微积分的发现必须归功于牛顿和莱布尼茨,从此以后,微积分不再是古希腊几何的附庸,而是一门独立的学科。
相同贡献:将微积分算术化,即在代数概念创造微积分。他们使用的代数方法和符号比几何更有效,且能处理广泛的问题。他们最重要的贡献是把面积、体积以及之前用和处理的问题归到反微分,即四个主要问题:速率、切线、最大值最小值和求和全部可以归结到微积分中。
差异:牛顿用x,y的无穷小增量作为求流数(导数)的手段,当增量越来越小时,流数(导数)是增量比的极限。而莱布尼茨直接用x,y的无穷小增量求出它们的关系。前者重视物理中的运动,以速度为中心;后者哲学出身,着眼于物质的最终颗粒(莱布尼茨称其为单子monad)。因此牛顿从变化率出发解决面积、体积问题,而莱布尼茨用和来求解。
牛顿自由地用级数表示函数,莱布尼茨则宁愿用有限形式、1676年二人的通信中,牛顿强调用级数,甚至用在简单的微分方程里,而莱布尼茨认为要在确定的范围内获得结果。
牛顿的工作方式是依靠经验、具体而谨慎的,莱布尼茨则富于想象且大胆的,后者更关心创造广泛意义的微积分,例如积法则、商法则,以此建立的微积分的规范。而前者尽管知道积法则,却没有指出这个普遍结论,不强调这些方法;他给微积分的应用划出了辽阔的疆域,刺激并决定了整个十八世纪分析的方向。
二人口水战的经过:
牛顿1665-1687年没有发表过微积分的工作,只是跟朋友分享了一些内容,特别是1669年给老师巴罗写了《分析学》。莱布尼茨1672年在巴黎,1673年在伦敦,并和认识牛顿的人进行通信,1684年发表了关于微积分的论文。因此有人怀疑莱布尼茨窃取了牛顿的工作成果,在两人去世很久后,调查发现:虽然牛顿先于莱布尼茨发明了微积分,但莱布尼茨也是独立发明者。这场争论使数学家分成两派:大陆数学家(如伯努利兄弟)支持莱布尼茨,英国数学家捍卫牛顿,导致两边交流停滞。因为牛顿在原理中使用几何方法,所以英国人继续用几何方法;大陆的数学家使用并改进了莱布尼茨的分析法,把英国数学家抛在后面。
一些补充工作:
牛顿提出了求多项式根的上界规则,给出了求方程近似根的普遍方法(称为牛顿迭代法或牛顿-拉夫逊方法)。
罗尔1691年提出了罗尔定理(中值定理之一,另外两个为朗格朗日、柯西):如函数在x=a,b等于0,那a,b间的某个x值处导数=0,但未证明。
詹姆斯伯努利(1655-1705)自学数学,1686年成为巴塞尔大学的教授。约翰伯努利(1667-1748)跟他的哥哥学习数学,后来也在巴塞尔大学任教。两人经常和莱布尼茨、惠更斯等人通信,因为很多信件成果未发表,谁先发现的成了问题。约翰急于成名,开始和哥哥竞争,用不正当手段把别人和哥哥的成果占为己有,詹姆斯很敏感,用同样的手段回击(差了12岁还这样……)莱布尼茨想调和他俩的矛盾,结果詹姆斯一是认为莱布尼茨抢了他的功劳,二是偏袒弟弟,当牛顿的盟友跟莱布尼茨掐架时,他写信给对方吐槽莱布尼茨。
伯努利兄弟的工作也是关于求曲率、法包线、拐点、曲线长度和其他基本微积分课题。詹姆斯把牛顿的级数应用扩展到积分复杂的代数函数和超越函数,1691年他们给出了求曲率半径的公式。
约翰伯努利留下了一个著名定理:洛必达法则,用来求分子、分母趋于0时的极限,江湖传说是洛必达跟伯努利学习时花钱买的。
PS 今天发现其他博主早就做了这本书的阅读笔记,感觉叙述比我流畅很多,如果对本书有兴趣不妨收藏他的博客~本文相关链接