林寿数学史第九讲：19世纪的几何与分析I.ppt

第九讲19世纪的几何与分析I 几何学的变革分析的严格化 几何 现实空间与思维空间微分几何非欧几何射影几何统一的几何公理化方法 平面曲线理论17世纪基本完成 微分几何 惠更斯 荷 1629 1695 1673年惠更斯 荷 1629 1695 渐伸线 渐屈线 洛比塔 法 1661 1704 1671年和1686年牛顿和莱布尼茨 曲率 曲率半径1691年和1692年约翰 伯努利 瑞 1667 1748 曲线的包络1696年洛比塔 法 1661 1704 的 无穷小分析 完成并传播了平面曲线理论 18世纪的空间曲线 曲面理论 微分几何 克莱罗 法 1713 1765 1697年约翰 伯努利 瑞 1667 1748 提出的测地线问题1731年克莱罗 法 1713 1765 关于双重曲率曲线的研究 弧长 曲率 微分几何 1760年欧拉 瑞 1707 1783 关于曲面上曲线的研究 曲率 绕率 建立了曲面理论 蒙日 法 1746 1818 1771年欧拉 瑞 1707 1783 关于可展曲面 1771和1775年蒙日 法 1746 1818 关于可展曲面与直纹面1795年蒙日 法 1746 1818 关于分析的几何应用的活页论文 借助微分方程对曲面族 可展曲面 直纹面做深入研究 蒙日 1792年任法兰西共和国海军部部长 签署了处决路易十六的报告书 1800年任元老院议长 1808年封爵 波旁王朝复辟后被革职1794年组建巴黎综合工科学校 1795年设立巴黎高等师范学校培养一批优秀学生 泊松 刘维尔 傅里叶 柯西 平行公理的研究 公元前3世纪至1800年 欧氏几何 欧几里得 普莱菲尔 苏格兰 1748 1819 勒让德 法 1752 1833 若一直线落在两直线上所构成的同旁内角和小于两直角 那么把两直线无限延长 它们都在同旁内角和小于两直角的一侧相交 勒让德 法 1752 1833 几何学原理 这条关于三角形的三个内角和的定理应该认为是那些基本真理之一 这些真理是不容争论的 它们是数学永恒真理的不朽的例子 1832 1733年萨凯里 意 1667 1733 欧几里得无懈可击 欧氏几何 非欧几何 1766年兰伯特 法 1728 1777 平行线理论 不认为锐角假设矛盾 认识到如果一组假设不引起矛盾 就提供了一种可能的几何 1763年 克吕格尔 德 1739 1812 第一位对平行线公设是否能由其它公理加以证明表示怀疑的数学家 1820年F 鲍约 匈 1775 1856 我经过了这个长夜的渺无希望的黑暗 在这里埋没了我一生的一切亮光和一切快乐 或许这个无底洞的黑暗将吞食掉一千个犹如灯塔般的牛顿 而使大地永无光明 非欧几何 1813年高斯 德 1777 1855 非欧几里得几何 1832年J 鲍约 匈 1802 1860 绝对空间的科学 几何学上的哥白尼 1826年罗巴切夫斯基 俄 1792 1856 简要论述平行线定理的一个严格证明 罗巴切夫斯基 苏联 1951 非欧几何 罗巴切夫斯基 俄 1792 1856 喀山大学教授 校长1815年着手研究平行线理论 试图给出平行公设的证明1826年在物理数学系会议宣读 简要论述平行线定理的一个严格证明 1829年论文 几何学原理 在 喀山大学通报 全文发表直至罗巴切夫斯基去世的30年内 没能赢得社会的承认和赞美 鲍约 罗马尼亚 1960 非欧几何 鲍约父子之墓 内蕴几何 流形曲率 1854年黎曼 德 1826 1866 关于几何基础的假设 非欧几何 非欧几何 1846年进入哥廷根大学专修语言和神学1847 1848年到柏林大学 进入数学领域1849 1851年在哥廷根大学 取得博士学位 学位论文 单复变函数一般理论基础 1854年讲师职位讲演 关于几何基础的假设 1857年副教授 1859年教授1862年得肺结核 1866年在意大利逝世1876年出版 黎曼全集 发表论文18篇 遗稿12篇 伟大的分析学家 复变函数论 阿贝尔函数论 超几何级数与常微分方程 解析数论 实分析 几何学 数学物理 物理学 黎曼 德 1826 1866 黎曼是一个富有想象的天才 他的想法即使没有证明 也鼓舞了整整一个世纪的数学家 模型与相容性 1868年贝尔特拉米 意 1835 1899 非欧几何 曳物线 1871年克莱因 德 1849 1925 1882年庞加莱 法 1854 1912 非欧几何 克莱因 庞加莱圆 蒙日 法国 1953 1803年卡尔诺 法 1753 1823 的 位置几何学 卡尔诺 法国 1950 1799年蒙日 法 1746 1818 的 画法几何学 射影几何 早期开拓者 德沙格 法 1591 1661 帕斯卡 法 1623 1662 