正文 第11章 數學篇(4)(1 / 2)

65.萊布尼茨創建微積分

萊布尼茨是17、18世紀之交,德國最重要的數學家、物理學家和哲學家,一個舉世罕見的科學天才。他的研究成果遍及力學、邏輯學、化學、地理學、解剖學、動物學、植物學、氣體學、航海學、地質學、語言學、法學、哲學、曆史、外交等。“世界上沒有兩片完全相同的樹葉”就是出自他之口,他對豐富人類的科學知識寶庫做出了不可磨滅的貢獻。

17世紀下半葉,歐洲科學技術迅猛發展。由於生產力的提高和社會各方麵的迫切需要,經各國科學家的努力與曆史的積累,建立在函數與極限概念基礎上的微積分理論應運而生了。

微積分思想最早可以追溯到由阿基米德等人提出的計算麵積和體積的方法。1665年,牛頓創始了微積分,萊布尼茨在1673年~1676年也發表了微積分思想的論著。

以前,微分和積分作為兩種數學運算、兩類數學問題,是分別的加以研究的。卡瓦列裏、巴羅、沃利斯等人得到了一係列求麵積(積分)、求切線斜率(導數)的重要結果,但這些結果都是孤立的,不連貫的。隻有萊布尼茨和牛頓將積分和微分真正溝通起來,明確地找到了兩者內在的直接聯係:微分和積分是互逆的兩種運算。這是微積分建立的關鍵所在。隻有確立了這一基本關係,才能在此基礎上構建係統的微積分學。並從對各種函數的微分和求積公式中,總結出共同的算法程序,使微積分方法普遍化,發展成用符號表示的微積分運算法則。

關於微積分創立的優先權,在數學史上曾掀起了一場激烈的爭論。實際上,牛頓在微積分方麵的研究雖早於萊布尼茨,但萊布尼茨成果的發表則早於牛頓。因此,後人公認牛頓和萊布尼茨是各自獨立地創建微積分。

66.讓微積分長大成人的歐拉

微積分的發明是人類精神的最高勝利。1687年,牛頓在《自然哲學數學原理》一書中首次公開發表他的微積分學說。幾乎同時,萊布尼茨也發表了微積分論文。但牛頓、萊布尼茨創始的微積分基礎不穩,應用範圍也有限。

18世紀,一批數學家拓展了微積分,並拓廣其應用產生一係列新的分支,這些分支與微積分自身一起形成了被稱為“分析”的廣大領域。歐拉就生活在這個分析的時代。如果說在此之前數學是代數、幾何二雄並峙,歐拉和18世紀其他一批數學家的工作則使得數學形成了代數、幾何、分析三足鼎立的局麵。如果沒有他們的工作,微積分不可能春色滿園,也許會打不開局麵而荒蕪凋零。歐拉在其中的貢獻是基礎性的,被尊為“分析的化身”。

在分析之前,數學主要是解決常量、勻速運動問題。18世紀工業革命時,以蒸汽機紡織機等機械為主體技術得到廣泛運用,但如果沒有微積分、沒有分析,就不可能對機械運動與變化進行精確計算。到現在為止,微積分和微分方程仍然是描寫運動的最有效工具,教科書中陳述的方法,不少都是歐拉的貢獻。更重要的是,牛頓、萊布尼茨微積分的對象是曲線,而歐拉明確地指出,數學分析的中心應該是函數,第一次強調了函數的角色,並對函數的概念作了深化。

歐拉一生豐碩的數學和科學成果讓人歎為觀止,他寫過30多本著作和大量富有創造性的科學論文。彼得科學院整理他的著作,整整用了47年時間。

由於歐拉的傑出成就和卓越貢獻,後輩數學家極為推崇他。大數學家拉普拉斯普說:“讀讀歐拉,他是我們一切人的老師。”

67.“數學王子”高斯

在德國哥廷根大學的廣場上,矗立著一座用白色大理石砌成的紀念碑。它的底座砌成正十七邊形,紀念碑上是一個青銅雕像,他就是高斯。

高斯有“數學王子”的美譽,並被譽為曆史上偉大的數學家之一,和阿基米德、牛頓、歐拉同享盛名。高斯的成就遍及數學的各個領域,在數論、非歐幾何、微分幾何、超幾何級數、複變函數論以及橢圓函數論等方麵均有開創性貢獻。他十分注重數學的應用,並且在對天文學、大地測量學和磁學的研究中也偏重於用數學方法進行研究。

在數學史上,很少有人像高斯那樣早熟。當他還在咿呀學語時,他就能將雞欄中的小雞數得一清二楚。他在3歲的時候就已經顯示出不凡的智慧。

一個星期六的晚上,高斯的父親在費力地計算工人的工資,他一點兒也沒察覺到兒子在旁邊觀看。當他好不容易計算出來後,鬆了一口氣。不料,高斯拉拉他的衣角,細聲說:“算錯了,爸爸。總數是……”父親驚訝不已,決定重算一遍,結果是兒子對了。他原來並不打算讓高斯上學,但看到兒子如此聰明,他改變了主意。高斯7歲時,父親將其送進學校。