拉格朗日方程(Lagrange equation),因数学物理学家约瑟夫·拉格朗日(Joseph Louis Lagrange,1736~1813) 而命名,是分析力学的重要方程,可以用来描述物体的运动,特别适用于理论物理的研究。拉格朗日方程的功能相当于牛顿力学中的牛顿第二定律。[3][2]拉格朗日方程有两类,常用的是第二类拉格朗日方程,方程的一般形式为。[4][5] 1788年,拉格朗日通过总结、归纳前人的经验,实现了将全部力学都统一在一个普适的原理方法之下的目标,并出版了《分析力学》一书。在书中,他推出了拉格朗日方程。[2]拉格朗日方程是解决具有理想的完整约束[a]的质点系统动力学问题的基本方程,通常用来研究复杂的非自由质点系统动力学问题。[7] 拉格朗日方程在物理学的其他领域有许多应用,如:哈密顿力学的提出、广义动量在拉格朗日的表述、应用于几何光学的拉式不变量以及费曼(Richard Feynman,1918~1988)[b]用经典拉格朗日量提出的路径积分方法等。[8][9][10][11]因此,拉格朗日方程的建立奠定了分析力学基础,描述了力学系统的动力学规律,通过用一个公式去表现尽量多的事项,把力学理论简化成为普遍公式,实现了力学理论的巨大飞跃。[12] 定义
形如的方程称为拉格朗日方程。它属于可就或解出的方程。[5]若有个独立变量,则可以有个拉格朗日方程,它是广义坐标的二阶微分方程,可表示为。如果广义力是保守力,它可以由某一个势能函数导出,即,则拉格朗日方程可简化成,式中:为系统的动能,表示与广义坐标对应的广义力[c],是拉格朗日量,为广义坐标,是时间的函数,为广义速度。[14][15]