<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1d1 20130915//EN" "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">ptep</journal-id>
<journal-id journal-id-type="hwp">ptep</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Progress of Theoretical and Experimental Physics</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">2050-3911</issn>
<publisher>
<publisher-name>Oxford University Press</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.1093/ptep/ptw172</article-id>
<article-id pub-id-type="publisher-id">ptw172</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Papers</subject>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>General and Mathematical Physics</subject>
</subj-group>
</subj-group>
<subj-group subj-group-type="hwp-journal-coll">
<subject>A10</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Action-angle variables for geodesic motions in Sasaki&ndash;Einstein spaces <inline-formula><mml:math id="I199" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Visinescu</surname><given-names>Mihai</given-names></name><xref ref-type="corresp" rid="ptw172_cor1">&ast;</xref></contrib>
<aff id="AFF1"><italic>Department of Theoretical Physics, National Institute of Physics and Nuclear Engineering, Magurele, P.O. Box M.G.-6, Romania</italic></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="ptw172_cor1">&ast;E-mail: <email>mvisin@theory.nipne.ro</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="ppub">
<month>01</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="epub">
<day>15</day>
<month>01</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>2017</volume>
<issue>1</issue>
<elocation-id>013A01</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>9</day>
<month>9</month>
<year>2016</year>
</date>
<date date-type="rev-recd">
<day>25</day>
<month>10</month>
<year>2016</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>3</day>
<month>11</month>
<year>2016</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&copy; The Author(s) 2017. Published by Oxford University Press on behalf of the Physical Society of Japan.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<license xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" license-type="creative-commons" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><license-p>This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (<ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" ext-link-type="uri">http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link>), which permits unrestricted reuse, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
<license-p>Funded by SCOAP<sup>3</sup></license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="ptw172.pdf"/>
<abstract>
<p>We use action-angle variables to describe the geodesic motions in the 5-dimensional Sasaki&ndash;Einstein spaces <inline-formula><mml:math id="I1" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This formulation allows us to study thoroughly the complete integrability of the system. We find that the Hamiltonian involves a reduced number of action variables. Therefore one of the fundamental frequencies is zero, indicating chaotic behavior when the system is perturbed.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="jel">
<title>Subject Index</title>
<kwd>A10</kwd></kwd-group>
<counts>
<page-count count="10"/>
</counts>
<custom-meta-group>
<custom-meta>
<meta-name>arxiv-id</meta-name>
<meta-value>arXiv:1611.01275</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="SEC1"><title>1. Introduction</title>
<p>There has been considerable interest recently in Sasaki&ndash;Einstein (SE) geometry [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. In dimension five, an infinite family of explicit SE metrics <inline-formula><mml:math id="I2" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math id="I3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has been constructed, where <inline-formula><mml:math id="I4" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="I5" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> are two coprime positive integers, with <inline-formula><mml:math id="I6" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
<p>A <inline-formula><mml:math id="I7" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional manifold <inline-formula><mml:math id="I8" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a <italic>contact manifold</italic> if there exists a 1-form <inline-formula><mml:math id="I9" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&eta;</mml:mi></mml:math></inline-formula> (called a contact 1-form) on <inline-formula><mml:math id="I10" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula> such that
<disp-formula id="ptw172-M1"><label>(1)</label><mml:math id="MM1" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&eta;</mml:mi><mml:mo>&and;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&eta;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&ne;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The <italic>Reeb vector field</italic> <inline-formula><mml:math id="I11" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&xgr;</mml:mi></mml:math></inline-formula> dual to <inline-formula><mml:math id="I12" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&eta;</mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies
<disp-formula id="ptw172-M2"><label>(2)</label><graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="ptw172m2"/></disp-formula>
where <inline-formula><inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="ptw172i13"/></inline-formula> is the operator dual to the wedge product.</p>
<p>A contact Riemannian manifold <inline-formula><mml:math id="I14" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is Sasakian if its metric cone <inline-formula><mml:math id="I15" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x211D;</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the metric
<disp-formula id="ptw172-M3"><label>(3)</label><mml:math id="MM3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
is K&auml;hler [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. Here <inline-formula><mml:math id="I16" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&infin;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> may be considered as a coordinate on the positive real line <inline-formula><mml:math id="I17" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x211D;</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. If the Sasakian manifold is Einstein, the metric cone is Ricci-flat and K&auml;hler, i.e., Calabi&ndash;Yau.</p>
