微积分双雄---亦神亦人的牛顿与莱布尼茨

英国数学家牛顿和德国数学家莱布尼茨是世界公认的微积分学的奠基人。

牛顿于1642年出生于英国一个普通农民家庭,父亲在牛顿出生前就去世了,母亲在牛顿三岁时改嫁,牛顿由外祖母抚养长大。坎坷的身世养成了牛顿孤僻、腼腆的性格。因家境贫寒,牛顿中学时曾辍学,在舅舅的坚持下才复学。中学毕业后,经中学校长的推荐,牛顿以免费生的身份考进剑桥大学。大学毕业时,学校因鼠疫流行而关闭。牛顿回到家乡,开始了他在物理学、数学上的伟大研究。1667年,牛顿回到剑桥获得硕士学位,并被选为研究员。1669年,年仅27岁的牛顿被聘为剑桥大学教授,主讲数学、力学和光学。

1669年,牛顿在他的朋友圈散发了题为《运用无穷多项方程的分析学》的小册子,其中蕴含的思想和方法成为微分学和积分学的雏形。1671年,牛顿在《流数法和无穷级数》一书里叙述了微积分基本定理,并对微积分思想作出了更明确的说明。他把变量叫作流,变量的变化率叫作流数,“流数术”一说便由此而来。在书中,牛顿提出了“连续”思想以及使一个量小到“比任何一个指定的量都小”的思想,这是人类思维对“变化”的多么深刻地描绘。这本书直到牛顿死后的1736年才发表。同时,牛顿将流数术用于切线、曲率、拐点、曲线长度、引力等的计算,创立了系统的微分学、积分学。

天才的牛顿不仅创建了微积分,为近代数学奠定了理论基础,还在物理学、天文学方面取得了辉煌的成就。1687年,他出版了划时代巨著《自然哲学的数学原理》,不仅论述了微积分学,还定义了惯性、动量、力、加速度等力学概念,论述了力学三大定律和万有引力定律,奠定了经典力学和近代天文学的理论基础。此外,牛顿还做了光谱分析,提出了光的微粒说。牛顿在不同的科学领域取得的伟大成就以及对人类文明的巨大贡献,在人类历史上是少有的。

莱布尼茨于1646年出生于德国莱比锡一个教授家庭,青少年时期受到良好的教育,15岁进入莱比锡大学攻读法律,1666年获哲学博士学位并授法学教授。1672年,莱布尼茨作为外交人员被派往巴黎,在巴黎的这四年里莱布尼茨创立了微积分。1677年,莱布尼茨在一篇手稿中明确陈述了微积分基本定理,即牛顿-莱布尼茨公式。

1684年,莱布尼茨发表了数学史上第一篇微分学论文,定义了微分概念,采用了微分符号。1686年莱布尼茨又发表了他的第一篇积分学论文,初步论述了积分与微分的互逆关系,第一次使用了积分符号,使得微积分的表达更加简便。莱布尼茨的微分符号“d”源自拉丁语“差”(Differentia)的第一个字母,积分符号“∫”是拉丁语“总和”(Summa)的第一个字母S的伸长。对符号的精心选择,是莱布尼茨微积分的一大特点,获得人们的普遍接受并沿用至今。

另外,莱布尼茨还制作出了可以进行加减乘除运算的新型计算器,第一次提出了二进位制。莱布尼茨还是个外交官、哲学家、法学家、历史学家。

牛顿和莱布尼茨是科学研究的神,同时也是世俗世界的人。牛顿关于微积分的研究成果比莱布尼茨早,但发表得晚。在巨大的荣誉面前,两人为优先权展开了旷日持久的论战,对当时的数学发展及两人的身心都造成了巨大伤害。1669年,牛顿在沮丧、痛苦中放弃了科学研究,晚年还沉迷于神学和炼金术,直到去世。

同样令人唏嘘的是,莱布尼茨这位博学多才的科学巨人,由于官场失意,与牛顿关于微积分优先权的争论以及病痛的折磨,晚年生活亦是孤寂凄凉。更为巧合的是,由于性格腼腆不谙世事,再加上废寝忘食地工作和研究,这两位微积分学的奠基人和另一位微积分先驱帕斯卡一样,都终生未婚,他们把爱情祭献给了科学。

“自然与自然的定律,都隐藏在黑暗之中;上帝说‘让牛顿来吧!’于是,一切变为光明。”这是英国诗人波普为牛顿写下的墓志铭。

最后,用美国数学家冯·诺依曼的话作为结语,纪念微积分学的诞生并致敬数学先贤:微积分是现代数学的第一个成就,而且怎样评价它的重要性都不为过。我认为,微积分比其他任何事物都更清楚地表明了现代数学的发端;而且,作为其逻辑发展的数学分析体系仍然构成了精密思维中最伟大的技术进展。返回搜狐,查看更多

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