近代数学史

绝世美人儿
500次浏览
2021年02月16日 18:22
最佳经验
本文由作者推荐

梅园新村纪念馆-

2021年2月16日发(作者:猎德)


第五章



近代数学史



1




中世纪的欧洲数学



< p>
公元


5



11

< p>
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


年至公元


1250< /p>


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”


,产生了着名的斐波那契数列。



2




向近代数学过渡作准备





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


3



mx< /p>


2



n


< /p>


(


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


3



mx< /p>



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


年)学者,在其着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,在其着作《代数》中引进了


虚数。



E




吉拉德 (公元


1593


年至公元


1632


年)荷兰数学家在《代数新发现》中给出了着名


的“代数基本定理”



F




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



示未知量。在方程方面有着名的 韦达定理(方程的根与系数的关系)






三角学的形成



1450


年前,三角学主要是球面三角学,


15

< p>


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

< br>6


个函数:正弦、余弦、正切、余切、


正割、余割。产生 了三角恒等式。





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。

< p>




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


年)法国数学家,在其着作《试论锥面截一平面


所得结果的初稿》


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

< br>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。





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究中首

< p>
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


132 3


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。







笛卡儿


(公元


1596


年至公元


1650


年)


1637


年发表了着名的哲学着作《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,笛卡儿从一个着名的希腊


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。



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。




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”







< /p>


费马


(公元


1601

年至公元


1665


年)


1629< /p>


年,在着作《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


2



x


2



y


2



椭圆:



b


2



x


2


< /p>


ky


2



抛物线:



x


2



dy




y


2



dx< /p>



双曲线:



x y



k


2


;< /p>



x


2



b


2



ky


2



费马还定义了新曲线:




x


m


y


n



a




y


n



ax


m





r


n



av



但是费马并没有说明他的解析几何思想是如何形成的。



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:





< p>
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。

< p>
1619


年,公布了他的行星运动


三大定律。





意大利物理 学家、数学家伽利略


(公元


1564


年 至公元


1642


年)



1638


年建立了


自由落体定律、动量定律。





意大利数学家卡 瓦列里(公元


1598


年至公元


164 7


年)发展了系统的不可分量方


法,即“卡瓦列里原理”



P147






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,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。





法国数学家费马(公元

< p>
1601


年至公元


1665


年)的求极大值与极小值的方法也可


以用来求曲线的切线。





英国数学家巴罗(公元

< p>
1630


年至公元


1677


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。




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 现在他的着作《无穷算术》中。他在研究四分之一单位圆的面积时,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。







牛顿的“流数术”



牛顿


(公元


1642


年至公元


1 727


年)于


1661


年进入剑桥大学 三一学院,受教于巴罗。


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


两部着作引导牛顿走上创立微积分之路的。


1664


年,牛顿首创了小


o< /p>


记号表示


x


的无穷小且最终趋于零的增量 。



1665



11


月,发明了“正流数术”


(微分法)



1666


< br>5


月,又建立了“反流数术”


(积分法)




1666



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< /p>


《分析学》


1669


年)



《流


数法与无穷级数》


(简 称《流数法》


1671


年)



《曲线求积术》



《求积术》

< br>1691


年)




1687


年出版的力学名着《自然哲学的数学原理》


(简称《原理》


)成为数学史上划时代


的着作。







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


年获阿尔特多夫


大学法学博士学位。


1672


年~


1676


年在巴黎任德国驻法国大使。




1672


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。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



10



29


日的一份手稿中,他首次用符号



表示


sum



11



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)


< br>


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》


( 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


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。



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》

< p>
。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(

< p>
1679


年《二进制算术》


。他也是制造计算机的先


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 )






分析时代的成果



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。

< br>




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


勒公式的发现而着称。




麦克劳林(公元


1698


年至公元


1746


年)英国数学家,着有《流数 论》





棣莫弗(公元


1707


年至公元


173 0


年)英国数学家,有着名的棣


(di)


莫弗公式:




(cos




i


sin



)


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< /p>


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。



18


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·



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



至公元


1783


年)和德国柏林科学院(公 元


1741


年至公元


1766


年)度过的。




欧 拉是历史上最多产的数学家。他生前发表的着作与论文有


560


余种,死后留下了大


量的手稿。


1911


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

< br>年出版的


《无限小分析引论》



1755


年发表的


《微分学》



《积分学》



1768



1770


)是微积分史上里程碑式的着作。其中,他引进了 一批标准的数学符号,如:




f< /p>


(


x


)



函数符号;





求和号;



e



自然对数底;



i



虚数单位





18


世纪推进微积分及其应用贡献卓着的欧陆数学家中,< /p>


还有法国学派,


代表人物有:




克莱洛(公元


1713

< p>
年至公元


1765


年)





达朗贝尔(公元


1717


年至公元


1783


年 )





拉 格朗日(公元


1736


年至公元


181 3


年)





蒙日(公元


1746


年至公元


1818


年)





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 )





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


梅园新村纪念馆-


梅园新村纪念馆-


梅园新村纪念馆-


梅园新村纪念馆-


梅园新村纪念馆-


梅园新村纪念馆-


梅园新村纪念馆-


梅园新村纪念馆-