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数学家传记

洛必达Guillaume de l'Hôpital

出生
1661年 法国巴黎
逝世
1704年2月2日 法国巴黎

洛必达是一位法国数学家,撰写了第一本微积分教科书,该书由他老师约翰·伯努利的讲义组成。

完整传记

要给出洛必达的全名需要整整一段,所以我们只给出一个大大简化的版本:洛必达-François-路易·安托万 Marquis 洛必达,Sainte-Mesme侯爵,Entremont伯爵和Ouques-la-Chaise领主。这个家族在法国世代显赫,可追溯至大约12世纪。Hôpital这个名字有多种拼法,较早的版本是l'Hospital或Lhospital,而洛必达是这个名字相对现代的拼法。他的父亲是Anne-Alexandre 洛必达,国王军队的中将;他是Sainte-Mesme伯爵和奥尔良公爵。洛必达的母亲是Elisabeth Gobelin,Claude Gobelin的女儿,Claude Gobelin是国王军队的总监和国家参事。Sturdy写道[5]:-

Anne-Alexandre 洛必达 与奥尔良家族的显赫关系以及加斯东·奥尔良对他的信任,为洛皮塔尔家族的声誉增添了耀眼的光彩;这也为他们提供了仅次于国王本人的保护。

小时候,洛必达 对拉丁语之类的科目没有天赋,但他发展出了很强的数学能力,并对这门学科怀有真正的热情。贝尔纳·勒布耶·德·丰特奈尔 在 [7] 中叙述说,当 洛必达 十五岁时,有一次他正与罗阿内公爵和一位阿尔诺先生讨论数学。他们告诉他 布莱兹·帕斯卡 提出的一个关于摆线的非常困难的问题。几天后,洛必达 就解决了这个问题。鉴于他的家庭背景,洛必达 走上军旅生涯并担任骑兵团上尉并不令人意外。他当然没有放弃对数学的兴趣,正如 贝尔纳·勒布耶·德·丰特奈尔 所解释的 [7]:-

他投身军旅,但并未放弃他最珍爱的热情。他甚至在帐篷里也研究几何学。他退到那里不仅是为了研究,也是为了隐藏自己致力于研究这件事。因为必须承认,法兰西民族虽然和其他民族一样彬彬有礼,却仍处于那样一种野蛮状态:它会怀疑科学一旦达到某种程度是否与贵族身份不相容,以及一无所知是否更为高贵。……我本人就见过一些与他同时服役的人,他们大为惊讶:一个像他们一样生活的人,竟然是欧洲最杰出的数学家之一。

然而他因近视——十步之外便看不清——而从军队辞职。朱利安·罗威尔·柯立芝 写道 [3]:-

人们倾向于相信,是 洛必达 对数学的热爱,而非他视力的缺陷,促使他放弃军旅生涯而转向科学生涯。

当然,从那时起他就把注意力转向了数学。几乎可以肯定,如果不是 1691 年末他与 约翰·伯努利 的一次偶然相遇,洛必达 在今天的数学界会完全默默无闻。约翰·伯努利 当时 24 岁,他刚刚在讲授了数学的最新发展——即 哥特弗里德·威廉·莱布尼茨 的微分学——之后抵达巴黎。洛必达 当时是 尼古拉斯‧马勒伯朗士 在奥拉托利会聚会圈中的成员,该圈子汇集了巴黎最杰出的数学家和科学家。对 约翰·伯努利 来说,去那里结识法国最杰出的数学家是显而易见的选择,而他很快发现 洛必达 是最热情的一位。洛必达 则对见到 约翰·伯努利 很感兴趣,因为他很快就清楚地意识到,在无穷小方法的新发展方面,约翰·伯努利 比巴黎其他任何人都懂得多得多。约翰·伯努利 告诉 洛必达 以及 尼古拉斯‧马勒伯朗士 圈子中的其他人,他知道曲线曲率半径的一般公式。尽管 克里斯蒂安·惠更斯哥特弗里德·威廉·莱布尼茨艾萨克·牛顿 等人也知道这一点,但在巴黎它被认为是一个重要的未决问题,因此 洛必达 尽管可能是法国最优秀的数学家之一,也意识到自己可以从 约翰·伯努利 那里学到很多。约翰·伯努利 同意每周给 尼古拉斯‧马勒伯朗士 的圈子讲四次课,并在接下来的六个月里一直这样做。洛必达 听了这些课,但随后从巴黎搬到了他在乌克的庄园,在那里他聘请 约翰·伯努利 给他上私人课程。到 1692 年 11 月,约翰·伯努利 已离开乌克,回到巴塞尔,并从那里与 洛必达 通信。

