變分法
橫截條件(transversality condition)
/ trans-ver-SAL-ih-tee /
自然邊界條件處理可上下自由滑動的端。橫截條件處理更豐富的情形:一個不固定、卻必須落在給定曲線或曲面上的端點——比如路徑必須在某條目標線上某處結束,或一艘船須抵達一條移動的海岸線,而確切的登陸點留給最佳化去選。橫截性就是那個額外的方程,可以說,它告訴你最優路徑應以什麼樣的「正確角度」與那個目標相交。
當端點可沿一條約束曲線滑動時,一階變分中的邊界項不再簡單地為零;端點的變分反而與約束曲線的斜率相聯繫。要求總一階變分為零,便產生一個把 L、dL/dy' 與目標曲線在相交點處斜率聯繫起來的關係。那個關係就是橫截條件。在端點只能純豎直移動的特例(目標是一條豎直線,即在固定 x 處取自由值)下,它退化回自然邊界條件 dL/dy' = 0;橫截性是一般的母條件,自然邊界條件是它的特例子。
橫截性在最優控制以及具有自由終端時間或目標集(而非目標點)的問題中不可或缺——從一點到一個圓的最短路徑與該圓垂直相交(弧長的橫截條件字面上就是正交性),而到移動邊界的最短時間軌跡滿足它自己的橫截關係。誠實的表述:單憑內部的歐拉-拉格朗日方程從來不能確定一個變分問題;你總需要正確的邊界資訊,而當端自由或被約束在曲線上時,橫截性正是正確提供它的東西。給它貼錯標籤或遺漏它,是錯誤「最優」路徑的常見來源。
從定點 P 到給定曲線 C 的最短路徑以直角終於 C 上:弧長泛函的橫截條件恰好就是垂直性。任何以斜角與 C 相交的路徑,都可以通過滑動端點而縮短,故不可能是最優。
以橫截性所規定的角度與目標曲線相交——對弧長而言,那個角度是直角。
橫截性推廣的是自然邊界條件,而非歐拉-拉格朗日方程。內部方程仍主宰路徑的形狀;橫截性只確定自由端或受曲線約束的端點如何表現。
又稱
另見