林寿数学史第七讲：分析时代.ppt

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1、(18(18世纪世纪)第七讲第七讲:分析时代分析时代 l 微积分的发展微积分的发展l 数学新分支的形成数学新分支的形成l 1818世纪的中国数学世纪的中国数学微积分的发展微积分的发展泰勒泰勒(英英,1685-,1685-1731)1731)v法学博士法学博士v进入牛顿和莱布尼茨发明微积分优先进入牛顿和莱布尼茨发明微积分优先权争论委员会，英国皇家学会秘书权争论委员会，英国皇家学会秘书v17151715年出版年出版正和反的增量法正和反的增量法v泰勒定理的价值由拉格朗日泰勒定理的价值由拉格朗日(法法,1717-1783)1717-1783)发现，证明由柯西发现，证明由柯西(法法,1789-1851)

2、1789-1851)给出给出v与约翰与约翰 伯努利伯努利(瑞瑞,1667-1748),1667-1748)关于关于泰勒公式优先权之争泰勒公式优先权之争v后期转向宗教和哲学的写作后期转向宗教和哲学的写作 微积分的发展微积分的发展v皇家学会会员，爱丁堡大学教授皇家学会会员，爱丁堡大学教授v17421742年年流数论流数论v墓碑上刻墓碑上刻“曾蒙牛顿推荐曾蒙牛顿推荐”麦克劳林麦克劳林(英英,1698-1746)1698-1746)v斯特林斯特林(英英,1692-1770),1692-1770)v皇家学会会员皇家学会会员v17301730年年微分法微分法微积分的发展微积分的发展v16861686到英国

3、到英国,17181718年出版年出版机会的学机会的学说说 v英国皇家学会会员英国皇家学会会员，进入牛顿和莱布，进入牛顿和莱布尼茨发明微积分优先权争论委员会尼茨发明微积分优先权争论委员会v17301730年年分析杂论分析杂论棣莫弗棣莫弗(法法,1667-1754)1667-1754)n 1707-17301707-1730年棣莫弗定理年棣莫弗定理微积分的发展微积分的发展伯努利家族伯努利家族微积分的发展微积分的发展尼古拉伯努利雅格布雅格布尼古拉约翰约翰尼古拉尼古拉丹尼尔丹尼尔约翰约翰丹尼尔雅格布伯努利家族伯努利家族微积分的发展微积分的发展雅格雅格布布 伯努利伯努利(瑞，瑞，16541654-170

4、5)-1705)v“我违背父亲的意愿，研究星星。我违背父亲的意愿，研究星星。”v16871687年巴塞尔大学数学教授年巴塞尔大学数学教授 v1717世纪牛顿和莱布尼茨之后最先世纪牛顿和莱布尼茨之后最先发展微积分的人发展微积分的人v解析几何、微积分、变分法、概解析几何、微积分、变分法、概率论率论v16941694年年微分学方法微分学方法v16981698年证明调和级数的发散性年证明调和级数的发散性微积分的发展微积分的发展约翰约翰 伯努利伯努利(瑞，瑞，16671667-1748)-1748)v16941694年医学博士年医学博士v解析几何、微分方程、变分法解析几何、微分方程、变分法v1818世纪

5、初分析学的重要奠基者之一世纪初分析学的重要奠基者之一,欧拉欧拉(瑞瑞,1707-1783),1707-1783)的老师的老师v17001700年左右发展了积分法年左右发展了积分法v17421742年年积分学教程积分学教程(写于写于1691-1691-1692)1692)v洛比达洛比达(法法,1661-1704),1661-1704)法则，法则，16961696年年无穷小分析无穷小分析微积分的发展微积分的发展丹尼尔丹尼尔 伯努利伯努利(瑞，瑞，17001700-1782)-1782)v医学博士、植物学教授、生理学教医学博士、植物学教授、生理学教授、物理学教授、哲学教授授、物理学教授、哲学教授v圣

6、彼得堡：圣彼得堡：1725172517331733年年v巴塞尔：巴塞尔：1733173317821782年年v17381738年年流体动力学流体动力学v第一个把牛顿和莱布尼茨的微积分第一个把牛顿和莱布尼茨的微积分思想连接起来的人思想连接起来的人v把微积分、微分方程应用到物理学，把微积分、微分方程应用到物理学，研究流体力学问题、物体振动和摆研究流体力学问题、物体振动和摆动问题，为数学物理方法的奠基人动问题，为数学物理方法的奠基人微积分的发展微积分的发展欧拉欧拉(瑞瑞,1707-1783),1707-1783)v圣彼得堡科学院圣彼得堡科学院(1727-1741,1766-1783)(1727-17

