法国数学家—笛卡尔
(2016-12-27 12:39:43)
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一.人物简介
1596年3月31日生于法国小镇拉埃的一个贵族家庭。因家境富裕从小多病,学校允许他在床上早读,养成终生沉思的习惯和孤僻的性格。1606年他在欧洲最有名的贵族学校──耶稣会的拉弗莱什学校上学,1616年在普依托大学学习法律与医学,对各种知识特别是数学深感兴趣。在军队服役和周游欧洲中他继续注意“收集各种知识”,“随处对遇见的种种事物注意思考”,1629~1649年在荷兰写成《方法谈》(1637)及其附录《几何学》、《屈光学》、《哲学原理》(1644)。1650年2月11日卒于斯德哥尔摩,死后还出版有《论光》(1664)等。 他的哲学与数学思想对历史的影响是深远的。人们在他的墓碑上刻下了这样一句话:“笛卡尔,欧洲文艺复兴以来,第一个为人类争取并保证理性权利的人。”
笛卡尔1596年3月31日生于法国土伦省莱耳市的一个贵族之家,笛卡尔的父亲是布列塔尼地方议会的议员,同时也是地方法院的法官,一岁时母亲去世,给笛卡尔留下了一笔遗产,为日后他从事自己喜爱的工作提供了可靠的经济保障。笛卡尔在豪华的生活中无忧无虑地度过了童年。他幼年体弱多病,母亲病故后就一直由一位保姆照看。他对周围的事物充满了好奇,父亲见他颇有哲学家的气质,亲昵地称他为“小哲学家”。
父亲希望笛卡尔将来能够成为一名神学家,于是在笛卡尔八岁时,便将他送入La fleche(拉夫雷士)的耶稣会学校,接受古典教育。校方为照顾他的孱弱的身体,特许他不必受校规的约束,早晨不必到学校上课,可以在床上读书。因此,他从小养成了喜欢安静,善于思考的习惯。他在该校学习8年,接受了传统的文化教育,读了古典文学、历史、神学、哲学、法学、医学、数学及其他自然科学。但他对所学的东西颇感失望,因为在他看来教科书中那些微妙的论证,其实不过是模棱两可甚至前后矛盾的理论,只能使他顿生怀疑而无从得到确凿的知识,惟一给他安慰的是数学。在结束学业时他暗下决心:不再死钻书本学问,而要向“世界这本大书”讨教。于是他决定避开战争,远离社交活动频繁的都市,寻找一处适于研究的环境。
笛卡尔1612年到普瓦捷大学攻读法学,四年后获博士学位。1616年笛卡儿结束学业后,便背离家庭的职业传统,开始探索人生之路。他投笔从戎,想借机游历欧洲,开阔眼界。
这期间有几次经历对他产生了重大的影响。一次,笛卡尔在街上散步,偶然在路旁公告栏上,看到用佛莱芒语提出的数学问题征答。这引起了他的兴趣,并且让身旁的人,将他不懂的佛莱芒语翻译成拉丁语。这位身旁的人就是大他八岁的以撒·贝克曼(Isaac Beeckman)。贝克曼在数学和物理学方面有很高造诣,很快成为了他的心灵导师。4个月后,他写信给贝克曼:“你是将我从冷漠中唤醒的人...”,并且告诉他,自己在数学上有了4个重大发现。
据说,笛卡尔曾在一个晚上做了三个奇特的梦。第一个梦是,笛卡尔被风暴吹到一个风力吹不到的地方;第二个梦是他得到了打开自然宝库的钥匙;第三个梦是他开辟了通向真正知识的道路。这三个奇特的梦增强了他创立新学说的信心。这一天是笛卡儿思想上的一个转折点,也有些学者把这一天定为解析几何的诞生日。
长期的军旅生活使笛卡尔感到疲惫,他于1621年回国,时值法国内乱,于是他去荷兰、瑞士、意大利等地旅行。1625年返回巴黎。1628年,巴黎移居荷兰,笛卡尔对哲学、数学、天文学、物理学、化学和生理学等领域进行了深入的研究,并通过数学家梅森神父与欧洲主要学者保持密切联系。他的主要著作几乎都是在荷兰完成的。先后发表了许多在数学和哲学上有重大影响的论著--
笛卡尔不仅在哲学领域里开辟了一条新的道路,同时笛卡尔又是一勇于探索的科学家,在物理学、生理学等领域都有值得称道的创见,特别是在数学上他创立了解析几何,从而打开了近代数学的大门,在科学史上具有划时代的意义。
笛卡尔的主要数学成果集中在他的“几何学”中。
在《几何学》(是《方法论》中的一部分)卷一中,他用平面上的一点到两条固定直线的距离来确定点的距离,用坐标来描述空间上的点。他进而创立了解析几何学,表明了几何问题不仅可以归结成为代数形式,而且可以通过代数变换来实现发现几何性质,证明几何性质。
