Пытался решить задачу из Уиттекера («Аналитическая динамика», Глава I, упражнение 4).
Запутался, и решить не смог, был бы благодарен за подсказку.
Условия задачи:
Точка, движущаяся на плоскости, отнесена к косоугольным осям координат, образующим с какой-нибудь неподвижной прямой углы
![$\[\alpha \]$ $\[\alpha \]$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/0/b/a0b2054e7bad2f2818e3ff801fa7a41882.png)
и
![$\[\beta \]$ $\[\beta \]$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/7/5/2752f8575bc95f27fab1de08c8e498fc82.png)
, где
![$\[\alpha \]$ $\[\alpha \]$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/0/b/a0b2054e7bad2f2818e3ff801fa7a41882.png)
и
![$\[\beta \]$ $\[\beta \]$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/7/5/2752f8575bc95f27fab1de08c8e498fc82.png)
суть заданные функции от времени. Найти компоненты скоростей (т.е., как понимаю, компоненты скоростей в этой косоугольной системе координат).
Моя запутанная попытка решения (Уиттекер в явном виде не применяет коэффициентов Ламэ, и я решил попробовать решить задачу не прибегая к ним).
Нарисуем три прямоугольных системы координат:

Идея была в том, что бы рассмотреть компоненты скорости в двух ортогональных системах координат (
![$\[ox`y`\]
$ $\[ox`y`\]
$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/a/7/9a7f5688e9e2305836c5136dbeea682f82.png)
и
![$\[ox``y``\]
$ $\[ox``y``\]
$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/f/e/7fe6e05071f014033c7d04ee2b82426882.png)
), а затем перейти к координатам
![$\[{y`;y``}\]
$ $\[{y`;y``}\]
$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/7/3/273fa4df4c0781dba4435145e704273582.png)
.
Компоненты скорости точки в системе
![$\[ox`y`\]
$ $\[ox`y`\]
$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/a/7/9a7f5688e9e2305836c5136dbeea682f82.png)
:
![$\[\left\{ \begin{gathered}
\dot x` - \dot \alpha y` \hfill \\
\dot y` + \dot \alpha x` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$ $\[\left\{ \begin{gathered}
\dot x` - \dot \alpha y` \hfill \\
\dot y` + \dot \alpha x` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/d/b/bdb15860b96783704776d0af353aee9282.png)
Скорость точки в системе
![$\[ox``y``\]
$ $\[ox``y``\]
$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/f/e/7fe6e05071f014033c7d04ee2b82426882.png)
:
![$\[\left\{ \begin{gathered}
\dot x`` - \dot \beta y`` \hfill \\
\dot y`` + \dot \beta x`` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$ $\[\left\{ \begin{gathered}
\dot x`` - \dot \beta y`` \hfill \\
\dot y`` + \dot \beta x`` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/a/b/8ab633f03a39e98d7ff31de4a7d3137782.png)
.
Нас интересуют компоненты скорости по осям
![$\[oy`\]
$ $\[oy`\]
$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/2/21279571a84a7dc32022c4769ff9d30482.png)
и
![$\[oy``\]
$ $\[oy``\]
$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/8/b/c8b5bf241afd08d12e6847fdf9898a1882.png)
:
![$\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha x` \hfill \\
\dot y`` + \dot \beta x`` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$ $\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha x` \hfill \\
\dot y`` + \dot \beta x`` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/b/5/5b5d5b9bd88904917ea45d7f6a38e03382.png)
.
Нужно в этих компонентах скорости перейти к переменным
![$\[\left\{ {y`;y``} \right\}\]
$ $\[\left\{ {y`;y``} \right\}\]
$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/6/6/b665c70f691375897444a76a4afe460e82.png)
.
Формулы перехода от одной системы координат к другой:
![$\[\left\{ \begin{gathered}
x` = {A_{11}}x`` + {A_{12}}y`` \hfill \\
y` = {A_{21}}x`` + {A_{22}}y`` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$ $\[\left\{ \begin{gathered}
x` = {A_{11}}x`` + {A_{12}}y`` \hfill \\
y` = {A_{21}}x`` + {A_{22}}y`` \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/f/0/ef0db1c1a695fcde8440aa744281926882.png)
.