7、41,1766-1783)v柏林科学院柏林科学院(1741-1766)(1741-1766)v17481748年年无穷小分析引论无穷小分析引论、17551755年年微分微分学原理学原理、1768-17701768-1770年年积分学原理积分学原理v最多产的数学家、最多产的数学家、欧拉全集欧拉全集8484卷卷v李善兰译的李善兰译的代数学代数学（18591859）等著作记载）等著作记载了欧拉的学说了欧拉的学说v“读读欧拉，他是我们大家的老师读读欧拉，他是我们大家的老师”v“四杰四杰”：阿基米德、牛顿、欧拉、高斯：阿基米德、牛顿、欧拉、高斯微积分的发展微积分的发展n 1818世纪最伟大的数学家、分析

8、的化身、世纪最伟大的数学家、分析的化身、“数学家之英雄数学家之英雄”瑞士法郎上的欧拉瑞士法郎上的欧拉微积分的发展微积分的发展法国启蒙运动法国启蒙运动n伏尔泰伏尔泰(1694-1778)(1694-1778)、孟德斯鸠、孟德斯鸠(1689-1755)(1689-1755)、卢梭、卢梭(1712-1778)(1712-1778)n狄德罗狄德罗(1713-1784)(1713-1784)的百科全书派的百科全书派n高举人文主义旗帜，把技术、科学、高举人文主义旗帜，把技术、科学、艺术并列为人类知识三大门类艺术并列为人类知识三大门类n175117511772,171772,17卷正文卷正文,11,11卷图

9、版卷图版,17771777年又出年又出5 5卷增补卷卷增补卷基本精神：反对君权神授、主张天基本精神：反对君权神授、主张天赋人权赋人权百科全书派群像百科全书派群像达朗贝尔达朗贝尔(法法,1717-1783),1717-1783)v自学成才，进入巴黎科学院：院士、自学成才，进入巴黎科学院：院士、终身秘书终身秘书v1751-17571751-1757年与狄德罗年与狄德罗(1713-1784)(1713-1784)共共同主编同主编百科全书百科全书v“科学处于科学处于1717世纪的数学时代到世纪的数学时代到1818世世纪的力学时代，力学应该是数学家的纪的力学时代，力学应该是数学家的主要兴趣。主要兴趣。”

10、v动力学动力学、数学手册数学手册 v数学分析的重要开拓者之一，其成就数学分析的重要开拓者之一，其成就仅次于欧拉、拉格朗日、拉普拉斯和仅次于欧拉、拉格朗日、拉普拉斯和丹尼尔丹尼尔 伯努利伯努利微积分的发展微积分的发展拉格朗日拉格朗日(法法,1736-1813),1736-1813)v数学、力学和天文学中都有重大历史性贡献，数学、力学和天文学中都有重大历史性贡献，分析学中仅次于欧位的最大开拓者，论著超分析学中仅次于欧位的最大开拓者，论著超过过500500篇篇v17541754年年(18(18岁岁)发现莱布尼茨公式发现莱布尼茨公式v17551755年任数学教授年任数学教授(都灵时期都灵时期:1754

11、-1766):1754-1766)v17881788年年分析力学分析力学(柏林时期柏林时期:1766-1787):1766-1787)v17971797年年解析函数论解析函数论(巴黎时期巴黎时期:1787-1813):1787-1813)v分析力学的创立者、分析力学的创立者、天体力学的奠基者天体力学的奠基者v17991799年伯爵，年伯爵，18131813年帝国大十字勋章年帝国大十字勋章 微积分的发展微积分的发展伯克莱主教伯克莱主教（爱尔兰，（爱尔兰，19851985）微积分的发展：微积分的发展：综述综述l 积分技术积分技术l 多元函数多元函数l 无穷级数无穷级数l 函数概念函数概念l 分析严

12、格化的尝试分析严格化的尝试伯克莱伯克莱(爱尔兰爱尔兰,1685-1753):,1685-1753):分析学家，分析学家，或致一位不信神的数学家或致一位不信神的数学家(1734)(1734)“这些消失的增量究竟是什么呢？它们既这些消失的增量究竟是什么呢？它们既不是有限量，也不是无限小，又不是零，不是有限量，也不是无限小，又不是零，难道我们不能称它们为消逝量的鬼魂吗？难道我们不能称它们为消逝量的鬼魂吗？”形式化观点形式化观点 极限观点极限观点数学新分支的形成数学新分支的形成l 常微分方程常微分方程l 偏微分方程偏微分方程l 变分法变分法l 微分几何微分几何l 概率论概率论常微分方程常微分方程l 莱

