代數(shù)學之父——韋達

韋達(Francois Viète,1540-1603)法國數(shù)學家,是十六世紀最有影響的數(shù)學家之一。

1540年韋達生于法國普瓦圖地區(qū),今旺代省的豐特奈-勒孔特,1603年12月13日卒于巴黎。韋達年青時學習過法律,曾在巴黎裁判所當過律師。后從事政治活動,當過議會議員,1580年任那瓦爾的亨利親王的樞密顧問。在工作之余,韋達也做了許多數(shù)學研究工作。

   

在法國與西班牙戰(zhàn)爭期間,他曾破譯西班牙作戰(zhàn)機密,首次嶄露數(shù)學才能,但卻遭西班牙宗教裁判所缺席判決處以焚燒致死的極刑,幸未能執(zhí)行。從1584到1589年這段時間,由于政治原因,韋達變成了平民,于是他更加專心于數(shù)學研究,有時甚至是幾天幾夜都不睡覺。他是一位人文主義者,極力主張復(fù)古,他還自費印刷、發(fā)行自己的著作。

韋達從事數(shù)學研究只是出于愛好,然而他卻完成了代數(shù)和三角學方面的巨著。他的《應(yīng)用于三角形的數(shù)學定律》(1579年)是韋達最早的數(shù)學專著之一,是系統(tǒng)論述平面和球面三角學的著作之一。他被稱為現(xiàn)代代數(shù)符號之父。韋達還專門寫了一篇論文“截角術(shù)”,初步討論了正弦,余弦,正切弦的一般公式,首次把代數(shù)變換應(yīng)用到三角學中。他考慮含有倍角的方程,具體給出了將COS(nx)表示成COS(x)的函數(shù)并給出當n≤11等于任意正整數(shù)的倍角表達式了。

韋達在歐洲被尊稱為“代數(shù)學之父”,他最重要的貢獻是對代數(shù)學的推進,他最早系統(tǒng)地引入代數(shù)符號,推進了方程論的發(fā)展。韋達系統(tǒng)地研究了卡丹、塔泰格利亞、蓬貝利、斯蒂文以及丟番圖的著作,并從這些名家、尤其是從丟番圖的著作中,獲取了使用字母、縮寫代數(shù)的思想。他主張用“分析”這個術(shù)語來概括當時代數(shù)的知識內(nèi)容和方法,而不贊成從阿拉伯承襲而來的algebra這個詞。

韋達的《解析方法入門》(1591年)一書是他的最重要的代數(shù)著作,也是最早的符號代數(shù)專著。該書集中了他以前在代數(shù)方面的大成,使代數(shù)學真正成為數(shù)學中的一個優(yōu)秀分支。他對方程論的貢獻是在《論方程的整理和修正》一書中提出了二次、三次和四次方程的解法。他在書中第一章應(yīng)用了兩種希臘文獻:帕波斯的《數(shù)學文集》第7篇和丟番圖著作中的解題步驟結(jié)合起來,認為代數(shù)是一種由已知結(jié)果求條件的邏輯分析技巧,并自信希臘數(shù)學家已經(jīng)應(yīng)用了這種分析術(shù),他只不過將這種分析方法重新組織。韋達不滿足于丟番圖對每一問題都用特殊解法的思想,試圖創(chuàng)立一般的符號代數(shù)。他引入字母來表示量,用輔音字母B,C,D等表示已知量,用元音字母A(后來用過N)等表示未知量x,而用A quadratus,A cubus   表示 x2、x3 ,并將這種代數(shù)稱為本“類的運算”以此區(qū)別于用來確定數(shù)目的“數(shù)的運算”。

當韋達提出類的運算與數(shù)的運算的區(qū)別時,就已規(guī)定了代數(shù)與算術(shù)的分界。這樣代數(shù)就成為研究一般的類和方程的學問,這種革新被認為是數(shù)學史上的重要進步,它為代數(shù)學的發(fā)展開辟了道路,因此韋達被西方稱為"代數(shù)學之父"。

1593年,韋達又出版了另一部代數(shù)學專著—《分析五篇》(5卷,約1591年完成);《論方程的識別與訂正》是韋達逝世后由他的朋友A.安德森在巴黎出版的,但早在1591年業(yè)已完成。其中得到一系列有關(guān)方程變換的公式,給出了G.卡爾達諾三次方程和L.費拉里四次方程解法改進后的求解公式。而另一成就是記載了著名的韋達定理,即方程的根與系數(shù)的關(guān)系式。韋達還探討了代數(shù)方程數(shù)值解的問題,1600年以《冪的數(shù)值解法》為題出版。 

