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16世纪代数的发展恰好为解析几何的诞生创造了条件.我们知道,解析几何的方法是在引进坐标的基础上,把由曲线所决定的两个坐标之间的关系用方程表示出来,通过对方程的研究来反映图形的性质.如果代数尚未符号化,那么即使煞费苦心地引进坐标概念,也不可能建立一般的曲线方程,发挥其具有普遍性的方法的作用.1591年法国数学家韦达第一个在代数中有意识地系统地使用了字母,他不仅用字母表示未知数(这在他之前早有人做了),而且用以表示已知数,包括方程中的系数和常数.这样,代数就从一门以分别解决各种特殊问题的侧重于计算的数学分支,成为一门以研究一般类型的形式和方程的学问.这就为几何曲线建立代数方程铺平了道路.当然,符号代数的形成不只出于韦达一人之手,他之前,斯台文等人曾为建立幂指数概念和符号的使用作出过努力,而像今天这样用a、b、c…表示已知数,用x、y、z…表示未知数却是笛卡尔创始的.总之,17世纪的社会背景和数学自身条件都为解析几何的创建作好了准备,它将等待创立者去完成.
费尔玛的贡献
解析几何是由费尔玛和笛卡尔分别创立的.1601年8月20日费尔玛(Fermat,1601-1665)生于法国图卢兹附近的一个皮革商家庭,大学时专攻法律,毕业后以当律师谋生,曾担任图卢兹地方议会议员和顾问三十余年. 费尔玛虽是一位业余数学家,而且认真研究数学还是在他30岁之后,但他却在17世纪数学史上独占鳌头.在牛顿、莱布尼兹大体完成微积分之前,他是为创立微积分作出贡献最多的人.事实上,如果要在牛顿、莱布尼兹之后再添上一位创立者名字的话,那么写上费尔玛是十分恰当的;他又与惠更斯、帕斯卡一起被誉为概率论的创始人;17世纪的数论更几乎是费尔玛的世界,著名的费尔玛大定理至今仍吸引着一批追求者.
从费尔玛与帕斯卡等人的通信中可知,早在笛卡尔的《几何》发表以前,费尔玛已经用解析几何的方法对阿波罗尼斯某些失传的关于轨迹的证明作出补充.1630年,他把这一工作写成《平面与立体轨迹引论》一本小册子,其中费尔玛通过引进坐标,以一种统一的方式把几何问题翻译为代数的语言――方程,从而通过对方程的研究来揭示图形的几何性质.
费尔玛所用的坐标系与现在常用的直角坐标系不同,它是斜坐标,而且也没有y轴.如考虑一条曲线和它上面的任一点P,选定一条以O为原点的射线,那么P就用线段OQ和PQ表示出来(见图 1),它相当于我们现在所说的x与y. 如果仅就研究的对象而言,费尔玛与阿波罗尼斯并没有什么不同,不同的只是研究的方法.费尔玛的成功之处就在于他把阿波罗尼斯所发现的圆锥曲线的性质通过引进坐标译成了代数的语言,这不仅使得圆锥曲线从圆锥的附属地位解放了出来,而且使各种不同的曲线有了代数方程这种一般的表示方法和统一的研究手段.虽然坐标不是费尔玛发明的,将代数用于几何研究他也不是第一人,但是,除了费尔玛和笛卡尔以外,谁都没有把这两者结合起来,达到用代数方程来表示和研究几何曲线的程度.
笛卡尔的贡献
勒奈?笛卡尔(René Descartes,1596-1650)生于法国杜朗(Touraine)一个小镇的名门之家.笛卡尔从小多病,加上母亲去世早,更受父亲的溺爱.父亲答应他早睡晚起,这就养成了他在晨睡中进行思考的习惯.一则趣话说,他的坐标思想最早就是在朝寝中,躺在床上观察小虫从床顶爬向天花板时发现可以用天花板的框架作基准来确定运动中的小虫位置.
当时法国的习俗,名门出身的人常以在军界和教会里任职为荣,笛卡尔也于1617年在荷兰奥兰治(Orange)的利斯公爵的军队里当了一名骑兵士官.在这期间,有一次笛卡尔上街看到一张用荷兰文写的招贴,引起了他的好奇.正值这时走来了一个荷兰人,笛卡尔便向他询问了招贴里的意思.这个人是荷兰多尔德雷赫特(Dordrecht)大学的校长伊萨克?皮克曼(Isaac Beeckman),校长告诉了笛卡尔招贴上所写的内容,同时也试探一下笛卡尔的数学水平.原来这是一张征解数学难题的广告,带有竞赛的味道.没想到笛卡儿却以不多的时间解答了这些问题,为此深受皮克曼的赞赏.从此极大地增强了笛卡尔学习数学的自信心,并与皮克曼保持了长久的友谊.
1619年正值欧洲“三十年战争”,笛卡尔随军来到德国多瑙河畔的诺伊堡(Neuberg)军营,这时他老是在想着他的哲学和数学问题.1619年11月10日他一连三次做梦构思着他的新哲学和坐标几何学,据说这个梦成了他人生的一个转折点,他决定离开军队去进行哲学和数学研究. 1621年笛卡尔辞去了军职,开始从事数学研究和光学仪器的制造.这期间他听取了几何学家笛沙格和米多尔奇(Mydorge,1585―1647)的讲课,受到很大的启发,同时还与旧友数学家梅尔生(Mersenne,1558―1648)重新建立了联系,接受帮助.
1629年,笛卡尔为避开在巴黎生活中的烦恼,移居到了荷兰.在这以后的20年间,他潜心进行了哲学和数学研究.前四年,他撰写了《宇宙》一书,这本以阐述宇宙物理学为主要内容的著作,也像以往论宇宙的著作一样,遭到了教会的反对和攻击.为了免受哥白尼等人那样的灾祸,笛卡尔只得将书稿搁置下来,直到1664年才发表.1633年~1637年,笛卡尔主要从事《方法论》一书,包括它的三篇附录《折光》、《气象》、《几何》的创作,于1637年6月8日在莱顿发表.书中,笛卡尔论述了正确思想方法的重要性.他认为数学是其他一切科学最可靠的思想方法,只有借助于数学而得出的结论才是可信的.笛卡尔的这一认识与培根宣扬的以实验为基础的归纳法,以两个不同的侧面成为促进早期资本主义时代科学技术发展的主要方法.
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