13、布尼茨、惠更斯莱布尼茨、惠更斯(荷荷,1629-1695),1629-1695)、约、约翰翰 伯努利给出问题的解伯努利给出问题的解q 16901690年年雅格布雅格布 伯伯努利努利(瑞瑞,1654-1705)1654-1705)提出悬链线提出悬链线问题问题v初等解法初等解法常微分方程常微分方程l 包含一个自变量和它的未知函数以及未知函数的导数的包含一个自变量和它的未知函数以及未知函数的导数的等式等式l 形成和发展是与力学、天文学、物理学及其他自然科学形成和发展是与力学、天文学、物理学及其他自然科学技术的发展互相促进和互相推动的技术的发展互相促进和互相推动的q 分离变量法分离变量法q 变量代换法

14、变量代换法q 积分因子法积分因子法q 黎卡提方程黎卡提方程q 降阶法降阶法q 常系数线性方程常系数线性方程2001年9月6日哈勃拍到的星体爆发星系v一阶偏微分方程：一阶偏微分方程：17721772年拉格朗日年拉格朗日(法法,1736-1813),1736-1813)和和18191819年柯西年柯西(法法,1789-1857)1789-1857)发现将其转化为一阶常发现将其转化为一阶常微分方程组微分方程组拉格朗日拉格朗日(法国法国,1958)1958)偏微分方程偏微分方程l 包含未知函数以及偏导数的等式包含未知函数以及偏导数的等式l 偏微分方程理论研究一个方程偏微分方程理论研究一个方程(组组)是

15、是否有满足某些补充条件的解否有满足某些补充条件的解,有多少个有多少个解解,解的各种性质与求解方法解的各种性质与求解方法,及其应用及其应用v16961696年和年和16971697年约翰年约翰 伯伯努利努利(瑞瑞,1667-1748)1667-1748)提出最速降线问题提出最速降线问题变分法变分法l 研究泛函的极值的方法研究泛函的极值的方法l Calculus of Variationsl 牛顿、莱布尼茨、洛比达、牛顿、莱布尼茨、洛比达、约翰约翰 伯伯努利、雅各布努利、雅各布 伯伯努利等解决努利等解决欧拉欧拉(瑞士瑞士,1957),1957)变分法变分法n 17591759年拉格朗日年拉格朗日(

16、法法,1736-1813),1736-1813)引入变分的引入变分的概念概念17281728年欧拉年欧拉(瑞瑞,1707-1783),1707-1783)解决了测地线问题，解决了测地线问题，17361736年提出欧拉方程，年提出欧拉方程，17441744年发表年发表寻求具有寻求具有某种极大或极小性质的曲线的方法某种极大或极小性质的曲线的方法n 17861786年起勒让德年起勒让德(法法,1752-1833),1752-1833)讨论了变分讨论了变分的充分条件的充分条件v等时曲线等时曲线变分法变分法康熙康熙6161年年(1662(166217221722年年)“康乾盛世康乾盛世康乾盛世康乾盛世”

17、(1661-1795(1661-1795(1661-1795(1661-1795年年年年)雍正雍正1313年年(1723(172317351735年年)乾隆乾隆6060年年(1736(173617951795年年)134134年年康熙康熙南巡南巡图图（局部）（局部）（王翚（王翚,1698）清朝立国（清朝立国（1644164419111911年）年）268268年年 18世纪的中国数学世纪的中国数学中中国国经经济济18世纪的中国数学世纪的中国数学荷兰格罗宁根大学经济学安格斯荷兰格罗宁根大学经济学安格斯麦迪逊教授统计麦迪逊教授统计表表“西学中源西学中源”清初清初承前启后、融会中西的数学家承前启后、

18、融会中西的数学家“历算第一名家历算第一名家”、“开山之开山之袓袓”梅氏历算丛书辑要梅氏历算丛书辑要6262卷卷代数、几何、三角代数、几何、三角18世纪的中国数学世纪的中国数学 (清清清清,1633-1721,1633-1721,1633-1721,1633-1721年年年年)q 梅彀成梅彀成(1681-1763)(1681-1763)赤水遗珍赤水遗珍(1761)(1761)引入引入“杜德美杜德美(法法,1668-1720)1668-1720)法法”18世纪的中国数学世纪的中国数学q 明安图明安图(1692-1765)(1692-1765)、陈际新、陈际新割圆密率捷法割圆密率捷法(1763,17

