Кіріспе
Орыс математигі (1740–1784) Андерс Йохан Лексел (24 желтоқсан 1740 – 11 желтоқсан 1784 [ескі стиль бойынша 30 қараша 1784]) – өмірінің көп бөлігін Ресей империясында өткізген фин-швед астрономы, математигі және физигі, ол Андрей Иванович Лексель (Андрей Иванович Лексель) деп танылды. Лексел полигонометрия және аспан механикасы саласында маңызды жаңалықтар ашты; соңғысы оның құрметіне аталған кометаның табылуына әкелді. «La Grande Encyclopédie» оны өз заманының көрнекті математигі деп сипаттайды, ол сфералық тригонометрияға жаңа және қызықты шешімдермен үлес қосты, оларды кометалар мен планеталардың қозғалысын зерттеу үшін негіз ретінде пайдаланды. Оның есімі сфералық үшбұрыштар теоремасына берілген. Лексел сол кезде Ресей Ғылым академиясының ең өнімді мүшелерінің бірі болды, ол 16 жылдық жұмысының ішінде 66 мақала жариялады. Леонхард Эйлер Лекселдің еңбектерін жоғары бағалап былай деді: «Лекселден басқа, мұндай мақаланы тек Д’Аламбер немесе мен ғана жаза аламын». Даниэль Бернулли де оның жұмысын мақтап, Иоганн Эйлерге жазған хатында: «Мен Лекселдің еңбектерін ұнатамын, олар терең және қызықты, ал олардың құндылығы оның кішіпейілділігімен одан да артады, бұл қасиет ұлы адамдарға жарасады», – деп жазды. Лексел үйленбеген, Леонхард Эйлермен және оның отбасымен жақын достық қарым-қатынаста болды. Ол Эйлердің өлімін өз үйінде күшікпен көрді және Ресей Ғылым академиясының математика кафедрасының төрағасы болды, бірақ бір жылдан кейін қайтыс болды. 2004 Лексел астероиды және Лекселл ай кратері оның құрметіне аталған.
Anders Johan Lexell (24 December 1740 – 11 December 1784 [O. S. 30 November 1784]) was a Finnish Swedish astronomer, mathematician, and physicist who spent most of his life in Imperial Russia, where he was known as Andrei Ivanovich Leksel (Андрей Иванович Лексель). Lexell made important discoveries in polygonometry and celestial mechanics; the latter led to a comet named in his honour. La Grande Encyclopédie states that he was the prominent mathematician of his time who contributed to spherical trigonometry with new and interesting solutions, which he took as a basis for his research of comet and planet motion. His name was given to a theorem of spherical triangles. Lexell was one of the most prolific members of the Russian Academy of Sciences at that time, having published 66 papers in 16 years of his work there. A statement attributed to Leonhard Euler expresses high approval of Lexell's works: "Besides Lexell, such a paper could only be written by D'Alambert or me". Daniel Bernoulli also praised his work, writing in a letter to Johann Euler "I like Lexell's works, they are profound and interesting, and the value of them is increased even more because of his modesty, which adorns great men". Lexell was unmarried, and kept up a close friendship with Leonhard Euler and his family. He witnessed Euler's death at his house and succeeded Euler to the chair of the mathematics department at the Russian Academy of Sciences, but died the following year. The asteroid 2004 Lexell is named in his honour, as is the lunar crater Lexell.
Алғашқы жылдар
Андерс Йохан Лекселл Турку қаласында алтын шебері және жергілікті әкімшілік қызметкер Йохан Лекселл мен Мадлен Кэтрин (туған тегі Бьёркегрен) отбасында дүниеге келді. Он төрт жасында ол Або академиясына қабылданды және 1760 жылы «Aphorismi mathematico physici» (академиялық жетекшісі Якоб Гадолин) диссертациясын қорғап, философия докторы ғылыми дәрежесін алды. 1763 жылы Лекселл Уппсалаға көшіп, Уппсала университетінде математика лекторы болып жұмыс істеді. 1766 жылдан бастап ол Уппсала теңіз мектебінде математика профессоры болды.