Матрица:
![$\[\left( {\begin{array}{*{20}{c}}
{{A_{11}}} & {{A_{12}}} \\
{{A_{21}}} & {{A_{22}}} \\
\end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}
{\cos (\alpha - \beta )} & { - \sin (\alpha - \beta )} \\
{\sin (\alpha - \beta )} & {\cos (\alpha - \beta )} \\
\end{array} } \right)\]
$ $\[\left( {\begin{array}{*{20}{c}}
{{A_{11}}} & {{A_{12}}} \\
{{A_{21}}} & {{A_{22}}} \\
\end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}
{\cos (\alpha - \beta )} & { - \sin (\alpha - \beta )} \\
{\sin (\alpha - \beta )} & {\cos (\alpha - \beta )} \\
\end{array} } \right)\]
$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/3/c/c3c2a6a4e97157605383cb8afad67b3982.png)
.
Из формул перехода получаем:
![$\[x`` = \frac{{y` - {A_{22}}y``}}
{{{A_{21}}}}\]
$ $\[x`` = \frac{{y` - {A_{22}}y``}}
{{{A_{21}}}}\]
$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/0/1/901f674f4fa6a907ca5505e1e289ccb582.png)
![$\[x` = {A_{11}}\left( {\frac{{y` - {A_{22}}y``}}
{{{A_{21}}}}} \right) + {A_{12}}y``\]
$ $\[x` = {A_{11}}\left( {\frac{{y` - {A_{22}}y``}}
{{{A_{21}}}}} \right) + {A_{12}}y``\]
$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/0/3/803db92f4948ac57a671bf69ca991e7582.png)
![$\[x`` = \frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}\]
$ $\[x`` = \frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}\]
$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/e/6/9e6b0d6e71c398cbf93e8105f6b2519482.png)
![$\[x` = \cos (\alpha - \beta )\left( {\frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}} \right) - \sin (\alpha - \beta )y``\]
$ $\[x` = \cos (\alpha - \beta )\left( {\frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}} \right) - \sin (\alpha - \beta )y``\]
$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/9/d/89d631c6c039ff6e4e5334266a6687c982.png)
.
Подставляем:
![$\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha \left( {\cos (\alpha - \beta )\left( {\frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}} \right) - \sin (\alpha - \beta )y``} \right) \hfill \\
\dot y`` + \dot \beta \left( {\frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}} \right) \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$ $\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha \left( {\cos (\alpha - \beta )\left( {\frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}} \right) - \sin (\alpha - \beta )y``} \right) \hfill \\
\dot y`` + \dot \beta \left( {\frac{{y` - \cos (\alpha - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}}} \right) \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/8/c/38c246e793fe46eec80b2a5cd60fac2182.png)
.
Преобразуем:
![$\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha y`ctg(\alpha - \beta ) - \frac{{\dot \alpha y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\dot y`` - \dot \beta y``ctg(\alpha - \beta ) + \frac{{\dot \beta y`}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$ $\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha y`ctg(\alpha - \beta ) - \frac{{\dot \alpha y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\dot y`` - \dot \beta y``ctg(\alpha - \beta ) + \frac{{\dot \beta y`}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/8/4/3840d9c477e1c0e7329540db9913f28182.png)
.
Ответ в книжке же имеет вид (с точностью до обозначений и с учётом нечётности синуса):
![$\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha y`ctg(\alpha - \beta ) + \frac{{\dot \beta y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\dot y`` - \dot \beta y``ctg(\alpha - \beta ) - \frac{{\dot \alpha y`}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$ $\[\left\{ \begin{gathered}
\dot y` + \dot \alpha y`ctg(\alpha - \beta ) + \frac{{\dot \beta y``}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\dot y`` - \dot \beta y``ctg(\alpha - \beta ) - \frac{{\dot \alpha y`}}
{{\sin (\alpha - \beta )}} \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/f/a/afa758232920221b84624d45ed75577682.png)
.
(кстати, в русском издании в ответе есть опечатка, которую я поправил по оригиналу).
Разница в знаке, возможно, связана с тем, что я что-то перепутал в коэффициентах.
Но вот почему там в последних слагаемых производные от других углов?
В общем, у меня такое чувство, что где-то основательно перепутал, и возможно, вообще пошёл по неверному пути

.
Если не трудно, дайте подсказку, или укажите ошибку.