Add equation numbers in reference manual
[alexxy/gromacs.git] / docs / reference-manual / special / enforced-rotation.rst
index 8c85c88780f20f081e73cc9a75bd77a0b0271e9c..9fb8158dcf77f578afe9cdd19620bbc2ba78c59f 100644 (file)
@@ -78,16 +78,15 @@ with optional mass-weighted prefactors :math:`w_i = N \, m_i/M` with
 total mass :math:`M = \sum_{i=1}^N m_i`. The rotation matrix
 :math:`\mathbf{\Omega}(t)` is
 
-.. math::
-
-   \mathbf{\Omega}(t) =  
-   \left(   
-   \begin{array}{ccc}
-   \cos\omega t + v_x^2{\,\xi\,}& v_x v_y{\,\xi\,}- v_z\sin\omega t  & v_x v_z{\,\xi\,}+ v_y\sin\omega t\\
-   v_x v_y{\,\xi\,}+ v_z\sin\omega t  & \cos\omega t + v_y^2{\,\xi\,}& v_y v_z{\,\xi\,}- v_x\sin\omega t\\
-   v_x v_z{\,\xi\,}- v_y\sin\omega t  & v_y v_z{\,\xi\,}+ v_x\sin\omega t  & \cos\omega t + v_z^2{\,\xi\,}\\
-   \end{array}
-   \right)
+.. math:: \mathbf{\Omega}(t) =  
+          \left(   
+          \begin{array}{ccc}
+          \cos\omega t + v_x^2{\,\xi\,}& v_x v_y{\,\xi\,}- v_z\sin\omega t  & v_x v_z{\,\xi\,}+ v_y\sin\omega t\\
+          v_x v_y{\,\xi\,}+ v_z\sin\omega t  & \cos\omega t + v_y^2{\,\xi\,}& v_y v_z{\,\xi\,}- v_x\sin\omega t\\
+          v_x v_z{\,\xi\,}- v_y\sin\omega t  & v_y v_z{\,\xi\,}+ v_x\sin\omega t  & \cos\omega t + v_z^2{\,\xi\,}\\
+          \end{array}
+          \right)
+          :label: eqnrotmat
 
 where :math:`v_x`, :math:`v_y`, and :math:`v_z` are the components of
 the normalized rotation vector :math:`\hat{\mathbf{v}}`,
@@ -145,17 +144,15 @@ The forces generated by the isotropic potentials
 (eqns. :eq:`%s <eqnpotiso>` and :eq:`%s <eqnpotisopf>`) also contain components parallel to the
 rotation axis and thereby restrain motions along the axis of either the
 whole rotation group (in case of :math:`V^\mathrm{iso}`) or within the
-rotation group, in case of 
-
-.. math:: V^\mathrm{iso-pf}
+rotation group, in case of :math:`V^\mathrm{iso-pf}`.
         
-For cases where
-unrestrained motion along the axis is preferred, we have implemented a
+For cases where unrestrained motion along the axis is preferred, we have implemented a
 “parallel motion” variant by eliminating all components parallel to the
 rotation axis for the potential. This is achieved by projecting the
 distance vectors between reference and actual positions
 
 .. math:: \mathbf{r}_i = \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{u}) - (\mathbf{x}_i - \mathbf{u})
+          :label: eqnrotdistvectors
 
 onto the plane perpendicular to the rotation vector,
 
@@ -191,6 +188,7 @@ Replacing in eqn. :eq:`%s <eqnpotpm>` the fixed pivot
 parallel motion potential. With
 
 .. math:: \mathbf{s}_i = \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^0) - (\mathbf{x}_i - \mathbf{x}_c)
+          :label: eqnparrallelpotential
 
 the respective potential and forces are
 
@@ -225,10 +223,9 @@ rotation axis,
 
 with
 
-.. math::
-
-   \mathbf{p}_i := 
-   \frac{\hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{u})} {\| \hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{u})\|} \ .
+.. math::   \mathbf{p}_i := 
+            \frac{\hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{u})} {\| \hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{u})\|} \ .
+            :label: eqnpotrmpart2
 
