解析幾何的真正發明權,除了笛卡爾還有他,業餘數學之王——費馬

2020-12-23 數學漫談

解析幾何的誕生是變量數學的第一個裡程碑,它是人類首次將幾何圖形和代數式聯繫在一起,人們不但獲得了簡便的證明方法,還意識到數學的每個分支都是想通的。解析幾何的誕生促使數學家們把目光轉向變量和函數,為微積分的創立搭建了舞臺。

說到解析幾何,幾乎所有的人都會想到笛卡爾。1637年,笛卡爾在他劃時代的巨作《幾何學》中論述了代數與幾何的結合,證明了幾何結構與代數運算的等價性,建立了點與實數的對應關係,把「形」(點、線、面)和「數」統一起來,建立了曲線和方程的對應關係,標誌著解析幾何的誕生,因此,笛卡爾也被後人尊稱為解析幾何之父

笛卡爾

其實除了笛卡爾,還有一位數學家為解析幾何的誕生做出了巨大貢獻,他就是業餘數學之王——費馬

費馬大法官是法國數學家、物理學家,他一生從未受過專門的數學教育,對數學的研究只是他的業餘愛好,但是很多數學領域取得了巨大的成就,除了在數論領域中提出的費馬大定理和費馬小定理,他還是古典概率論的奠基人,是微積分的思想先驅,對於微積分誕生的貢獻僅次於牛頓和萊布尼茨,而我們今天要說的是他在解析幾何方面的成就。

費馬

費馬獨立於笛卡兒發現了解析幾何的基本原理,應該說解析幾何的真正發明應該歸功於笛卡爾和費馬兩個人,他們工作的出發點不同,但卻殊途同歸。

與笛卡爾不同,費馬工作的出發點是恢復失傳的阿波羅尼奧斯(古希臘幾何學家)的著作《平面軌跡》,他用代數方法對書中關於軌跡的失傳的證明進行補充,並對古希臘幾何學尤其是圓錐曲線論進行總結和整理,進而對曲線進行研究。在研究的基礎行,1630年費馬撰寫了《平面與立體軌跡引論》。

在這本書中他闡述了自己的解析幾何原理:「只要在最後的方程中出現兩個未知數,我們就有一條軌跡,這兩個量之一的末端描繪出一條直線或曲線,直線只有一種,而曲線的種類則有無限種可能,可以是圓、拋物線、橢圓等等。」

1660年費馬的手稿

在書中費馬定義了以下曲線:

不僅如此,費馬在書中還提出並使用了坐標的概念,包括斜坐標和直角坐標,他稱所指的未知量其實就是變量,也就是我們今天所說的橫坐標和縱坐標。

其實費馬發現解析幾何的基本原理比笛卡爾還要早7年,但他的這一成果遲遲沒有出版,直到1679年他的兒子才整理並出版了他的遺作,這時候費馬已經去世14年了。雖然關於解析幾何的誕生,費馬和笛卡爾之間也精力了一場曠日持久的鬥爭,但是他們兩人在解析幾何上的研究最終導致了17世紀後期微積分的創立,兩個人都對17世紀的數學做出重大貢獻。

以上內容均來自於@數學漫談 的專欄《20小時玩轉微積分》中,本專欄致力於微積分知識的推廣,從數學思想入手,帶你領略數學文化,感受數學魅力!如需全文閱讀,可以點擊右下角的專欄課程了解更多內容。

