聽宇哥講段子|牛頓、萊布尼茲的愛恨情仇

2021-01-20 張宇考研數學

牛頓、萊布尼茲,作為高等數學界的兩位神一般的人物。


想必是考研er最崇(tong)拜(hen)的兩個名字。



小夥伴們一定想知道,你們最喜愛的微積分是如何被創造出來。


普通童鞋:想!了解一些關於微積分的知識,說不定以後可以寫一個微積分情書去撩妹~


學霸童鞋:想!我願意探尋微積分的發明史,與牛頓和萊布尼茨等偉大的科學家來一場浪漫的邂逅。


學渣童鞋:想!最近深受微積分的折磨,早就想找牛頓和萊布尼茨談談人生了!


好!既然這樣,就讓跟著小編的節奏,回到遙遠的17世紀,看看我們的好朋友「微積分」是怎樣一步一步來到我們身邊的~


眾所周知,牛頓終生未婚,萊布尼茲後半生也沒有結婚,這兩位大神在一起會擦出什麼樣的火花?歡迎走進本期宇哥講堂。


《牛頓和萊布尼茲的愛恨情仇》




正是因為這兩位大神不懈的努力,才有了小夥伴們今日所學的《微積分》,試想一下,如果沒有《微積分》,我們的生活該缺少多少快樂的事情啊~



下面跟著小編來還原歷史

看看你們熟悉的微積分是如何被創造出來的吧



   英國爆發鼠疫,劍橋大學暫時關閉。剛剛獲得學士學位、準備留校任教的牛頓被迫離校到他母親的農場住了一年多。這一年多被稱為「奇蹟年」,牛頓對三大運動定律、萬有引力定律和光學的研究都開始於這個時期。在研究這些物理問題過程中,牛頓發現了他稱為「流數術」的微積分。




   牛頓寫下了一篇關於流數術的短文,之後又寫了幾篇有關文章。但是這些文章當時都沒有公開發表,只是在一些英國科學家中流傳。





    萊布尼茨作為外交官出使巴黎,結識了許多科學家,包括從荷蘭去的惠更斯。在惠更斯等人的影響下,他對自然科學特別是數學產生了濃厚的興趣,真正開始了他的學術生涯。



   萊布尼茨又出使倫敦,結識了胡克、波義耳等人,3月回到巴黎,4月即被推薦為英國皇家學會的外籍會員。



   萊布尼茨也發現了微積分,但是也不急於發表,只是在手稿和通信中提及這些發現。


萊布尼茨滯留巴黎的四年時間,是他在數學方面的發明創造的黃金時代。在這期間,他研究了費馬、帕斯卡、笛卡兒和巴羅等人的數學著作,寫了大約100頁的《數學筆記》。這些筆記雖不系統,且沒有公開發表,但其中卻包含著萊布尼茨的微積分思想、方法和符號,是他發明微積分的標誌。

從手稿完成的時間來講,牛頓確實比萊布尼茨早發現微積分。



   萊布尼茨在《教師學報》上發表的論文《對有理量和無理量都適用的,求極大值和極小值以及切線的新方法,一種值得注意的演算》,是最早的微積分文獻,文中定義了微分概念,採用了微分符號dx,dy。這篇僅有六頁的論文,內容並不豐富,說理也頗含糊,但卻有著劃時代的意義



    萊布尼茨又發表了積分論文,討論了微分與積分,使用了積分符號 ∫。我們目前在數學和物理中使用的微積分符號,都是萊布尼茲發明和規定的。



    牛頓在出版的《自然哲學的數學原理》書的初版中對萊布尼茲的貢獻表示認同,但是卻說:和我的幾乎沒什麼不同,只不過表達的用字和符號不一樣。這幾句話,導致和萊布尼茲產生極大的矛盾。



   牛頓在其光學著作的附錄中,首次完整地發表了其流數術(比萊布尼茨晚了整整20年)。在序言中,牛頓提到1676年給萊布尼茲的信,並補充說:「若干年前我曾出借過一份包含這些定理的原稿,之後就見到一些從那篇當中抄出來的東西,所以我現在公開發表這份原稿」這話的意思就暗指他的手稿曾經被萊布尼茲看到過,而萊布尼茲的論文就是從他的手稿中抄來的。



     蘇格蘭科學家、英國王家學會會員約翰·凱爾在致王家學會書記的信中,指責萊布尼茨剽竊了牛頓的成果,只不過用不同的符號表示法改頭換面。同樣身為王家學會會員的萊布尼茨提出抗議,要求王家學會禁止凱爾的誹謗。王家學會組成一個委員會調查此事,在次年發布的調查報告中認定牛頓首先發現了微積分,並譴責萊布尼茨有意隱瞞他知道牛頓的研究工作。此時牛頓是王家學會的會長,雖然在公開的場合假裝與這個事件無關,但是這篇調查報告其實是牛頓本人起草的。


 後人在萊布尼茨的手稿中發現他曾經抄錄牛頓關於流數術的論文的段落,並將其內容改用他發明的微積分符號表示。這個發現似乎對萊布尼茨不利。但是,我們無法確定的是,萊布尼茨是什麼時候抄錄的?如果是在他創建微積分之前,從某位英國數學家那裡看到牛頓的手稿時抄錄的,那當然可以做為萊布尼茨剽竊的鐵證。但是他也可能是在牛頓在1704年發表該論文時才抄錄的,此時他本人的有關論文早已發表多年了。

   即使萊布尼茨不是獨立地創建微積分,他也對微積分的發展做出了重大貢獻。現在,經過歷史考證,萊布尼茨和牛頓的方法和途徑均不一樣,對微積分學的貢獻也各有所長。牛頓從物理學出發,運用集合方法研究微積分,其應用上更多地結合了運動學,造詣高於萊布尼茨。萊布尼茨則從幾何問題出發,運用分析學方法引進微積分概念、得出運算法則,其數學的嚴密性與系統性是牛頓所不及的。

    因此現在的學術界和教科書一般把牛頓和萊布尼茨共同列為微積分的創建者。

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