<p>The orbits of the Reeb vector field <inline-formula><mml:math id="I18" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&xgr;</mml:mi></mml:math></inline-formula> may or may not close. If the orbits of the Reeb vector field <inline-formula><mml:math id="I19" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&xgr;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are all closed, then <inline-formula><mml:math id="I20" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&xgr;</mml:mi></mml:math></inline-formula> integrates to an isometric <inline-formula><mml:math id="I21" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> action on <inline-formula><mml:math id="I22" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Since <inline-formula><mml:math id="I23" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&xgr;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is nowhere zero, this action is locally free. If the <inline-formula><mml:math id="I24" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> action is in fact free, the Sasakian structure is said to be <italic>regular</italic>. Otherwise it is said to be <italic>quasi-regular</italic>. If the orbits of <inline-formula><mml:math id="I25" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&xgr;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are not all closed, the Sasakian structure is said to be <italic>irregular</italic> and the closure of the 1-parameter subgroup of the isometry group of <inline-formula><mml:math id="I26" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is isomorphic to a torus <inline-formula><mml:math id="I27" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>].</p>
<p>The homogeneous SE metric on <inline-formula><mml:math id="I28" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, known as <inline-formula><mml:math id="I29" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, represents an example of regular Sasakian structure with <inline-formula><mml:math id="I30" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">SU</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">SU</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> isometry. The <inline-formula><mml:math id="I31" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces have isometry <inline-formula><mml:math id="I32" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">SU</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and for <inline-formula><mml:math id="I33" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> a square they are examples of quasi-regular SE manifolds. The geometries <inline-formula><mml:math id="I34" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="I35" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> not a square are irregular SE spaces.</p>
<p>In a recent paper, Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], the constants of motion for geodesic motions in the 5-dimensional spaces <inline-formula><mml:math id="I36" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have been explicitly constructed. This task was achieved using the complete set of Killing vectors and Killing&ndash;Yano tensors of these toric SE spaces. A multitude of constants of motion have been generated, but only five of them are functionally independent implying the complete integrability of geodesic flow on <inline-formula><mml:math id="I37" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces.</p>
<p>The complete integrability of geodesics permits us to construct explicitly the action-angle variables. The formulation of an integrable system in these variables represents a useful tool for developing perturbation theory. The action-angle variables define an <inline-formula><mml:math id="I38" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dimensional surface that is a topological torus (Kolmogorov&ndash;Arnold&ndash;Moser (KAM) tori) [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
<p>Our motivation for studying the action-angle parametrization of the phase space for geodesic motions in SE spaces comes from recent studies of the nonintegrability and chaotic behavior of some classical configurations of strings in the context of AdS&sol;CFT correspondence. It was shown that certain classical string configurations in <inline-formula><mml:math id="I39" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AdS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] or <inline-formula><mml:math id="I40" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AdS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] are chaotic. Either numerical simulations or an analytic approach through the Kovacic algorithm were used [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>].</p>
<p>The purpose of this paper is to describe geodesic motions in the SE spaces <inline-formula><mml:math id="I41" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the action-angle formulation. We find that the Hamiltonian (energy) involves only four action variables, which have corresponding frequencies different to zero. One of the fundamental frequencies is zero, foreshadowing chaotic behavior when the system is perturbed.</p>
<p>The paper is organized as follows. In the next section we give the necessary preliminaries regarding the metric and the constants of motion for geodesics on <inline-formula><mml:math id="I42" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces. In <xref ref-type="sec" rid="SEC3">Sect. 3</xref> we perform the separation of variables and give an action-angle parametrization of the phase space. The paper ends with conclusions in <xref ref-type="sec" rid="SEC4">Sect. 4</xref>.</p>
</sec>
<sec id="SEC2"><title>2. <inline-formula><mml:math id="I43" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces</title>
<p>The AdS&sol;CFT correspondence represents an important advancement in string theory. A large class of examples consists of type IIB string theory on the background <inline-formula><mml:math id="I44" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AdS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="I45" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> a 5-dimensional SE space. In the framework of AdS&sol;CFT correspondence, <inline-formula><mml:math id="I46" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces have played a central role as they provide an infinite class of dualities.</p>
<p>We write the metric of the 5-dimensional <inline-formula><mml:math id="I47" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] as
<disp-formula id="ptw172-M4"><label>(4)</label><mml:math id="MM4" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mtext>&thinsp;</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mtext>&thinsp;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mtext>&thinsp;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mtext>&thinsp;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mtext>&thinsp;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="ptw172-M5"><label>(5)</label><mml:math id="MM5" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&emsp;&emsp;</mml:mtext><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