 This variant depends only on the distance
 :math:`\mathbf{p}_i \cdot (\mathbf{x}_i -
@@ -247,10 +244,9 @@ Pivot-Free Radial Motion Potential
 Proceeding similar to the pivot-free isotropic potential yields a
 pivot-free version of the above potential. With
 
-.. math::
-
-   \mathbf{q}_i := 
-   \frac{\hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^0)} {\| \hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^0)\|} \, ,
+.. math:: \mathbf{q}_i := 
+          \frac{\hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^0)} {\| \hat{\mathbf{v}}\times \mathbf{\Omega}(t) (\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^0)\|} \, ,
+          :label: eqnpotrmpfpart1
 
 the potential and force for the pivot-free variant of the radial motion
 potential read
@@ -305,16 +301,15 @@ continuous forces also close to the rotation axis, which is not the case
 for :math:`\epsilon'\mathrm{ = }0\mathrm{nm}^2`
 (:numref:`Fig. %s C <fig-equipotential>`). With
 
-.. math::
-
-   \begin{aligned}
-   \mathbf{r}_i & := & \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{u})\\
-   \mathbf{s}_i & := & \frac{\hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i -
-   \mathbf{u} ) }{ \| \hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i - \mathbf{u})
-   \| } \equiv \; \Psi_{i} \;\; {\hat{\mathbf{v}} \times
-   (\mathbf{x}_i-\mathbf{u} ) }\\
-   \Psi_i^{*}   & := & \frac{1}{ \| \hat{\mathbf{v}} \times
-   (\mathbf{x}_i-\mathbf{u}) \|^2 + \epsilon'}\end{aligned}
+.. math:: \begin{aligned}
+          \mathbf{r}_i & := & \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{u})\\
+          \mathbf{s}_i & := & \frac{\hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i -
+          \mathbf{u} ) }{ \| \hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i - \mathbf{u})
+          \| } \equiv \; \Psi_{i} \;\; {\hat{\mathbf{v}} \times
+          (\mathbf{x}_i-\mathbf{u} ) }\\
+          \Psi_i^{*}   & := & \frac{1}{ \| \hat{\mathbf{v}} \times
+          (\mathbf{x}_i-\mathbf{u}) \|^2 + \epsilon'}\end{aligned}
+          :label: eqnpotrm2forcepart1
 
 the force on atom :math:`j` reads
 
@@ -343,15 +338,14 @@ The pivot-free variant of the above potential is
 
 With
 
-.. math::
-
-   \begin{aligned}
-   \mathbf{r}_i & := & \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c)\\
-   \mathbf{s}_i & := & \frac{\hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i -
-   \mathbf{x}_c ) }{ \| \hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i - \mathbf{x}_c)
-   \| } \equiv \; \Psi_{i} \;\; {\hat{\mathbf{v}} \times
-   (\mathbf{x}_i-\mathbf{x}_c ) }\\ \Psi_i^{*}   & := & \frac{1}{ \| \hat{\mathbf{v}} \times
-   (\mathbf{x}_i-\mathbf{x}_c) \|^2 + \epsilon'}\end{aligned}
+.. math:: \begin{aligned}
+          \mathbf{r}_i & := & \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c)\\
+          \mathbf{s}_i & := & \frac{\hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i -
+          \mathbf{x}_c ) }{ \| \hat{\mathbf{v}} \times (\mathbf{x}_i - \mathbf{x}_c)
+          \| } \equiv \; \Psi_{i} \;\; {\hat{\mathbf{v}} \times
+          (\mathbf{x}_i-\mathbf{x}_c ) }\\ \Psi_i^{*}   & := & \frac{1}{ \| \hat{\mathbf{v}} \times
+          (\mathbf{x}_i-\mathbf{x}_c) \|^2 + \epsilon'}\end{aligned}
+          :label: eqnpotrm2pfpart2
 
 the force on atom :math:`j` reads
 
@@ -404,6 +398,7 @@ is the width of the Gaussian function, :math:`\Delta x` the distance
 between adjacent slabs, and
 
