無限自由度のハミルトン系に対するシンプレクティック数値積分法

Research Project

Project/Area Number	06221267
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	National Astronomical Observatory of Japan
Principal Investigator	吉田春夫国立天文台, 位置天文・天体力学研究系, 助教授 (70220663)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中井宏国立天文台, 位置天文・天体力学研究系, 助手 (60155653)
Project Period (FY)	1994
Project Status	Completed (Fiscal Year 1994)
Budget Amount *help	¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000) Fiscal Year 1994: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Keywords	ハミルトン力学系 / 微分方程式の数値解法 / 無限自由度
Research Abstract	N体問題に代表されるHamilton系 H=T(p)+V(q)を数値積分する最も原始的、かつ単純なスキームはオイラー法であるが、オイラー法では相空間の面積要素(symplectic 2-form)が一般に保存されず t=0 の(q,p)からt=τの(q^1,p^1)への変換が正準変換とはならない。そして、保存すべきエネルギー値の誤差がsecularに増大し、長時間の数値計算の結果の信頼性を失わせる。この事情は局所的な誤差を小さくするRunge-Kutta型の積分法、および従来の多段型の積分法においても同様である。正準変換型の積分公式(symplectic integrator)は(q,p)から(q^1,p^1)への変換が厳密に正準変換となるように設計された積分法である。正準変換型の積分法に対して今年度我々は次の点を明らかにした。 1:剛体の自由回転を記述するEulerの方程式などのように保存力学系であるにも係わらず通常の意味でのハミルトン系でない力学系が存在する。そのような系に対するSymplectic Integratorの一般化はLie-Poisson Integratorと呼ばれるが、この積分法に対してやはりエネルギーの誤差が永年的に増大しないことを示した。 2:Symplectic Integratorの応用において一つのネックとなっていた可変時間ステップにおいて、Hut et al(1993)によって示唆されたように、時間ステップをスキーム全体の可逆性を保つように決定すればエネルギーの誤差に長年的な誤差が現れないことを確認した。 3:本研究の主題である無限自由度の系への適用は現在準備中で結果には至っていない。