This metric is Einstein with <inline-formula><mml:math id="I48" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all values of the constants <inline-formula><mml:math id="I49" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For <inline-formula><mml:math id="I50" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the metric takes the local form of the standard homogeneous metric on <inline-formula><mml:math id="I51" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. Otherwise the constant <inline-formula><mml:math id="I52" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be rescaled by a diffeomorphism and in what follows we assume <inline-formula><mml:math id="I53" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>A detailed analysis of the SE metric <inline-formula><mml:math id="I54" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] showed that for <inline-formula><mml:math id="I55" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="I56" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the first two terms of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M4">4</xref>) give the metric on a round two-sphere. The 2-dimensional <inline-formula><mml:math id="I57" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-space defined by fixing <inline-formula><mml:math id="I58" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="I59" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is fibred over this two-sphere. The range of <inline-formula><mml:math id="I60" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> is fixed so that <inline-formula><mml:math id="I61" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I62" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which implies <inline-formula><mml:math id="I63" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Also it is demanded that <inline-formula><mml:math id="I64" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&ge;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and that <inline-formula><mml:math id="I65" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> lies between two zeros of <inline-formula><mml:math id="I66" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula><mml:math id="I67" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="I68" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. To be more specific, the roots <inline-formula><mml:math id="I69" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the cubic equation
<disp-formula id="ptw172-M6"><label>(6)</label><mml:math id="MM6" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
are real, one negative <inline-formula><mml:math id="I70" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and two positive, the smallest being <inline-formula><mml:math id="I71" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. All of these conditions are satisfied if the range of <inline-formula><mml:math id="I72" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is
<disp-formula id="ptw172-M7"><label>(7)</label><mml:math id="MM7" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Taking <inline-formula><mml:math id="I73" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:math></inline-formula> to be periodic with period <inline-formula><mml:math id="I74" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula><mml:math id="I75" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-fiber at fixed <inline-formula><mml:math id="I76" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="I77" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is topologically a two-sphere. Finally, the period of <inline-formula><mml:math id="I78" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is chosen so as to describe a principal <inline-formula><mml:math id="I79" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> bundle over <inline-formula><mml:math id="I80" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For any <inline-formula><mml:math id="I81" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="I82" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> coprime, the space <inline-formula><mml:math id="I83" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is topologically <inline-formula><mml:math id="I84" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and one may take [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]
<disp-formula id="ptw172-M8"><label>(8)</label><mml:math id="MM8" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi><mml:mi>&ell;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="ptw172-M9"><label>(9)</label><mml:math id="MM9" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&ell;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>To put the formulas in simpler forms, in what follows we also introduce
<disp-formula id="ptw172-M10"><label>(10)</label><mml:math id="MM10" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ptw172-M11"><label>(11)</label><mml:math id="MM11" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The conjugate momenta to the coordinates <inline-formula><mml:math id="I85" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are
<disp-formula id="ptw172-M12"><label>(12)</label><mml:math id="MM12" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>&dot;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
with overdot denoting proper time derivative.</p>
<p>The Hamiltonian describing the motion of a free particle is
<disp-formula id="ptw172-M13"><label>(13)</label><mml:math id="MM13" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&mgr;</mml:mi><mml:mi>&nu;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&mgr;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&nu;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
which for the <inline-formula><mml:math id="I86" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> metric (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M4">4</xref>) and using the momenta (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M12">12</xref>) has the form
<disp-formula id="ptw172-M14"><label>(14)</label><mml:math id="MM14" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Starting with the complete set of Killing vectors and Killing&ndash;Yano tensors of the SE spaces <inline-formula><mml:math id="I87" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it is possible to find quite a lot of integrals of motions [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. However the number of functionally independent constants of motion is only five, implying the complete integrability of geodesic flow on <inline-formula><mml:math id="I88" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces. For example, we can choose as independent conserved quantities the energy
<disp-formula id="ptw172-M15"><label>(15)</label><mml:math id="MM15" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
the momenta corresponding to the cyclic coordinates <inline-formula><mml:math id="I89" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
<disp-formula id="ptw172-M16"><label>(16)</label><mml:math id="MM16" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="I90" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are some constants, and the total <inline-formula><mml:math id="I91" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">SU</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> angular momentum
<disp-formula id="ptw172-M17"><label>(17)</label><mml:math id="MM17" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&rarr;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="SEC3"><title>3. Action-angle variables</title>
