第五章 近代数学史
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第五章
近代数学史
1
.
中世纪的欧洲数学
公元
5
~
11
世纪,
是欧洲历史上的黑暗时期,
直到
12
世纪欧洲数学才开始复苏。
斐波那契(公元
1170
p>
年至公元
1250
年)是第一位有影响的数
学家。他的代表
作《算经》系统介绍了印度、阿拉伯数码,对改变欧洲数学的面貌产生了
很大的影
响。
《算经》中的一个“兔子问题”
< br>,产生了著名的斐波那契数列。
2
.
向近代数学过渡作准备
⑴
代数学的产生
欧洲人在数学上的推进是从代数学开始的,并拉开了近代数学的序幕。特别表
现在三
、四次方程求解和符号代数两个方面。代表人物有:
A
.
塔塔利
亚(公元
1499
年至公元
1557<
/p>
年)意大利数学家,给出了形如:
x
p>
mx
n
(
m
,
n
0
)
三次方程的代数解法
B
.
费罗(
公元
1465
年至公元
1526
年)波伦亚大学的数学教授,给出了形如:
x
p>
mx
n
(
m
,
n
0
)
三次方程的代数解法
C
.
卡尔丹
(公元
1501
年至公元
1576
p>
年)学者,在其著作中公布了这些解法。
并认识到复根是成对出现的
。
D
.
<
/p>
邦贝利(公元
1526
年至公元
1573
年)意大利数学家,在其著作《代数》中
引进了虚数。
E
.
吉拉德
(公元
1593
年至公元
1632
p>
年)荷兰数学家在《代数新发现》中给出
了著名的“代数基本定理”
F
.
p>
韦达(公元
1540
年至公元
1603
年)法国数学家,是数学符号系统化的先驱
和功臣。他使用的代数符号的改进工作由笛卡儿完成。如:
a
,
b
,
c
表示已
知量,
x
,
y
,
z
表示未知量。在方程方面有著名的
韦达定理(方程的根与系
数的关系)
。
3
3
2
p>
⑵
三角学的形成
在
1450
年前,三角学主要是球面三角学,
15
、
16
世纪,德国人开始对三角学
作新的推进。编制了正弦表,
给出了三角函数关系,并采用了
6
个函数:正弦、余
弦、正切、余切、正割、余割。产生了三角恒等式。
在
16
世
纪三角学从天文学中分离出来,成为一个独立的数学分支。
第
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11
页
⑶
射影几何学
射影几何学源于绘画艺术中的透视学(法)
。研究射影几何学的数学家有:
A
.
德沙格
(公元
1591
年至公元
1661
p>
年)法国数学家,在其著作《试论锥面截
一平面所得结果的初稿》<
/p>
中引入
70
多个射影几何术语,
成为从数学上第一个解答透
视法问题的人。
B
.
帕斯卡(公元
1623
年至公元
1662
年)法国数学家,在射影几何学方面的成
就是帕斯卡定理:圆锥曲线的内接六边形对边交点共线。
射影几何产生后不久,就让位于代数、解析几何和微积分。
⑷
对数的发明
数值计算的需要导致了对数的发明。
纳皮尔(公元
1550
年至公元
1617
年)苏格兰数学家在球面天文学的三角学研
< br>究中首先发明对数方法的。对数的发明大大减轻了计算工作量,很快风靡欧洲。
3
.
解析几何学的诞生
近代数学的本质上可以说是变量数学。而变量数学的第
一个里程碑是解析几何
的发明。最重要的前驱是法国数学家奥雷斯姆(公元
1323
年至公元
1382
年)
。但解
析几何的真正发明要归功于法国数学家笛卡儿和费马
。
⑴
笛卡儿
(公元
1596
年至公元
1650
年)
1637
年发
表了著名的哲学著作《更好
地指导推理和寻求科学真理的方法论》
。在这本书的附录《几何学》中,笛卡儿从一
个著名的希腊数学问题~帕波斯问题出发
,系统阐述了解析几何的理论,成为解析
几何的发明人。
p>
笛卡儿也是一位哲学家,他将其《方法论》作为发现真理的一般方法,称之为
“通用数学”
,并概述了这种通用数学的思路。甚至提出一项计划:
任何问题→数学问题→代数问题→方程求解。
p>
笛卡儿坚持用怀疑的态度进行科学研究。他有一句哲学名言:
“我思
故我在”
。
⑵
p>
费马
(公元
1601
年至公元
1665
年)
1629
p>
年,在著作《论平面和立体的轨迹
引论》一书中,清晰地阐述了他的
解析几何原理。并解析地定义了下面的曲线:
直线方程:
d
(
a
x
)
by
圆:
b
x
p>
y
椭圆:
b
x
ky<
/p>
第
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页
2
2
2
2
2
p>
2
抛物线:
x<
/p>
2
dy
,
p>
y
2
dx
双曲线:
xy
k
2
;
x
2
p>
b
2
ky
2
费马还定义了新曲线:
p>
x
m
y
n
a
,
y
n
p>
ax
m
和
r
av
但是费马并没有说明他的解析几何思想是如何形成的。
n
4
.