 .. math:: \beta_n(\mathbf{x}_i) := \mathbf{x}_i \cdot \hat{\mathbf{v}} - n \, \Delta x \, .
+          :label: eqngaussianpart2
 
 .. _fig-gaussian:
 
@@ -417,12 +412,11 @@ between adjacent slabs, and
 
 A most convenient choice is :math:`\sigma = 0.7 \Delta x` and
 
-.. math::
-
-   1/\Gamma = \sum_{n \in Z}
-   \mbox{exp}
-   \left(-\frac{(n - \frac{1}{4})^2}{2\cdot 0.7^2}\right)
-   \approx 1.75464 \, ,
+.. math:: 1/\Gamma = \sum_{n \in Z}
+          \mbox{exp}
+          \left(-\frac{(n - \frac{1}{4})^2}{2\cdot 0.7^2}\right)
+          \approx 1.75464 \, ,
+          :label: eqngaussianpart3
 
 which yields a nearly constant sum, essentially independent of
 :math:`\mathbf{x}_i` (dashed line in
@@ -491,13 +485,12 @@ used in eqn. :eq:`%s <eqnpotrmpf>` is now replaced by
 :math:`\mathbf{x}_c^n`, the center of mass of the slab.
 With
 
-.. math::
-
-   \begin{aligned}
-   \mathbf{q}_i^n & := & \frac{\hat{\mathbf{v}} \times
-   \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^n) }{ \| \hat{\mathbf{v}}
-   \times \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^n) \| } \\
-   b_i^n         & := & \mathbf{q}_i^n \cdot (\mathbf{x}_i - \mathbf{x}_c^n) \, ,\end{aligned}
+.. math:: \begin{aligned}
+          \mathbf{q}_i^n & := & \frac{\hat{\mathbf{v}} \times
+          \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^n) }{ \| \hat{\mathbf{v}}
+          \times \mathbf{\Omega}(t)(\mathbf{y}_i^0 - \mathbf{y}_c^n) \| } \\
+          b_i^n         & := & \mathbf{q}_i^n \cdot (\mathbf{x}_i - \mathbf{x}_c^n) \, ,\end{aligned}
+          :label: eqnflexpotpart2
 
 the resulting force on atom :math:`j` reads
 
@@ -552,13 +545,8 @@ assume :math:`\mathbf{x}_c` to be constant, and thus
 \partial \mathbf{x}_c / \partial y = \partial \mathbf{x}_c / \partial z = 0`.
 The resulting force error is small (of order :math:`O(1/N)` or
 :math:`O(m_j/M)` if mass-weighting is applied) and can therefore be
-tolerated. With this assumption, the forces
-
-.. math::
-    \mathbf{F}^\mathrm{flex-t}
-   
-have the same form as
-eqn. :eq:`%s <eqnpotflexforce>`.
+tolerated. With this assumption, the forces :math:`\mathbf{F}^\mathrm{flex-t}`
+have the same form as eqn. :eq:`%s <eqnpotflexforce>`.
 
 Flexible Axis 2 Alternative Potential
 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
@@ -796,12 +784,11 @@ rotation axis through pivot point :math:`\mathbf{u}` (see
 eqn. :eq:`%s <eqnproject>` for the definition of
 :math:`\perp`),
 
-.. math::
-
-   \cos \theta_i = 
-   \frac{(\mathbf{y}_i-\mathbf{u})^\perp \cdot (\mathbf{x}_i-\mathbf{u})^\perp}
-        { \| (\mathbf{y}_i-\mathbf{u})^\perp \cdot (\mathbf{x}_i-\mathbf{u})^\perp
-        \| } \ .
+.. math:: \cos \theta_i = 
+          \frac{(\mathbf{y}_i-\mathbf{u})^\perp \cdot (\mathbf{x}_i-\mathbf{u})^\perp}
+               { \| (\mathbf{y}_i-\mathbf{u})^\perp \cdot (\mathbf{x}_i-\mathbf{u})^\perp
+               \| } \ .
+          :label: eqnavanglepart2
 
 The sign of :math:`\theta_\mathrm{av}` is chosen such that
 :math:`\theta_\mathrm{av} > 0` if the actual structure rotates ahead of