韋達用“分析”這個詞來概括當時代數(shù)的內(nèi)容和方法。他創(chuàng)設(shè)了大量的代數(shù)符號,用字母代替未知數(shù),系統(tǒng)闡述并改良了三、四次方程的解法,指出了根與系數(shù)之間的關(guān)系。給出三次方程不可約情形的三角解法。著有《分析方法入門》、《論方程的識別與訂正》等多部著作。韋達系統(tǒng)地研究了方程根的多種有理變換,闡述并改進了三、四次方程的解法,指出了根與系數(shù)之間的重要關(guān)系,即韋達定理。從而使當時的代數(shù)學系統(tǒng)化了。

韋達是第一個有意識地和系統(tǒng)地使用字母來表示已知數(shù)、未知數(shù)及其乘冪,也用字母表示一般的系數(shù),他創(chuàng)設(shè)了大量的代數(shù)符號,帶來了代數(shù)理論研究的重大進步!斗治龇椒ㄈ腴T》是韋達最重要的代數(shù)著作,也是最早的符號代數(shù)專著。他在書的第一章中應(yīng)用了兩種希臘文獻,帕波斯的《數(shù)學文集》第七篇和丟番圖著作中的解題步驟結(jié)合起來,認為代數(shù)是一種由已知結(jié)果求條件的邏輯分析技巧 ,并相信希臘數(shù)學家已經(jīng)應(yīng)用了這種分析術(shù),他只不過對這種分析方法進行了重新組織。韋達不滿足于丟番圖對每一問題都用特殊解法的思想,試圖創(chuàng)立一般的符號代數(shù)。他引入字母來表示量,用輔音字母B,C,D等表示已知量,用元音字母A(后來用過N)等表示未知量x,而用A quadratus,A cubus 表示 x2、x3 ,并將這種代數(shù)稱為本“類的運算”以此區(qū)別于用來確定數(shù)目的“數(shù)的運算”。

韋達的這套做法后來經(jīng)過笛卡兒等人的改進,成為現(xiàn)代代數(shù)的形式。韋達把他的符號性代數(shù)稱作“類的籌算術(shù)”,以區(qū)別所謂具體的所謂“數(shù)的籌算術(shù)”,從而指出了代數(shù)和算術(shù)的區(qū)別。當韋達提出類的運算與數(shù)的運算的區(qū)別時,就已規(guī)定了代數(shù)與算術(shù)的分界。這樣,代數(shù)就成為研究一般的類和方程的學問,這種革新被認為是數(shù)學史上的重要進步,它為代數(shù)學的發(fā)展開辟了道路,因此韋達被西方稱為 “代數(shù)學之父”。

1593年,韋達又出版了另一部代數(shù)學專著--《分析五篇》(5卷,約1591年完成);《論方程的識別與訂正》是韋達逝世后由他的朋友A.安德森在巴黎出版的,但早在1591年業(yè)已完成。其中得到一系列有關(guān)方程變換的公式,給出了G.卡爾達諾三次方程和L.費拉里四次方程解法改進后的求解公式。而另一成就是記載了著名的韋達定理,即方程的根與系數(shù)的關(guān)系式。韋達還探討了代數(shù)方程數(shù)值解的問題,1591年已有綱要,1600年以《冪的數(shù)值解法》為題出版。

韋達在《分析五篇》中曾說明怎樣用直尺和圓規(guī)作出導(dǎo)致某些二次方程的幾何問題的解。同年他的《幾何補篇》(Supplementum geometriae)在圖爾出版了,其中給尺規(guī)作圖問題所涉及的一些代數(shù)方程知識。

π的研究

韋達對于幾何學也有相當多的研究,他最早明確給出有關(guān)圓周率π值的無窮運算式,而且創(chuàng)造了一套10進分數(shù)表示法,促進了記數(shù)法的改革。  

1579年,他給出了圓周率 π 的第一個無窮乘積的表達式,并由此計算得到了精確到16位小數(shù)的π值。

    

之后,韋達用代數(shù)方法解決幾何問題的思想由笛卡兒繼承,發(fā)展成為解析幾何學。

最突出的貢獻是在符號代數(shù)方面。

 
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