微积分的创立及分析时代的成果
解析
几何是代数与几何相结合的产物。它将变量引进了数学,使运动与变化的
定量表述成为可
能,从而为微积分的创立打下了基础。
微积分发明之前,在科
学研究上酝酿了近半个世纪,发生了许多重大事件:
①
德国天文学家、数学家开普勒(公
元
1571
年至公元
1630
年)在
1615
年论述了圆锥曲线围绕某直线旋
转而成的立体体积的积分法。
1619
年,公
< br>布了他的行星运动三大定律。
②
意大利物理学家、数学家伽利略(
公元
1564
年至公元
1642
年)在
1638
年建立了自由落体定律、动量
定律。
③
意大利数学家卡瓦列里(公元
1598
年至公元
1647
年)发展了系统的不
可分量方法,即“卡瓦列
里原理”
。
P147
。
④
法国数学家笛卡儿(公
元
1596
年至公元
1650
年)在《几何学》中提出
了求切线的所谓“圆法”
,这种方法本质上是一种代数方法。在推动微积分
的早期发展方面有很大的影响,
p>
牛顿正是以这种方法为起跑点而踏上研究微
积分的道路的。
⑤
法国数学家费马
(公元
1601
年至公元
1665
p>
年)的求极大值与极小值的
方法也可以用来求曲线的切线。
⑥
英国数学家巴罗
(公元
1630
年至公元
1677
p>
年)也给出了求曲线的切线
的“微分三角形”法。巴罗是牛顿的老师
,一位剑桥大学的数学教授。
⑦
<
/p>
英国数学家沃利斯(公元
1616
年至公
元
1703
年)是最早将分析方法引
入
微积分的,具体体现在他的著作《无穷算术》中。他在研究四分之一单位
圆的面积时,<
/p>
得到了
π
的无穷乘积表达式。
这项工作直接引导牛顿发现了有
理数幂的二项式定理。
P154
页。
16
世纪的数学家们的突出工作为微积分的发明铺平了道路。时代的需要和个人
的
才识,使牛顿和莱布尼兹完成了微积分的创立中的最后也是最关键的一步。
⑴
牛顿的“流数术”
牛顿
(公元
1642
年至公元
1727
年)于
1661
年进入剑桥大学三一学院,受教于
第
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页
巴罗。笛卡儿的《几何学》和沃利
斯的《无穷算术》对于他的数学思想的形成影响
最深。正是这两部著作引导牛顿走上创立
微积分之路的。
1664
年,牛顿首
创了小
o
记号表示
x
< br>的无穷小且最终趋于零的增量。
1665
年
11
月,发明了“正流数术”
(微分法)
。
1666
年
5
月,又建立了“反流数术”
(积分法)
。
1666
p>
年
10
月,
写出了
历史上第一篇微积分论文
《流数简论》
。
但未发表。
到
1693
年,又先后写
成了三篇微积分论文:
《运用无限多项方程的分析》
(简称《分
析学》
1669
年)
;
《流数法与无穷级数》
(简称《流数法》
1671
p>
年)
;
《曲线求积术》
(
《求积
术》
1691
年)
。
1687
年出版的力学名著《自然哲学的数学原理》
(简称《原理》
)成为数学史上
划时代的著作。
⑵
莱布尼兹的微积分
莱布尼
兹
(公元
1646
年至公元
1716
年)德国数学家,早年在莱比锡大学学习
法律,同时接触伽利略、开普勒、笛卡儿、帕斯卡和巴罗等人的数学思想。
1667
p>
年
获阿尔特多夫大学法学博士学位。
167
2
年~
1676
年在巴黎任德国驻法国
大使。
从
1672
< br>年开始,
莱布尼兹将他对数列的研究与微积分的运算联系起来。
< br>用笛卡
儿的解析几何研究曲线时,他发现:求切线不过是求差,求积不过是求和。
他首先着眼于求和。在
1675
p>
年
10
月
29
p>
日的一份手稿中,他首次用符号
表
示
sum
。
11
p>
月
11
日的手稿中,
又引进了记号
dx
表示两相邻
x
p>
的值的差,
并寻找
运算和
d
运算的关系,并给出了幂函数的微分和积分的公式
(
P169
页)
。
