵鹏负责检查,确保每一步的物理意义都正确,没有出现违背常识的推导。
“这里不对。”赵鹏突然指着苏雨晴写的一个式子,“这个力的方向反了。按照右手定则,应该是这个方向。”
苏雨晴仔细一看,确实错了:“谢谢,我改。”
“还有这里。”凌凡指着自己写的一个表达式,“这个系数的量纲不对,少了一个时间因子。”
三人互相纠正,互相补充。
原先一个人可能需要几个小时才能理清的问题,在三人的协作下,进展飞快。
但真正的难关还在后面。
当所有方程都建立好后,他们得到了一个关于参数θ的二阶非线性微分方程。这个方程复杂到看一眼就让人头疼,根本无法直接求解。
“这下麻烦了。”苏雨晴皱眉,“这个方程没有解析解。”
“不一定要解析解。”凌凡盯着方程,“题目只要求分析运动特点,不要求具体数值。我们可以用定性分析的方法。”
“定性分析?”赵鹏问。
“就是分析方程的性质,推断解的行为。”凌凡解释,“比如看是否存在周期解,运动是否有界,能量如何变化……”
苏雨晴立刻明白了:“对!可以用相图分析!把方程化成相平面上的轨迹!”
她重新拿起笔,开始进行变量变换。凌凡在旁边协助,两人配合默契,就像合作多年的搭档。
赵鹏虽然看不懂那些复杂的数学变换,但他努力理解每一步的物理意义。当苏雨晴画出一个奇怪的曲线图时,他忍不住问:“这个图是什么意思?”
“这是相图。”苏雨晴指着图上的曲线,“每一条曲线代表一种可能的运动状态。看这里,这些闭合曲线代表周期运动,这些发散曲线代表不稳定运动……”
“那小球会怎么运动?”赵鹏问。
凌凡盯着相图看了很久,缓缓开口:“看初始条件。如果初始能量足够高,小球会做复杂的周期性运动。如果初始能量低,可能会被束缚在某个区域内振动。但因为有摩擦和外力,实际运动会更复杂……”
他忽然停下来,眼睛盯着相图上的某个特殊点。
“等等。”他的声音变得急促,“看这个奇点!它是焦点型奇点,代表一种渐进稳定的周期运动!”
苏雨晴也看到了:“也就是说,无论初始状态如何,经过足够长的时间,小球都会趋近于这种周期运动?”
“对!”凌凡兴奋起来,“这就是题目要我们分析的主要结论——系统存在稳定的周期解,小球的运动会逐渐趋向于这种周期模式!”
难题的突破口,终于找到了。
接下来的一个小时,三人分工明确:凌凡负责分析周期解的性质,计算振幅、频率等参数;苏雨晴负责数学验证,确保推导严密;赵鹏负责物理验证,检查每个结论是否符合物理直观。
当最后的分析完成时,墙上的时钟指向了十一点半。
整整三个半小时。
三个人都筋疲力尽,但眼睛都亮得惊人。
“解出来了。”凌凡放下笔,感觉像跑完了一场马拉松,浑身虚脱又无比畅快。
“而且是完整的定性分析。”苏雨晴看着桌上十几页写满的草稿纸,“如果是一个人,可能一整天都做不完。”
赵鹏盯着那些复杂的推导和结论,忽然说:“我现在明白了……什么叫‘难题共研’。一个人卡住的地方,另一个人可能就有思路。一个人忽略的点,另一个人可能就注意到了。”
“不止如此。”凌凡说,“更重要的是思维碰撞。如果没有你提出参数方程的想法,我们可能还在坐标系的选择上纠结。如果没有雨晴的数学功底,我也做不出相图分析。”
苏雨晴点头:“这就是小组的意义。每个人的长处都能发挥,每个人的短板都能被弥补。”
她开始整理解题过程,准备誊写到正式的笔记本上。按照规则,这道题的完整解析将成为小组的第一份共享资源,供以