洛必达曾发表过几篇简短的数学札记,但在1692年,当约翰·伯努利在乌克给他上课时,洛必达把de Beaune问题的解答寄给了克里斯蒂安·惠更斯Florimond de Beaune曾征求一条切线截距为定长的曲线,而约翰·伯努利已把这个解答收入他给洛必达讲授的课程中。洛必达并未声称他寄给克里斯蒂安·惠更斯的解答是他自己的,但克里斯蒂安·惠更斯作出了合理的推测,认为那是他的。此后不久,洛必达用笔名发表了这一解答。等到约翰·伯努利看到发表的解答时,他已回到巴塞尔,自然极为不快。大约有六个月,洛必达与伯努利之间的通信中断了;随后,在1694年3月17日,洛必达给约翰·伯努利寄了一封信,其中提出了一个引人注目的提议[11]:-

我很乐意给你300镑的聘金,从今年1月1日开始。……我保证不久会增加这笔聘金,我知道它非常微薄,只要我的事务稍有起色。……我不会不讲道理到要求你为此付出全部时间,但我会请你每隔一段时间给我一些时间,按我的要求工作,并把你的一些发现告诉我,同时请你不要把它们中的任何一项透露给别人。我甚至要求你不要把我这里寄给皮埃尔·伐里农先生或其他人,也不要寄去你留在我这里的任何文稿副本;如果它们被发表,我绝不会高兴。请就这一切答复我……

虽然没有找到约翰·伯努利回信的副本,但从洛必达的下一封信可知,约翰·伯努利很快接受了这一提议。通信继续下去,在1695年约翰·伯努利寄给洛必达的一封信中,他作出了如下引人注目的承诺[11]:-

你只需让我知道你的明确意愿,哪怕我此生不再发表任何东西,因为我将严格遵从它们,我写的任何东西都不会再被人看到。

1695年9月1日,约翰·伯努利离开巴塞尔,去格罗宁根就任数学教授的新职。1696年,洛必达的名著Analyse des infiniment petits pour l'intelligence des lignes courbes(《用于理解曲线的无穷小分析》)出版;这是第一部关于微分学的教科书。在引言中,洛必达承认自己受惠于哥特弗里德·威廉·莱布尼茨雅各布·伯努利约翰·伯努利,但洛必达认为由他提供的基础是他自己的想法。他写道:-

我必须承认,我非常感激伯努利先生们的劳作,尤其是现任格罗宁根教授的那些劳作。我自由地使用了他们的发现,也使用了哥特弗里德·威廉·莱布尼茨先生的发现,因此我坦率地把他们愿意认作自己的一切归还给他们。

他也知道艾萨克·牛顿的贡献,写道:-

我必须在此公正地承认(正如哥特弗里德·威廉·莱布尼茨先生本人在1694年8月的'Journal des Sçavans'中所做的那样),博学的艾萨克·牛顿爵士同样发现了类似微分学的东西……但哥特弗里德·威廉·莱布尼茨先生的方法要容易和迅速得多,这是由于他所使用的记号,更不用说它在许多场合所提供的奇妙帮助。

这本书以两个定义开始:

定义1。变量是那些连续增加或减少的量,而常量则在其他量变化时保持不变。

定义2。变量连续增加或减少的无限小部分称为该量的微分。

接下来是两个公理:

公理1。承认两个量,如果它们的差是一个无穷小量,那么它们可以不加区分地互相代替(或使用);或者(同样的事情)一个量如果只增加或减少一个无穷小量,可以认为它保持不变。

公理2。承认一条曲线可以被视为无穷多条无穷小直线的集合;或者(同样的事情)视为一个有无穷多条边的多边形,每条边的长度都是无穷小,使得相邻直线之间的夹角决定曲线的曲率。

在著作的第二章中,洛必达继续确定曲线的切线。鉴于他将曲线定义为有无穷多条边、每条边长度无穷小的多边形,他可以将曲线上一点的切线定义为该点处无穷小直线所生成的直线。他给出了许多计算切线的例子以及一个一般方法。在第三章中,他考虑极大和极小问题,给出了来自力学和地理学的例子。在后面的章节中,他继续考虑拐点、尖点、曲率、evolutesinvolutes和高阶导数。在第9章中,可以找到现在称为洛必达法则的规则,用于求一个以分数形式给出的函数在一点处分子和分母都趋于零时的极限。

