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数学分析的开拓者——拉格朗日

约瑟夫·拉格朗日(1736~1813)

法国著名数学家、物理学家。1736年1月25日生于意大利都灵,1813年4月10日卒于巴黎。

拉格朗日总结了18世纪的数学成果,同时又为19世纪的数学研究开辟了道路,堪称法国最杰出的数学大师。同时,他的关于月球运动、行星运动、轨道计算、两个不动中心问题、流体力学等方面的成果,也起到了历史性的作用,促进了力学和天体力学的进一步发展,成为这些领域的开创性或奠基性研究。

拉格朗日中值定理

拉格朗日中值定理又称拉氏定理,是微分学中的基本定理之一,它反映了可导函数在闭区间上的整体的平均变化率与区间内某点的局部变化率的关系。拉格朗日中值定理是罗尔中值定理的推广,同时也是柯西中值定理的特殊情形,是泰勒公式的弱形式(一阶展开)。

定理表述

如果函数f(x)满足:

(1)在闭区间[a,b]上连续;

(2)在开区间(a,b)内可导;

则在(a,b)中至少存在一点ξ,使得

函数和无穷数集

同18世纪的其他数学家一样,拉格朗日也认为函数可以展开为无穷级数,而无穷级数则是多项式的推广。他还试图用代数建立微积分的基础。在他的《解析函数论》中,书名上加的小标题“含有微分学的主要定理,不用无穷小,或正在消失的量,或极限与流数等概念,而归结为代数分析艺术”,表明了他的观点。

函数和无穷级数描述

拉格朗日就在《解析函数论》中第一次得到微分中值定理

后面并用它推导出泰勒级数,还给出余项Rn的具体表达式,Rn就是著名的拉格朗日余项形式。他还着重指出,泰勒级数不考虑余项是不能用的。虽然他还没有考虑收敛性,甚至各阶导数的存在性,但他强调Rn要趋于零,表明他已注意到收敛问题。虽未解决,但为以后三角级数理论的建立打下了基础。

拉格朗日点

又称平动点,在天体力学中是限制性三体问题的五个特解。一个小物体在两个大物体的引力作用下在空间中的一点,在该点处,小物体相对于两大物体基本保持静止。这些点的存在由瑞士数学家欧拉于1767年推算出前三个,法国数学家拉格朗日于1772年推导证明剩下两个。

拉格朗日点描述

1906年首次发现运动于木星轨道上的小行星在木星和太阳的作用下处于拉格朗日点上。在每个由两大天体构成的系统中,按推论有5个拉格朗日点,但只有两个是稳定的,即小物体在该点处即使受外界引力的摄扰,仍然有保持在原来位置处的倾向。每个稳定点同两大物体所在的点构成一个等边三角形。

别人是这么评价拉格朗日的:

拉格朗日是18世纪的伟大科学家,在数学、力学和天文学三个学科中都有历史性的重大贡献。但他主要是数学家,拿破仑曾称赞他是“一座高耸在数学界的金字塔”,他最突出的贡献是在把数学分析的基础脱离几何与力学方面起了决定性的作用,使数学的独立性更为清楚,而不仅是其他学科的工具。同时在使天文学力学化、力学分析化上也起了历史性作用,促使力学和天文学更深入发展。由于历史的局限,严密性不够妨碍着他取得更多的成果。

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17070405-17830918莱昂哈德·欧拉
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