<p>The connection between completely integrable systems and toric geometry in the symplectic setting is described by the classical Liouville&ndash;Arnold theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. A dynamical system defined by a given Hamiltonian <inline-formula><mml:math id="I92" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula> on a <inline-formula><mml:math id="I93" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional symplectic manifold <inline-formula><mml:math id="I94" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is called Liouville integrable if it admits <inline-formula><mml:math id="I95" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> functionally independent first integrals in involution. In other words, there are <inline-formula><mml:math id="I96" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> functions <inline-formula><mml:math id="I97" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="I98" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&and;</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>&and;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&ne;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> almost everywhere and
<disp-formula id="ptw172-M18"><label>(18)</label><mml:math id="MM18" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mo>&lcub;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&rcub;</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&forall;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="I99" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by a common invariant level set. If <inline-formula><mml:math id="I100" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is regular, compact, and connected, then it is diffeomorphic to the <inline-formula><mml:math id="I101" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dimensional Lagrangian torus. For <inline-formula><mml:math id="I102" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> degrees of freedom the motion is confined to an <inline-formula><mml:math id="I103" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-torus
<disp-formula id="ptw172-M19"><label>(19)</label><mml:math id="MM19" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#xFE38;</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:mtext>&ensp;&ensp;times</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
These are called <italic>invariant tori</italic> and never intersect taking into account the uniqueness of the solution to the dynamical system, expressed as a set of coupled ordinary differential equations.</p>
<p>In a neighborhood of <inline-formula><mml:math id="I104" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> there are action-angle variables <inline-formula><mml:math id="I105" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>J</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I106" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>w</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> mod <inline-formula><mml:math id="I107" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, such that the symplectic form becomes
<disp-formula id="ptw172-M20"><label>(20)</label><mml:math id="MM20" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover><mml:mo>&sum;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&and;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and the Hamiltonian <inline-formula><mml:math id="I108" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula> depends only on actions <inline-formula><mml:math id="I109" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. An action variable <inline-formula><mml:math id="I110" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> specifies a particular <inline-formula><mml:math id="I111" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-torus <inline-formula><mml:math id="I112" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and is constant since the tori are invariant. The location on the torus is specified by <inline-formula><mml:math id="I113" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> angle variables <inline-formula><mml:math id="I114" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Even though the system is integrable, the dynamics on the singular set (where the differentials of the integrals <inline-formula><mml:math id="I115" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are dependent) can be quite complicated [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>].</p>
<p>In the case of the geodesic motions on <inline-formula><mml:math id="I116" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, for the beginning, we fix a level surface <inline-formula><mml:math id="I117" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&rarr;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the mutually commuting constants of motion (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M15">15</xref>)&ndash;(<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M17">17</xref>). The differentials of the chosen first integrals are real analytic [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. Then it suffices to require their functional independence at least at one point [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] to apply the Liouville&ndash;Arnold theorem. Further we introduce the generating function for the canonical transformation from the coordinates <inline-formula><mml:math id="I118" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="I119" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> are the conjugate momenta (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M12">12</xref>) to the coordinates <inline-formula><mml:math id="I120" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, to the action-angle variables <inline-formula><mml:math id="I121" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>J</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>w</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the indefinite integral
<disp-formula id="ptw172-M21"><label>(21)</label><mml:math id="MM21" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&int;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&sdot;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since the Hamiltonian (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M14">14</xref>) has no explicit time dependence, we can write
<disp-formula id="ptw172-M22"><label>(22)</label><mml:math id="MM22" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with the Hamilton characteristic function
<disp-formula id="ptw172-M23"><label>(23)</label><mml:math id="MM23" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mo>&sum;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&int;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext>&thinsp;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the case of geodesic motions in SE spaces <inline-formula><mml:math id="I122" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the variables in the Hamilton&ndash;Jacobi equation are separable and consequently we seek a solution of the Hamilton characteristic function of the form