1677
年,他在一份手稿中明确陈述了微积分基本定理
。
1684
年莱布尼兹发表了他的第
一篇微分学论文
《一种求极大与极小值和求切线
的新方法》
p>
(简称《新方法》
)
。这是数学史上第一篇
正式发表的微分学文献。其中定
义了微分并使用了微分记号
dx
,
dy
。在《新方法》中,他陈述了<
/p>
1677
年得到的函
数和、差、积、商、
乘幂与方根的微分公式(
P171
页)
。并包含了在求拐点以及光
学等方面应用。
< br>1686
年莱布尼兹发表了他的第一篇积分学论文
《深奥
的几何学与不可分量及无
限的分析》
。在这篇积分学论文中,积
分号
第一次出现在印刷出版物上。
莱布尼兹还是二进制数制的发明人(
1679
< br>年《二进制算术》
)
。他也是制造计算
< br>机的先驱(
1674
年制成了第一台做四则运算的“算术
计算机”
)
。
莱布尼兹也是行列式的发明人(
1693
年)
(
P173
页)
。
⑶
分析时代的成果
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微积分的创立,被誉为“人类精神
的最高胜利”
。在数学史上,
18
世纪
可以说
是分析的时代,也是向现代数学过渡的重要时期。
①
微积分的发展
在英国和欧洲大陆,对微积分的发展起重大作用的代表人物有:
泰勒(公元
1685
年至公元
1731
年)英国
数学家,曾做过英国皇家学会的秘书,
以泰勒公式的发现而著称。
麦克劳林(公元
1698
年至公元
1746
年)英国数学家,著有《流数论》
。
棣莫弗(公元
1707
年至公元
1730
年)英国数学家,有著名的棣
p>
(di)
莫弗公式:
(co
s
i
si
n
)
n
<
/p>
cos
n
<
/p>
i
sin
n
<
/p>
(这个公式由欧拉明确地陈述)
上面的三位数学家都是牛顿微积分学说的维护者和继承者。
雅各布·伯努利(公元
1654
年至公元
1705
年)和约翰·伯努利(公元
1667
年
至公元
1748
年)则是莱布尼兹微积分学说的维护者和继承
者。
1
8
世纪微积分最重大的进步是由欧拉作出的。
欧拉(公元
1707
年至公元
1783
年)瑞士
数学家,
13
岁进入巴塞尔大学,受教
于约翰·
伯努利。
他的科学生涯是在俄国圣彼得堡科学院
(公元
1727
年至公元
1741
年;公元
1766
年至公
元
1783
年)和德国柏林科学院(公元
1741
年至公元
1766
年)
p>
度过的。
<
/p>
欧拉是历史上最多产的数学家。他生前发表的著作与论文有
560
余种,死后留
下了大量的手稿。
191
1
至今,瑞士自然科学协会出版了欧拉全集
70
多卷(计划
84
卷)
。
欧拉在
1748
年出版的《无限小分析引论》
,
p>
1755
年发表的《微分学》和《积分
学》
(
1768
~
1770
)是微积分史上里程碑式的著作。其中,他引进了一批标准的数学
符号,如:
f
(
x
)
函数符号;
求和号;
e
自然对数底;
i
虚数单位
在
18
世纪推进微积分及其应用贡献卓
著的欧陆数学家中,
还有法国学派,
代表
人物有:
克莱洛(公元
1713
年至公元
1
765
年)
;
达朗贝尔(公元
< br>1717
年至公元
1783
年)
;
p>
拉格朗日(公元
1736
年至公元
1813
年)
;
蒙日(公元
1746
年至公元
1818
年)
p>
;
拉普拉斯(公元
1749
年至公元
1827
年)
;
勒让德(公元
1752
年至公元
1833
年)<
/p>
。
这一时期,微积分的深入发展表现在以下几个主要方面:
A
.
积分技
术与椭圆积分
(不能用已知的初等函数表示)
(法尼亚诺,欧拉
,拉
格朗日和勒让德及阿贝儿、雅可比)
。
B
.
微积分向多元函数的推广
第
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