Санкт-Петербург қаласы
1762 жылы Екатерина II Ресей тағына отырды және ағартушылық абсолютизм саясатын бастады. Ол ғылымның маңыздылығын түсінді және Леонард Эйлерге «Санкт-Петербургке келгеннен кейін, кешіктірмей, өзінің талаптарын білдіруіне» бұйрық берді. Ресейге оралғаннан кейін көп ұзамай Эйлер Ресей Ғылым академиясының директорына Лекселлді математиканы және оның астрономияға, әсіресе сфералық геометрияға қолданылуын зерттеуге шақыруды ұсынды. Эйлердің шақыруы және сол кезде Ресей империясының сегіз орнынан Венераның 1769 жылғы транзитін бақылауға дайындық жүргізілуі Лекселлге Санкт-Петербург ғылыми қауымдастығының мүшесі болу мүмкіндігін іздеуге түрткі болды. Ресей Ғылым академиясына қабылдану үшін Лекселл 1768 жылы интегралды есептеу туралы «Methodus integrandi nonnulis aequationum exemplis illustrata» атты мақала жазды. Эйлер мақаланы бағалауға тағайындалды және оны жоғары бағалады, ал Ресей Ғылым академиясының директоры граф Владимир Орлов Лекселлді математиканың тәлімгері лауазымына шақырды, оған Лекселл келісті. Сол жылы ол Швеция королінен Швециядан кетуге рұқсат алып, Санкт-Петербургке көшіп келді. Оның алғашқы міндеті – Венера транзитінің бақылауларында қолданылатын астрономиялық құралдармен танысу болды. Ол 1769 жылы Санкт-Петербургте Кристиан Майермен бірге транзит бақылауына қатысты, ал ресейлік астрономдар басқа орындарға кеткен кезде Майер академия тарапынан обсерваторияда жұмыс істеуге шақырылған еді. Лекселл Ай теориясына, әсіресе Венера транзитінің бақылау нәтижелері бойынша Күннің параллаксын анықтауға үлкен үлес қосты. Ол жалпыға танылды және 1771 жылы Ресей Ғылым академиясы жаңа мүшелерді қабылдағанда Лекселл астрономия академигі ретінде қабылданды, сондай-ақ 1773 және 1774 жылдары Стокгольм академиясының және Уппсала академиясының мүшесі болды, ал Париж Корольдік ғылым академиясының корреспондент мүшесі атанды.
Шетелдік сапар
1775 жылы швед королі Лекселлді Або университетінің математика кафедрасының профессоры етіп тағайындады. Ол Санкт-Петербургте тағы үш жыл жұмыс істеуге рұқсат алды. Бұл рұқсат кейін екі жылға ұзартылды. Сондықтан 1780 жылы Лекселл Санкт-Петербургтен Швецияға қайтуға тиіс болды, бұл Ресей Ғылым академиясы үшін үлкен шығын болар еді. Сондықтан директор Домашнев Лекселлге Германияға, Англияға және Францияға барып, содан кейін Швеция арқылы Санкт-Петербургке қайтуды ұсынды. Лекселл сапарға шықты және Академияның қуанышына орай, швед патшасынан босатылып, 1781 жылы Санкт-Петербургке бір жылдан астам уақыттан кейін, сапарынан өте қанағаттанған күйде оралды. Академиктерді шетелге жіберу сол кезде сирек кездесетін жағдай болатын (Ресей Ғылым академиясының алғашқы жылдарымен салыстырғанда), сондықтан Лекселл сапарға шығуға қуана келісті. Ол өзінің жол жүру жоспарын жазуға міндеттелді, оған Домашнев өзгеріссіз қол қойды. Сапардың мақсаты мынадай болды: Лекселл жолындағы ірі обсерваторияларды аралап, олардың құрылысын зерттеуі, қолданылған ғылыми құралдардың саны мен түрлерін тіркеуі керек еді, ал егер жаңа және қызықты нәрсе тапса, жоспарлар мен жобалық сызбаларын сатып алуы тиіс болды. Сонымен қатар картография туралы