<disp-formula id="ptw172-M24"><label>(24)</label><mml:math id="MM24" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The <italic>action variables</italic> <inline-formula><mml:math id="I123" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>J</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> are defined as integrals over a complete period of the orbit in the <inline-formula><mml:math id="I124" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> plane,
<disp-formula id="ptw172-M25"><label>(25)</label><mml:math id="MM25" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&conint;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext>&thinsp;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&conint;</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>&emsp;(no&ensp;summation)</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The <inline-formula><mml:math id="I125" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>&apos;s form <inline-formula><mml:math id="I126" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> independent functions of <inline-formula><mml:math id="I127" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>&apos;s and can be taken as a set of new constant momenta.</p>
<p>Conjugate <italic>angle variables</italic> <inline-formula><mml:math id="I128" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are defined by the equations
<disp-formula id="ptw172-M26"><label>(26)</label><mml:math id="MM26" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover><mml:mo>&sum;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
having a linear evolution in time
<disp-formula id="ptw172-M27"><label>(27)</label><mml:math id="MM27" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&beta;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with <inline-formula><mml:math id="I129" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&beta;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> other constants of integration, and <inline-formula><mml:math id="I130" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> frequencies associated with the periodic motion of <inline-formula><mml:math id="I131" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The Hamilton characteristic functions associated with cyclic variables are
<disp-formula id="ptw172-M28"><label>(28)</label><mml:math id="MM28" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="I132" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I133" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I134" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the constants introduced in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M16">16</xref>).</p>
<p>The corresponding action variables are
<disp-formula id="ptw172-M29"><label>(29)</label><mml:math id="MM29" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi><mml:mi>&ell;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Taking into account Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M14">14</xref>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M23">23</xref>), the Hamilton&ndash;Jacobi equation becomes
<disp-formula id="ptw172-M30"><label>(30)</label><mml:math id="MM30" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>This equation can be written as
<disp-formula id="ptw172-M31"><label>(31)</label><mml:math id="MM31" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>We observe that the left-hand side of this equation depends only on <inline-formula><mml:math id="I135" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and is independent of <inline-formula><mml:math id="I136" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Therefore we may set
<disp-formula id="ptw172-M32"><label>(32)</label><mml:math id="MM32" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with <inline-formula><mml:math id="I137" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> another constant. From the last equation we can evaluate the action variable
<disp-formula id="ptw172-M33"><label>(33)</label><mml:math id="MM33" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&conint;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The limits of integrations are defined by the roots <inline-formula><mml:math id="I138" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="I139" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the expressions in the square root parentheses, and a complete cycle of <inline-formula><mml:math id="I140" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:math></inline-formula> involves going from <inline-formula><mml:math id="I141" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math id="I142" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and back to <inline-formula><mml:math id="I143" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>This integral can be evaluated by elementary means or by using the complex integration method of residues, which turns out to be more efficient [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. For the evaluation of the integral (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M33">33</xref>), we put <inline-formula><mml:math id="I144" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, extend <inline-formula><mml:math id="I145" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> to a complex variable <inline-formula><mml:math id="I146" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and interpret the integral as a closed contour integral in the complex <inline-formula><mml:math id="I147" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-plane. Consider the integrand in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M33">33</xref>):
<disp-formula id="ptw172-M34"><label>(34)</label><mml:math id="MM34" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where the roots
<disp-formula id="ptw172-M35"><label>(35)</label><mml:math id="MM35" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plusmn;</mml:mo></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plusmn;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
are the turning points of the <inline-formula><mml:math id="I148" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>-motion. They are real for
<disp-formula id="ptw172-M36"><label>(36)</label><mml:math id="MM36" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&ge;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and situated in the interval <inline-formula><mml:math id="I149" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>For <inline-formula><mml:math id="I150" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> we specify the right-hand side of the square root from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M34">34</xref>) as positive. We cut the complex <inline-formula><mml:math id="I151" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-plane from <inline-formula><mml:math id="I152" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math id="I153" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the closed contour integral of the integrand is a loop enclosing the cut in a clockwise sense. The contour can be deformed to a large circular contour plus two contour integrals about the poles at <inline-formula><mml:math id="I154" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo>&plusmn;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. After simple evaluation of the residues and the contribution of the large contour integral we finally get