相關焦點

  • ...文藝復興時期的數學|笛卡爾|數學|裴波那契|方程|文藝復興|幾何
    (2)裴波那契的的第二個出色的成果是證明了三次方程的根不能用尺規作圖得到你,從而第一次使數學中的數超出了希臘人用尺規工具所限定的範圍。(3)第三個成果,就是《算法之書》中祭掃了一個特別有趣的問題,兔子繁殖問題,即裴波那契數列問題。(4)此外裴波那契在他的《實用幾何》中廣泛收集了 有關幾何和三角的問題。
  • 吳國平:解析幾何的出現,不僅改變數學,也改變人類的發展
    解析幾何的出現同時也引入了一系列新的數學概念,特別是將變量引入數學,使數學進入了一個新的發展時期,在數學歷史上稱為變量數學的時期。解析幾何可以分成平面解析幾何與空間解析幾何兩大類。在平面解析幾何中,除了研究直線的有關性質外,主要是研究圓錐曲線(圓、橢圓、拋物線、雙曲線)的有關性質。
  • 數學史-歐洲文藝復興時期的數學
    (2)裴波那契的的第二個出色的成果是證明了三次方程的根不能用尺規作圖得到你,從而第一次使數學中的數超出了希臘人用尺規工具所限定的範圍。(3)第三個成果,就是《算法之書》中祭掃了一個特別有趣的問題,兔子繁殖問題,即裴波那契數列問題。(4)此外裴波那契在他的《實用幾何》中廣泛收集了 有關幾何和三角的問題。
  • 數學的深淵
    這是很多人對數學的認知。數學之艱,讓很多人極其敬畏。易理之美,又有很多人十分嚮往。現代數學深邃到何種程度,我們列出節點:1. 康託的「集合論」2. 柯西、魏爾斯特拉斯的「數學分析」3. 希爾伯特的「公理化體系」4.
  • 費馬vs黎曼 懷爾斯vs阿蒂亞
    費馬和黎曼,可以說是兩個留有缺憾的數學巨匠。費馬的缺憾在於跟當時主流數學界若即若離,這也許是他跟發明微積分擦肩而過的一大原因。可以說黎曼提出的黎曼非歐幾何以及數論方面的黎曼猜想都是高斯非常想發展的方向,如果兩個數學天才能夠深入交流探討,那也許會有奇蹟發生。
  • 費馬最後定理及理想類
    1993 年 6 月, 年輕的英國數學家 Andrew Wiles 在劍橋大學的數學會議上宣布: 他已證明費馬最後定理, 350 多年來眾人對此問題的探索於焉完滿。這全然令人驚訝。從公眾的角度來看, 這無疑是數學上最令人興奮的消息; 因此, 隔天早上, 我的名字、當然還有 Andrew 的名字, 都上了紐約時報的頭版。
  • 暑期影單:十四部數學電影,十四個數學人生
    往前回溯來看,1994年正是我在念大學的時候,當時完全沒有一位教授在課堂上提到這件事,也許他們認為,一位真正的研究者,自然而然地會被數學吸引,然而對一位不是天才的學生來說,他需要的是老師的指引,引導他走向更高深的專業認知,而指引的道路,就在科普的精神上。
  • 「數學中的女皇」,既簡單得小學生都懂,又難倒無數天才
    在丟番圖之後,初等數論研究的大旗,就傳到了一位「業餘」的數學家——費馬的手上。(怎麼又是您老人家……) 費馬之後的歐拉,儘管推翻了「費馬數」的結論(「費馬數」即為素數的普遍公式),證明了費馬小定理的正確性,並在《代數指南》中使用「無限下降法」,使之成為數論研究中很重要的方法技巧之一,卻依舊未能將眾多理論統一起來,使初等數論成為一個完備的理論體系。
  • 【資源】專門拯救各種數學恐懼症的一劑良藥
    埃及人還發明了分數的表示法,幾何級數概念由此出現。還有精確的圓面積計算方法,首次給出圓周率π的準確值。另外,著名的金字塔的黃金比例也是埃及人數學的一大成就。與埃及相比,希臘數學更鍾愛幾何證明,而不依賴於數字。
  • 初中數學中考難點:九年級數學上冊圓及幾何動點最值問題考點解讀
    第23課圓內接四邊形對角互補,注意圓周角定理,浙江、江蘇中考及模擬題解析.第24課圓與圓的位置關係考點解讀,注意相離、相切的討論及五大位置關係與兩個半徑和與差的關係.第25課兩圓的位置關係,注意有交點和相切相交的關係,兩圓半徑大小關係,上海、福建、江蘇中考數學試題講解.