这本书是一个极其重要的贡献。它被使用了很长时间,直到1781年还在出版新版本,它也是下一代微积分书籍的典范。但是,当然,我们必须考察这部著作在多大程度上依赖于约翰·伯努利。嗯,当这本书出现时,他并没有过于强烈地抱怨,只有在洛必达去世后,他才更加强烈地说这本书本质上是他的。约翰·伯努利,尽管作为数学家享有盛誉,却卷入了各种优先权争议,特别是与他的兄弟雅各布·伯努利的争议,他的主张没有被太认真对待。另一方面,洛必达的个性和对概念的深刻理解使同事们站在他一边。例如,Robinson在[1]中写道:-

洛必达拥有非常吸引人的个性,除其他外,他谦虚而慷慨,这两种品质在他那个时代的数学家中并不普遍。

直到1921年,约翰·伯努利给洛必达所授课的手稿副本才被发现,人们看到这本书多么紧密地遵循了课程笔记。此外,当两人之间的协议被看到时,对事件有了更多的理解。事实上,由于他们之间的协议,约翰·伯努利在洛必达的书出版时并没有处于可以抱怨的位置。在[11]中,Truesdell试图正确看待这一安排:-

我们不应过于严厉地评判洛必达的做法。虽然起初或许是经济上的需要迫使约翰·伯努利接受了这一安排,但在他于1695年就任格罗宁根讲席之后,这种安排仍在继续。洛必达身为贵族,习惯于为他人提供的服务付费,如果约翰·伯努利是政治家、律师,甚至可能是建筑师,他所做的事就不会被认为是错的。当然,这没有什么值得洛必达骄傲的。仔细考察洛必达向哥特弗里德·威廉·莱布尼茨克里斯蒂安·惠更斯报告其数学进展的那些信件可以看出,除了一两处可能的例外,洛必达并没有撒谎,而是以居高临下的口吻提到约翰·伯努利,完全不承认对他有任何亏欠,并且在出处问题上,其写法暗示了某种东西却没有真正断言。

那么,为什么约翰·伯努利如此迅速地同意了洛必达的提议?尽管正如Truesdell所暗示的,金钱可能起了一定作用,但这似乎并非全部原因。当然,在当时,社会地位远比现代世界重要得多,约翰·伯努利在很大程度上会感到不得不顺从一位贵族。在晚年,约翰·伯努利夸耀他从洛必达那里得到的钱,夸大了他所收到的数额。但也可能对年轻的约翰·伯努利来说,他的数学发现广为人知,比世人知道他是作者更为重要。

但我们必须赞扬洛必达迅速理解了呈现给他的新颖数学。他是一位非常能干的数学家,当然能够以极大的清晰度写作。然而,确实看起来他自己很少或没有做出数学发现,他对最速降线问题的解决方案可能不是他自己的。这个问题由艾萨克·牛顿哥特弗里德·威廉·莱布尼茨雅各布·伯努利独立解决,如果解决方案确实归功于他,这将使洛必达处于非常好的伙伴中。除了数学家解决的问题外,往往他们提出的问题的质量使他们脱颖而出。在这方面,值得注意的是洛必达在思考分数阶导数的概念是否有意义。有一封他写给哥特弗里德·威廉·莱布尼茨的信,日期为1695年,其中他问dny/dxnd^{n}y/dx^{n}n=12n = \large\frac{1}{2}\normalsize是否有意义。

人们可能认为,作为贵族,洛必达会很容易被选入Académie des Sciences。然而,他的贵族身份使得通过正常程序选举成为不可能,但在1699年科学院重组后,他被授予荣誉地位。

洛必达考虑出版一部关于积分学的著作,但在得知哥特弗里德·威廉·莱布尼茨将出版一部关于该主题的著作后,他放弃了他的计划。他去世后发现了一本书的手稿,该书于1707年以Traité anlytique des sections coniques (圆锥曲线的分析论著)为标题出版。该文本的第二版于1720年出现。

洛必达与Marie-Charlotte de Romilley de La Chesnelaye结婚;他们有一个儿子和三个女儿。

最后让我们给出朱利安·罗威尔·柯立芝对洛必达的评价[3]:-

他是一个社会地位极高之人的光辉典范,对学问的热爱驱使他将短暂一生的大部分时间投入到科学写作中。

参考文献

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