<disp-formula id="ptw172-M37"><label>(37)</label><mml:math id="MM37" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For the action variable corresponding to the <inline-formula><mml:math id="I155" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coordinate we have from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M31">31</xref>),
<disp-formula id="ptw172-M38"><label>(38)</label><mml:math id="MM38" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo>&lcub;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo>&rcub;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
It is harder to evaluate the action variable <inline-formula><mml:math id="I156" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in a closed analytic form taking into account the complicated expression (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M38">38</xref>). In fact, the closed form of <inline-formula><mml:math id="I157" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not at all illuminating. More important is the fact that <inline-formula><mml:math id="I158" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends only on four constants of motion: <inline-formula><mml:math id="I159" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>E</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I160" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I161" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I162" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In consequence, the energy depends only on four action variables <inline-formula><mml:math id="I163" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I164" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I165" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I166" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> representing a reduction in the number of action variables entering the expression for the energy of the system.</p>
<p>For the angular variable <inline-formula><mml:math id="I167" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> we have
<disp-formula id="ptw172-M39"><label>(39)</label><mml:math id="MM39" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Putting <inline-formula><mml:math id="I168" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the second term is
<disp-formula id="ptw172-M40"><label>(40)</label><mml:math id="MM40" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&int;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&int;</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">e</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="ptw172-M41"><label>(41)</label><mml:math id="MM41" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="fraktur">d</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="fraktur">e</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>We require the following integrals [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]:
<disp-formula id="ptw172-M42"><label>(42)</label><mml:math id="MM42" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&int;</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>&Delta;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
evaluated for <inline-formula><mml:math id="I169" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I170" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>&Delta;</mml:mi><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
<disp-formula id="ptw172-M43"><label>(43)</label><mml:math id="MM43" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mo>&int;</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
evaluated for <inline-formula><mml:math id="I171" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. That is the case of the constants <inline-formula><mml:math id="I172" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I173" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I174" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi></mml:math></inline-formula> taking into account the constraint (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M36">36</xref>).</p>
<p>Using these integrals, for the angular variable <inline-formula><mml:math id="I175" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> we get
<disp-formula id="ptw172-M44"><label>(44)</label><mml:math id="MM44" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="fraktur">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">d</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&emsp;</mml:mtext><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">e</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&pgr;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">a</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">b</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="fraktur">c</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi><mml:mo>&plus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The explicit evaluation of the angular variables <inline-formula><mml:math id="I176" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>&theta;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I177" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>&psi;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I178" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>&agr;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="I179" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is again intricate due to the absence of a simple closed form for the action variable <inline-formula><mml:math id="I180" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. However, it is remarkable that one of the fundamental frequencies (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M27">27</xref>)
<disp-formula id="ptw172-M45"><label>(45)</label><mml:math id="MM45" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
is zero, namely
<disp-formula id="ptw172-M46"><label>(46)</label><mml:math id="MM46" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&part;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
since the action <inline-formula><mml:math id="I181" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>&phiv;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> does not enter the expression for the energy.</p>
<p>The topological nature of the flow of each invariant torus (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M19">19</xref>) depends on the properties of the frequencies <inline-formula><mml:math id="I182" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M27">27</xref>). There are essentially two cases [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]:
<list list-type="simple">
<list-item><p>(1) The frequencies <inline-formula><mml:math id="I183" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are nonresonant:
<disp-formula id="ptw172-M47"><label>(47)</label><mml:math id="MM47" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&ne;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&emsp;for&ensp;all&emsp;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&ne;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x2124;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Then, on this torus each orbit is dense and the flow is ergodic.</p></list-item>
<list-item><p>(2) The frequencies <inline-formula><mml:math id="I184" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are resonant or rational dependent:
<disp-formula id="ptw172-M48"><label>(48)</label><mml:math id="MM48" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&emsp;for&ensp;some&emsp;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&ne;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x2124;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The prototype is <inline-formula><mml:math id="I185" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>&ohgr;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&equals;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="I186" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&le;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> zero frequencies and <inline-formula><mml:math id="I187" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&mldr;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&ohgr;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&minus;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nonresonant frequencies.</p></list-item>
</list>
The KAM theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] describes how an integrable system reacts to small nonintegrable deformations. The KAM theorem states that for nearly integrable systems, i.e., integrable systems plus sufficiently small conservative Hamiltonian perturbations, most tori survive, but suffer a small deformation. However the resonant tori, which have rational ratios of frequencies, get destroyed and motion on them becomes chaotic.</p>
<p>In the case of geodesics on <inline-formula><mml:math id="I188" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> space, the frequencies are resonant (<xref ref-type="disp-formula" rid="ptw172-M46">46</xref>) giving way to chaotic behavior when the system is perturbed. The analysis performed in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] confirms the present results produced in the action-angle approach.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="SEC4"><title>4. Conclusions</title>
<p>The action-angle formulation for <inline-formula><mml:math id="I189" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spaces gives us a better understanding of the dynamics of the geodesic motions in these spaces. In spite of the complexity of the evaluation of some variables, we are able to prove that the energy of the system depends on a reduced number of action variables signaling a degeneracy of the system.</p>
<p>This fact corroborates a similar result obtained in the case of geodesic motions in the homogeneous SE space <inline-formula><mml:math id="I190" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. The metric on <inline-formula><mml:math id="I191" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> may be written by utilizing the fact that it is a <inline-formula><mml:math id="I192" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> bundle over <inline-formula><mml:math id="I193" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The evaluations of all action and angle variables was entirely done by putting them in closed analytic forms. In the case of the space <inline-formula><mml:math id="I194" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the isometry is <inline-formula><mml:math id="I195" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">SU</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and there are two pairs of fundamental frequencies that are resonant. The degeneracy of these two pairs of frequencies may be removed by a canonical transformation to new action-angle variables. Finally, the Hamiltonian governing the motions on <inline-formula><mml:math id="I196" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be written in terms of only <italic>three</italic> action variables for which the corresponding frequencies are different from zero.</p>
<p>In conclusion, the action-angle approach offers strong support for the assertion that certain classical string configurations in <inline-formula><mml:math id="I197" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AdS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&times;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="I198" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in a large class of Einstein spaces is nonintegrable [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. It would be interesting to extend the action-angle formulations to other 5-dimensional SE spaces, as well as to their higher-dimensional generalizations, relevant for predictions of the AdS&sol;CFT correspondence.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack><title>Acknowledgements</title>
<p>The author would like to thank the referee for valuable comments and suggestions, which helped to improve the manuscript. This work has been partly supported by the project CNCS-UEFISCDI PN&ndash;II&ndash;ID&ndash;PCE&ndash;2011&ndash;3&ndash;0137 and partly by the project NUCLEU 16 42 01 01&sol;2016.</p>
</ack>
<sec><title>Funding</title>
<p>Open Access funding: <funding-source>SCOAP<sup>3</sup></funding-source>.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sparks</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group>, <source>Surv. Diff. Geom.</source> <volume>16</volume>, <fpage>265</fpage> (<year>2011</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.4310/SDG.2011.v16.n1.a6">doi:10.4310/SDG.2011.v16.n1.a6</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gauntlett</surname><given-names>J. P.</given-names></name><name><surname>Martelli</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Sparks</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Waldram</surname><given-names>D.</given-names></name></person-group>, <source>Adv. Theor. Math. Phys.</source> <volume>8</volume>, <fpage>711</fpage> (<year>2004</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.4310/ATMP.2004.v8.n4.a3">doi:10.4310/ATMP.2004.v8.n4.a3</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boyer</surname><given-names>C.</given-names></name><name><surname>Galicki</surname><given-names>K.</given-names></name></person-group>, <source>Sasakian Geometry</source>, Oxford Mathematical Monographs (<publisher-name>Oxford University Press</publisher-name>, <publisher-loc>Oxford</publisher-loc>, <year>2008</year>).</mixed-citation></ref>