  • 不得不看的「數學」電影
    3.一個拿波裡數學家之死(Morte di un matematico napoletano)出於對數學的愛好和好奇,4人齊聚於郊外的一處密室,但隨著一位自稱為費馬的紳士的到來和匆匆離去,4人開始發現蹊蹺:費馬並不是真正的邀請人,熱情的邀請只是一個幌子,而且這間密室開始在牆背後大功率水壓機的作用下向內壓縮,制動系統連線到室內那部PDA手機上,但如果不解開手機上的所有數學謎題,手機程序將命令牆壁將所有人壓成肉餅……《極限空間》劇情聚焦於4位主角如何破解反派的陰謀,但能否找到謎底跟主角的性命緊密聯繫
  • 【中考必讀】淺談費馬點模型(一)
    【費馬點解析】「費馬點」是指位於
  • 推薦十四部數學電影,分分鐘讓你愛上數學(含視頻連結)
    ——克萊因還有不到一個月就開始快樂的寒假生活了,數研君在這裡推薦14部關於數學的經典電影,假期盡情的觀看吧,下載連結在文末。勒奈·笛卡爾(René Descartes‎,常作笛卡兒,1596年3月31日生於法國安德爾-羅亞爾省笛卡爾-1650年2月11日逝於瑞典斯德哥爾摩),法國哲學家、數學家、物理學家。
  • 十四部數學電影,十四個數學人生
    懷爾斯 Andrew Wiles開始談起,描述了 Fermat's Last Theorm 的歷史始末,往前回溯來看,1994年正是我在念大學的時候,當時完全沒有一位教授在課堂上提到這件事,也許他們認為,一位真正的研究者,自然而然地會被數學吸引,然而對一位不是天才的學生來說,他需要的是老師的指引,引導他走向更高深的專業認知,而指引的道路,就在科普的精神上。
  • 好慘一笛卡爾:愛情都是假的,好好學數學才是真的!
    男主角張東升是個數學老師,和諸多理科直男一樣,他也會用心形線告白。張東升同時還講了這個函數的由來:是大科學家笛卡爾為了給心儀的公主告白,在臨死之前寫出的函數。公主含淚畫出了坐標系上的一顆心,才明白笛卡爾的良苦用心。這浪漫悽婉的愛情悲劇,可謂是數學史上的一段佳話……才怪哦。笛卡爾本人表示:和瑞典公主的愛情故事?!假的!!!
  • 黎曼,除了他的猜想,還有哪些不為人知的故事?
    作者:伊隨編輯:Yuki 隨著菲爾茲和阿貝爾獎雙料得主麥可·阿蒂亞爵士宣稱自己證明了黎曼猜想,黎曼的名字和他的世紀猜想再次回到公眾的討論之中。然而,黎曼,除了他的猜想,還有一些故事也是非常值得我們去了解的。
  • 數學無處不在,從飾品幾何寓意,聊聊莫比烏斯環的數學史
    為什麼數學幾何上的莫比烏斯環會應用在飾品上?莫比烏斯環在感情上又代表了什麼?「路」一直走下去他就永遠不會停下來。當然,文案很多,還有許許多多……費曼有一天,妹子艾琳格林鮑姆 ,正在思考關於笛卡爾的」我思故我在」的哲學課課題作業,她很發愁。這時候費曼走過去,積極的和她討論了起來。
  • 14 部數學電影,14 個數學人生
    ,自然而然地會被數學吸引,然而對一位不是天才的學生來說,他需要的是老師的指引,引導他走向更高深的專業認知,而指引的道路,就在科普的精神上。英文名稱:Decartes發行時間:2006年勒奈·笛卡爾(René Descartes‎,常作笛卡兒,1596年3月31日生於法國安德爾-羅亞爾省笛卡爾-1650年2月11日逝於瑞典斯德哥爾摩),法國哲學家、數學家
  • 這十三部數學電影,你看過幾部?
    懷爾斯 Andrew Wiles開始談起,描述了 Fermat's Last Theorm 的歷史始末,往前回溯來看,1994年正是我在念大學的時候,當時完全沒有一位教授在課堂上提到這件事,也許他們認為,一位真正的研究者,自然而然地會被數學吸引,然而對一位不是天才的學生來說,他需要的是老師的指引,引導他走向更高深的專業認知,而指引的道路,就在科普的精神上。