102.柯西的《无穷小分析教程概论》
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※102.柯西的《无穷小分析教程概论》
柯西(Augustin Louis Cauchy,1789—1857)
1823年
由格瓦尔(Gregoire)与德诺(Deneux)连手创作的平版印刷柯西肖像。
季诺悖论(约公元前445年),发现微积分(约1665年),洛必达的《阐明曲线的无穷小分析》(1696年),安聂希的《解析的研究》(1748年)及拉普拉斯的《概率的分析理论》(1812年)
美国数学家瓦特豪斯(William Waterhouse)说过:“19世纪的微积分处于一种微妙的境界;这套数学体系毫无疑问是正确的,能充分了解微积分或对这个主题有所洞见的数学家在那一百年间,几乎可以确保自身的功成名就,可是,却没有任何一位可以清楚说明这套数学体系究竟是如何运作的……直到柯西改变了这一切为止。”柯西这位多产的法国数学家在1823年出版《无穷小分析教程概论》一书,里面除了有微积分的严密发展之外,也有微积分基本定理一个现代证明。透过柯西优雅简洁的写作风格,让微积分两大领域(微分和积分)顺利整合在同一套架构底下。
柯西以清楚明确的导数定义作为这本专论的开头。柯西的导师、另一位法国数学家拉格兰吉(Joseph-Louis Lagrange)采用曲线图形的方式表现导数—曲线切线就是该曲线的导数—因此,拉格兰吉必须先找出导函数才能更进一步求得导数。霍金对此评论道:“柯西的做法优于拉格兰吉太多了。柯西把函数f在x轴上的导数定义成当i逼近于0,Δy/Δx=[f(x+i)-f(x)]/i这个差商的极限值,也就是我们现代非几何方式定义的导数。”
透过类似手法,柯西以厘清积分概念的方式呈现出微积分基本定理,说明为什么我们可以针对任一连续函数f计算出f(x)在x介于a到b区间内(a≤x≤b)的积分值。更重要的是,根据微积分基本定理,如果函数f在a到b区间内(数学式写成 [a, b])是可积分函数,并且可以用函数H(x)表示函数f从x=a积分到x≤b的结果时,则H(x)的导函数就一定会是f(x),以数学式表示的话,写成H'(x)=f(x)。
用瓦特豪斯的结论作为结尾:“柯西其实并没有设立什么新的理论基础,他只是把所有灰尘清除干净,好让微积分完整又富丽堂皇的样貌显露出来而已……” 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现