<ref id="B4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Babalic</surname><given-names>E. M.</given-names></name><name><surname>Visinescu</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group>, <source>Mod. Phys. Lett. A</source> <volume>30</volume>, <fpage>1550180</fpage> (<year>2015</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1142/S0217732315501801">doi:10.1142/S0217732315501801</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arnold</surname><given-names>V. I.</given-names></name></person-group>, <source>Mathematical Methods of Classical Mechanics</source> (<publisher-name>Springer</publisher-name>, <publisher-loc>New York</publisher-loc>, <year>1989</year>), <edition>2nd</edition> ed.</mixed-citation></ref>
<ref id="B6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Basu</surname><given-names>P.</given-names></name><name><surname>Pando Zayas</surname><given-names>L. A.</given-names></name></person-group>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>700</volume>, <fpage>243</fpage> (<year>2011</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.physletb.2011.04.063">doi:10.1016/j.physletb.2011.04.063</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Basu</surname><given-names>P.</given-names></name><name><surname>Pando Zayas</surname><given-names>L. A.</given-names></name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>84</volume>, <fpage>046006</fpage> (<year>2011</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.84.046006">doi:10.1103/PhysRevD.84.046006</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kovacic</surname><given-names>J. J.</given-names></name></person-group>, <source>J. Symb. Comput.</source> <volume>2</volume>, <fpage>3</fpage> (<year>1986</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/S0747-7171(86)80010-4">doi:10.1016/S0747-7171(86)80010-4</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gauntlett</surname><given-names>J. P.</given-names></name><name><surname>Martelli</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Sparks</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Waldram</surname><given-names>D.</given-names></name></person-group>, <source>Class. Quant. Grav.</source> <volume>21</volume>, <fpage>4335</fpage> (<year>2004</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/21/18/005">doi:10.1088/0264-9381/21/18/005</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Benvenuti</surname><given-names>S.</given-names></name><name><surname>Kruczenski</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <volume>0610</volume>, <fpage>051</fpage> (<year>2006</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1088/1126-6708/2006/10/051">doi:10.1088/1126-6708/2006/10/051</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Martelli</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Sparks</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group>, <source>Commun. Math. Phys.</source> <volume>262</volume>, <fpage>51</fpage> (<year>2006</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1007/s00220-005-1425-3">doi:10.1007/s00220-005-1425-3</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Slesar</surname><given-names>V.</given-names></name><name><surname>Visinescu</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>V&icirc;lcu</surname><given-names>G. E.</given-names></name></person-group>, <source>Phys. Scr.</source> <volume>89</volume>, <fpage>125205</fpage> (<year>2014</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1088/0031-8949/89/12/125205">doi:10.1088/0031-8949/89/12/125205</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Slesar</surname><given-names>V.</given-names></name><name><surname>Visinescu</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>V&icirc;lcu</surname><given-names>G. E.</given-names></name></person-group>, <source>Ann. Phys.</source> <volume>361</volume>, <fpage>548</fpage> (<year>2015</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.aop.2015.07.016">doi:10.1016/j.aop.2015.07.016</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Goldstein</surname><given-names>H.</given-names></name><name><surname>Poole</surname><given-names>C.</given-names></name><name><surname>Safko</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group>, <source>Classical Mechanics</source> (<publisher-name>Addison-Wesley</publisher-name>, <publisher-loc>San Francisco</publisher-loc>, <year>2002</year>), <edition>3rd</edition> ed.</mixed-citation></ref>
<ref id="B15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Duistermaat</surname><given-names>J. J.</given-names></name></person-group>, <source>Comm. Pure Appl. Math.</source> <volume>33</volume>, <fpage>687</fpage> (<year>1980</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1002/cpa.3160330602">doi:10.1002/cpa.3160330602</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jovanovi&cacute;</surname><given-names>B.</given-names></name></person-group>, <source>Publ. Inst. Math. (N.S.)</source> <volume>84</volume>, <fpage>1</fpage> (<year>2008</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://emis.ams.org/journals/PIMB/098/n098p001.pdf">http://emis.ams.org/journals/PIMB/098/n098p001.pdf</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Visinescu</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group>, <source>Eur. Phys. J. C</source> <volume>76</volume>, <fpage>498</fpage> (<year>2016</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1140/epjc/s10052-016-4348-6">doi:10.1140/epjc/s10052-016-4348-6</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gradshteyn</surname><given-names>I. S.</given-names></name><name><surname>Ryzhik</surname><given-names>I. M.</given-names></name></person-group><person-group person-group-type="editor"><name><surname>Jeffrey</surname><given-names>A.</given-names></name><name><surname>Zwillinger</surname><given-names>D.</given-names></name></person-group>, <source>Table of Integrals, Series, and Products</source>, (<publisher-name>Academic Press</publisher-name>, <publisher-loc>New York</publisher-loc>, <year>2007</year>), <edition>7th</edition> ed.</mixed-citation></ref>
<ref id="B19"><label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>P&ouml;schel</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group>, <source>Proc. Symp. Pure Math.</source> <volume>69</volume>, <fpage>707</fpage> (<year>2001</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/0908.2234v1">https://arxiv.org/pdf/0908.2234v1</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Basu</surname><given-names>P.</given-names></name><name><surname>Das</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Ghosh</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>699</volume>, <fpage>388</fpage> (<year>2011</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.physletb.2011.04.027">doi:10.1016/j.physletb.2011.04.027</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
<ref id="B21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pando Zayas</surname><given-names>L. A.</given-names></name><name><surname>Terrero-Escalante</surname><given-names>C. A.</given-names></name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <volume>1009</volume>, <fpage>094</fpage> (<year>2010</year>). <comment>(<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dx.doi.org/10.1007/JHEP09(2010)094">doi:10.1007/JHEP09(2010)094</ext-link>)</comment></mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>