综合方法 对偶原理 1822年庞斯列 法 1788 1867 的 论图形的射影性质 射影几何 代数方法 射影几何 射影几何 所谓几何学 就是研究几何图形对于某类变换群保持不变的性质的学科 或者说任何一种几何学只是研究与特定的变换群有关的不变量 1872年克莱因 德 1849 1925 的 爱尔朗根纲领 统一的几何学 1865年进入波恩大学 建于1786年 学习生物1866 1868年普吕克 德 1801 1868 的博士1869 1886年 哥廷根大学 柏林大学 普法战争 埃尔朗根大学 慕尼黑工业大学 莱比锡大学 哥廷根大学克莱因使哥廷根这座具有高斯 黎曼传统的德国大学更富有科学魅力 吸引了一批有杰出才华的年青数学家 使之成为20世纪初世界数学的中心之一 爱尔朗根纲领 统一的几何学 克莱因 音乐能激发或抚慰情怀 绘画使人赏心悦目 诗歌能动人心弦 哲学使人获得智慧 科学可改善物质生活 但数学能给予以上的一切 几何学的公理化 1899年希尔伯特 几何基础 选择和组织公理系统的原则 希尔伯特 德 1862 1943 建立几何的公理和探究它们之间的关系 是一个历史悠久的问题 关于这个问题的讨论 从欧几里得以来的数学文献中 有过难以计数的专著 这问题实际就是要把我们的空间直观加以逻辑的分析 本书中的研究 是重新尝试着来替几何建立一个完备的 而又尽可能简单的公理系统 要根据这个系统推证最重要的几何定理 同时还要使我们的推证能明显地表出各类公理的含义和个别公理的推论的含义 分析的严格化 分析的算术化实数理论集合论 分析的算术化 分析 关于函数的无穷小分析问题 第二次数学危机核心 函数 无穷小贡献 柯西 法 1789 1857 分析教程 1821 无穷小分析教程概论 1823 微分学教程 1829 魏尔斯特拉斯 德 1815 1897 语言 现代分析之父 希尔伯特 德 1862 1942年 魏尔斯特拉斯以其酷爱批判的精神和深遽的洞察力 为数学分析建立了坚实的基础 通过澄清极小 函数 导数等概念 他排除了微积分中仍在涌现的各种异议 扫清了关于无穷大和无穷小的各种混乱观念 决定性地克服了起源于无穷大和无穷小概念的困难 今天分析达到这样和谐 可靠和完美的程度 本质上应归功于魏尔斯特拉斯的科学活动 函数 初等函数 狄里克雷函数 处处不可微的连续函数 解析函数 1837年狄里克雷 德 1805 1859 1817年波尔查诺 捷 1781 1848 定义了导数 连续1821年柯西 法 1789 1857 分析教程 定义了极限 连续 导数 算术化 1854年黎曼 德 1826 1866 定义了有界函数的积分19世纪60年代魏尔斯特拉斯 德 1815 1897 提出 语言1875年达布 法 1842 1917 提出了大和 小和 1817年波尔查诺 捷 1781 1848 提出 确界原理 1817年波尔查诺和19世纪60年代魏尔斯特拉斯 德 1815 1897 提出 聚点定理 1821年柯西 法 1789 1857 提出 收敛准则 19世纪60年代魏尔斯特拉斯提出 单调有界原理 1872年海涅 德 1821 1881 和1895年波莱尔 法 1871 1956 提出 有限覆盖定理 实数理论 1872年戴德金 德 1831 1916 提出 分割理论 1892年巴赫曼 德 1837 1920 提出 区间套原理 波尔查诺 捷克斯洛伐克 1981 实数理论 1834年进入波恩大学学习法律与商业 放弃法学博士候选人1839 1940年成为古德曼 德 1798 1852 的学生1841 1856年在中学任教 开展椭圆函数论与阿贝尔函数论的研究 1854年哥尼斯堡大学名誉博士1856年起在柏林工业大学 柏林大学任教 1873年出任柏林大学校长分析算术化的完成者 解析函数论的奠基人 卓越的大学数学教师 1864 1885培养了41位博士 学生中有近100位成为大学正教授龙格 德 1856 1927 魏尔斯特拉斯在其连续性课程中 自下而上地构筑了完美的数学大厦 其中任何想当然的 未经证明的东西没有立足之地 实数理论 海涅 波莱尔 达布 黎曼 戴德金 巴赫曼 1874年起康托 德 1845 1918 一系列论文建立 康托三等分集 集合论 希尔伯特 数学思想的最惊人的产物 在纯粹理性的范畴中人类活动的最优美的表现之一 我看到了它 但我简直不能相信它 一一对应关系确定集合的基数实直线是不可数集合康托定理 对集合X X P X 2 X 集合论 康托对角线法证明 0 1 是不可数集 第九讲思考题 1 从非欧几何学的建立谈谈您对几何真实性的认识 2 非欧几何的诞生有何意义 3 魏尔斯特拉斯对于分析的严格化有哪些重要贡献 4 如何化解第一次数学危机 5 如何化解第二次数学危机