笛卡尔把几何问题化成代数问题,提出了几何问题的统一作图法。为此,他引入了单位线段,以及线段的加、减、乘、除、开方等概念,从而把线段与数量联系起来,通过线段之间的关系,“找出两种方式表达同一个量,这将构成一个方程”,然后根据方程的解所表示的线段间的关系作图。
在卷二中,笛卡儿用这种新方法解决帕普斯问题时,在平面上以一条直线为基线,为它规定一个起点,又选定与之相交的另一条直线,它们分别相当于x轴、原点、y轴,构成一个斜坐标系。那么该平面上任一点的位置都可以用(x,y)惟一地确定。帕普斯问题就化成了一个含两个未知数的二次不定方程。笛卡儿指出,方程的次数与坐标系的选择无关,因此可以根据方程的次数将曲线分类。
《几何学》一书提出了解析几何学的主要思想和方法,标志着解析几何学的诞生。此后,人类进入变量数学阶段。
在卷三中,笛卡尔指出,方程可能有和它的次数一样多的根,还提出了著名的笛卡尔符号法则:方程正根的最多个数等于其系数变号的次数;其负根的最多个数(他称为假根)等于符号不变的次数。笛卡尔还改进了韦达创造的符号系统,用a,b,c,… 表示已知量,用x,y,z,…表示未知量。
解析几何的出现,改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向,把相互对立着的“数”与“形”统一了起来,使几何曲线与代数方程相结合。笛卡儿的这一天才创见,更为微积分的创立奠定了基础,从而开拓了变量数学的广阔领域。
正如恩格斯所说:“数学中的转折点是笛卡尔的变数。有了变数,运动进入了数学,有了变数,辩证法进入了数学,有了变数,微分和积分也就立刻成为必要了。”
据说有一天,笛卡尔生病卧床,病情很重,尽管如此他还反复思考一个问题:几何图形是直观的,而代数方程是比较抽象的,能不能把几何图形和代数方程结合起来,也就是说能不能用几何图形来表示方程呢?要想达到此目的,关键是如何把组成几何图形的点和满足方程的每一组“数”挂上钩,他苦苦思索,拼命琢磨,通过什么样的方法,才能把“点”和“数”联系起来。突然,他看见屋顶角上的一只蜘蛛,拉着丝垂了下来。一会功夫,蜘蛛又顺这丝爬上去,在上边左右拉丝。蜘蛛的“表演”使笛卡尔的思路豁然开朗。他想,可以把蜘蛛看作一个点。他在屋子里可以上,下,左,右运动,能不能把蜘蛛的每一个位置用一组数确定下来呢?他又想,屋子里相邻的两面墙与地面交出了三跳线,如果把地面上的墙角作为起点,把交出来的三条线作为三根数轴,那么空间中任意一点的位置就可以在这三根数轴上找到有顺序的三个数。反过来,任意给一组三个有顺序的数也可以在空间中找到一点P与之对应,同样道理,用一组数(X,Y)可以表示平面上的一个点,平面上的一个点也可以用一组两个有顺序的数来表示,这就是坐标系的雏形。
在数学里,笛卡儿坐标系,也称直角坐标系,是一种正交坐标系。二维的直角坐标系是由两条相互垂直、 0 点重合的数轴构成的。在平面内,任何一点的坐标 是根据数轴上对应的点的坐标设定的。在平面内,任何一点与坐标的对应关系,类似于数轴上点与坐标的对应关系。采用直角坐标,几何形状可以用代数公式明确的表达出来。几何形状的每一个点的直角坐标必须遵守这代数公式。
笛卡儿符号法则,首先由笛卡儿在他的作品《La Géométrie》中描述,是一个用于确定多项式的正根或负根的个数的方法。
如果把一元实系数多项式按降幂方式排列,则多项式的正根的个数要么等于相邻的非零系数的符号的变化次数,要么比它小2的倍数。而负根的个数则是把所有奇数次项的系数变号以后,所得到的多项式的符号的变化次数,或者比它小2的倍数。
欧拉-笛卡儿公式,是几何学中的一个公式。
该公式的内容为:在任意凸多面体,设V为顶点数,E为棱数,F是面数,则V − E + F = 2。
该公式最早由法国数学家笛卡儿于1635年左右证明,但不为人知。后瑞士数学家莱昂哈德·欧拉于1750年独立证明了这个公式。1860年,笛卡儿的工作被发现,此后该公式遂被称为欧拉-笛卡儿公式。
笛卡儿叶形线是一个代数曲线,首先由笛卡儿在 1638年提出。笛卡儿叶形线的隐式方程为
x^3+y^3-3axy=0
极坐标中方程分别为
r(θ)=3asinθcosθ/[(sinθ)^3+cosθ
笛卡尔堪称17世纪及其后的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一,被誉为“近代科学的始祖”。