19、74)(1763,1774)格列高里(英,1638-1675)明安图(1692-1765)康熙：康熙：“即西洋算法亦善，原系中国算法，即西洋算法亦善，原系中国算法，彼称为阿尔朱巴尔。阿尔朱巴尔者，传自东彼称为阿尔朱巴尔。阿尔朱巴尔者，传自东方之谓也。方之谓也。”康熙康熙康熙康熙(1654-17221654-1722年年年年,在位在位在位在位1662-1662-1722)1722)康熙康熙“御定御定”、梅彀成等编纂、梅彀成等编纂律历渊源律历渊源(100(100卷卷)(1721)(1721)其中：其中：数理精蕴数理精蕴(53(53卷卷)(1690-1721)(1690-1721)康熙二十八年康熙二

20、十八年(1689)(1689)：此后每日轮班至养：此后每日轮班至养心殿，传授天文、数学、测量等西学。心殿，传授天文、数学、测量等西学。18世纪的中国数学世纪的中国数学康熙康熙17131713年在蒙养斋创建了算学馆年在蒙养斋创建了算学馆 康熙皇帝康熙皇帝(1654-1722(1654-1722年年)彼得大帝彼得大帝(1672(167217251725年年)18世纪的中国数学世纪的中国数学路易十四路易十四(1638-1715(1638-1715）乾嘉学派乾嘉学派18世纪的中国数学世纪的中国数学乾隆乾隆乾隆乾隆嘉庆嘉庆(1711-1799(1711-1799(1711-1799(1711-1799年

21、年年年 )(1760-1820(1760-1820年年)纪晓岚纪晓岚(1724-1805(1724-1805年年)四库全书四库全书(17731781年年)18世纪的中国数学世纪的中国数学四库全书著录的科技文献300余种、存目360余种。以数学、天学、农学、医学、生物学和地学方面的书籍最多。收录有“算经十书”、数书九章、测圆海镜、算法统宗等。四元玉鉴、杨辉算法等未收录。四库全书四库全书(17731781年年)18世纪末的数学家世纪末的数学家n 主导意见主导意见:数学的资源已经枯竭数学的资源已经枯竭.n 1754 1754年狄德罗年狄德罗(法法,1713-1784):“,1713-1784):“我

22、敢说我敢说,不出一个世纪不出一个世纪,欧洲就欧洲就将剩不下三个大的几何学家了将剩不下三个大的几何学家了.”.”n 1781 1781年拉格朗日年拉格朗日(法法,1736-1813),1736-1813)：“在我看来，似乎数学矿井已在我看来，似乎数学矿井已挖掘很深了，除非发现新的矿脉，否则势必放弃它挖掘很深了，除非发现新的矿脉，否则势必放弃它.”“.”“牛顿只有一牛顿只有一个个.”.”n 1780 1780年法国科学院报告年法国科学院报告:“:“几乎所有的分支里几乎所有的分支里,人们都被不可克服人们都被不可克服的困难阻挡住了的困难阻挡住了,所有这些困难好象是宣告我们的分析的力量实所有这些困难好象

23、是宣告我们的分析的力量实际上是已经穷竭了际上是已经穷竭了.”.”n 17811781年孔多塞年孔多塞(法法,1743-1794):“,1743-1794):“不应该相信什么我们已经接近不应该相信什么我们已经接近了这些科学必定会停滞不前的终点了这些科学必定会停滞不前的终点,我们应该公开宣称我们应该公开宣称,我们仅仅我们仅仅是迈出了万里征途的第一步是迈出了万里征途的第一步.”.”外在源泉外在源泉 内部动力内部动力18世纪末的数学问题世纪末的数学问题l 高于高于4 4次的代数方程的根式解次的代数方程的根式解l 欧几里得几何中平行线公设欧几里得几何中平行线公设l 牛顿、莱布尼茨微积分算法的逻辑基础牛顿、莱布尼茨微积分算法的逻辑基础1919世纪的代数、几何与分析世纪的代数、几何与分析l 代数学的新生代数学的新生l 几何学的变革几何学的变革l 分析的严格化分析的严格化进入现代数学时期第七讲思考题第七讲思考题 1 1、谈谈您对于、谈谈您对于“读读欧拉，他是我们大家的老师读读欧拉，他是我们大家的老师”（拉普拉斯语）的看法。（拉普拉斯语）的看法。2 2、为何在、为何在“康乾盛世康乾盛世”中国数学明显落后于西方中国数学明显落后于西方？3 3、试分析、试分析1818世纪末数学家的主导意见：数学的世纪末数学家的主导意见：数学的资源已经枯竭。资源已经枯竭。