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微积分的创立与数学家克莱因

 hleadery 2012-03-22

克莱因(M.Klein)

克莱因(M.Klein)认为:微积分的创立,首先是处于17世纪主要两科学问题,即有四种主要类型的问题有待微积分去解决。

第一类:已知物体移动的距离表示为时间的函数的公式,求物体在任意时刻的速度和加速度;反过来,已知物体的加速度表示为时间的函数的公式,求速度和距离。

第二类:问题是求曲线的切线,这是一个几何问题,但对科学的应用有巨大的影响。

第三类:问题是求函数的极大极小值。

第四类:问题包括求曲线的长度,曲线围成的面积等等。

首先对微积分的创造作出贡献的是开普勒和伽利略。用无数个无穷小之和计算面积和体积是开普勒的基本思想,而这一思想的精华是从阿基米德的著作中吸收的,伽利略则奠定了实验和理论协调的近代科学精神,这对于微积分的形成是至关重要的。

对于微积分的孕育有重要影响的是1635 年卡瓦列利 (B.Cavalieri意大利)《不可分连续量的几何学》的发表,他对前人的那些微积分结果作了初步系统的综合。并创立了一种简易形式的积分法棗不可分量法,使卡瓦列利的不可分量更接近于定积分计算的,是法国的帕斯卡(B.Pascal)和英国的瓦里士(J.Wallis)。瓦里士是牛顿、莱布尼兹之前把分析方法引入微积分的工作做得最多的人。对微积分的孕育具有重要影响的人物是法国的费马(Fermat),最迟在1636年他已达到求积分方法上的算术化程度,微积分的另一个重要课题棗求极值的方法也是费马创造的。

在17世纪,至少有10多位大数学家探索过微积分,而牛顿(Newton)、莱布尼兹(Laeibniz),则处于当时的顶峰。牛顿、莱布尼兹的最大功绩在于能敏锐的从孕育微积分的各种"个例形态中"洞察和清理出潜藏着的共性的东西棗无穷小分析,并把它提升和确立为数学理论。1665年5月20日,牛顿在他的手稿里第一次提出"流数术",这一天可作为微积分诞生的日子,形成牛顿流数术理论的主要有三个著作:《应用无穷多位方程的分析学》,《流数术和无穷级数》和《曲边形的面积》。尤其是 1687年牛顿出版了划时代的名著《自然哲学的数学》,这本三卷著作虽然是研究天体力学的,但对数学史有极大的重要性,这不仅因为这本著作提出的微积分问题激励着他自己去研究和探索,而且书中对许多问题提出的新课题和研究方式,也为下世纪微积分的研究打下了基础。

莱布尼兹在1672年到1677年间引进了常量,变量与参变量等概念,从研究几何问题入手完成了微积分的基本理论,他创造了微分符号dxdy与积分符号ò,现在使用的"微分学"、"积分"、"函数"、"导数"等名称也是他创造的,他给出了复合函数,幂函数,指数函数,对数函数以及和、差、积、商、幂,方根的求导法则,还给出了用微积分求旋转体体积的公式,1684年,莱布尼兹在自己创造的期刊上发表了一篇标题很长的论文:《一种求极大极小和切线的新方法,此方法对分式和无理式能通行无阻,且为此方法中的独特方法》,具有划时代的意义1686年,莱布尼兹发表了另一篇题为《论一种深邃的几何学和不可分量解析及...》的论文,应用他的方法,不仅能代数曲线的方程,而且也能给出非代数曲线即所谓超越曲线的方程。牛顿和莱布尼兹几乎同时进入微积分的大门,他们的工作是互相独立的,正如笛卡儿和费马二人基本同时而又独立地创立了解析几何一样,经过二人的努力,微积分不再象希腊那样,所有的数学都是几何学的一个分支或几何学的延伸,而成为一门崭新的独立学科。

附录:克莱因,C. F.﹝Klein, Christian Felix, 1849-1925﹞

克莱因,德国数学家。1849年4月25日生于杜塞尔多夫,1925年6月22日卒于格丁根。1865年入波恩大学学习,第二年就被选任普吕克教授的助手。普吕克去世后,他继续完成普吕克未完成的线几何学著作。1868年获博士学位。相继在格丁根大学、埃朗根大学、慕尼黑高等工业学院和莱比锡大学任教。1886年返回格丁根大学任教直至去世。

1871年以来,克莱因从变换群的观点出发,对各种几何学进行综合研究,在1872年任埃朗根大学的就职演说《对于近来几何学研究的比较考察》﹝即著名的《埃朗根纲领》﹞中阐述了他的主要观点。其中给出了几何学的明确定义,根据他的观点,实现了把当时几种貌似毫无关系的几何学的统一和分类。《埃朗根纲领》中的研究方法在以后几十年里产生很大的影响,群论在数学中的地位也大为提高。

克莱因还对函数论、椭圆模函数理论有很深刻的研究。在数学的其它领域,克莱因也有许多建树。例如,他卓有成效地研究了代数曲线奇点间的关系;通过讨论正20面体建立起一般5次代数方程的完整理论等。

克莱因十分重视数学教育和研究,他对格丁根大学的数学教育和科研进行了一系列改革,格丁根后来成为世界数学研究的中心,与他的努力是分不开的。1912年当选为国际数学教育委员会主席。

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