барлық мәліметтерді жинап, жаңа географиялық, гидрографиялық, әскери және минералогиялық карталарды алуға тырысуы керек еді. Академияға ғылым, өнер және әдебиет туралы қызықты жаңалықтарды үнемі хабарлау үшін хаттар жазуы да міндеттелді. Лекселл 1780 жылдың шілде айының соңында Санкт-Петербургтен желкенді кемемен шығып, Свинемүнде арқылы Берлинге келді, онда бір ай болды және король Фридрих II-ге аудиенцияға түсу үшін Потсдамға барды, бірақ нәтижесіз болды. Қыркүйекте ол Баварияға аттанды, Лейпциг, Геттинген және Мангейм қалаларын аралады. Қазан айында ол Страсбургке, содан кейін Парижге сапар шекті, қысты сол жерде өткізді. 1781 жылдың наурыз айында Лондонға көшті. Тамыз айында Лондоннан Бельгияға кетті, онда Фландрия мен Брабантты аралады, содан кейін Нидерландыға көшіп, Гаага, Амстердам және Саардам қалаларында болды, содан кейін қыркүйекте Германияға оралды. Ол Гамбургке барып, содан кейін Кельде кемеге мініп, Швецияға жол тартты; жолда Копенгагенде үш күн тоқтады. Швецияда ол туған қаласы Абода уақыт өткізді, сондай-ақ Стокгольмге, Уппсалаға және Аландқа барды. 1781 жылдың желтоқсан айының басында Лекселл шамамен бір жарым жыл сапар шеккеннен кейін Санкт-Петербургке оралды. Академия архивінде Лекселдің Иоганн Эйлерге сапар барысында жазған 28 хаты сақталған, ал Эйлер академия директоры Домашневке жазған ресми есептері жоғалып кеткен. Алайда Иоганн Эйлерге жазылған ресми емес хаттарда Лекселл кездескен жерлер мен адамдар туралы, сондай-ақ оның әсерлері туралы толыққанды сипаттамалар бар.
Соңғы жылдар
Лекселл Леонард Эйлермен тығыз байланыс орнатты, ол соңғы жылдары көру қабілетін жоғалтса да, аға ұлы Йоханн Эйлер оған оқып беру арқылы жұмысын жалғастырды. Лекселл Леонард Эйлерге зор көмек көрсетті, әсіресе математиканы физика және астрономия салаларына қолдануда. Ол Эйлерге есептеулер жасауға және мақалаларын дайындауға көмектесті. 18 қыркүйек 1783 жылы отбасымен түскі ас ішкеннен кейін, Лекселлмен бірге жаңадан ашылған Уран планетасы мен оның орбитасы туралы сөйлескен кезде Эйлердің денсаулығы нашарлап кетті. Ол бірнеше сағаттан кейін қайтыс болды. Бұл жұмысты Леонард Эйлер 1768 жылы жоғары бағалаған. Лекселл әдісінің мәні мынада: берілген сызықтық емес дифференциалдық теңдеу үшін (мысалы, екінші реттік) біз анықталмаған коэффициенттері мен көрсеткіштері бар бірінші реттік дифференциалдық теңдеудің аралық интегралын таңдаймыз. Осы аралық интегралды дифференциалдағаннан кейін, оны бастапқы теңдеумен салыстырып, аралық интегралдың коэффициенттері мен көрсеткіштеріне қатысты теңдеулерді шығарамыз. Белгісіз коэффициенттерді белгілі коэффициенттер арқылы өрнектегеннен кейін, оларды аралық интегралға қойып, бастапқы теңдеудің екі нақты шешімін аламыз. Бір нақты шешімді екіншісінен шығарып тастау арқылы дифференциалдардан құтылып, константалардың әртүрлі мәндерінде талдауға болатын жалпы шешімге жетеміз. Дифференциалдық теңдеудің реттілігін төмендету әдісі бұл кезде белгілі болған, бірақ басқа түрінде. Лекселл әдісінің маңыздылығы оның физикалық қолданыстар үшін маңызды тұрақты коэффициенттері бар сызықтық дифференциалдық теңдеулердің кең ауқымына қолданылуында болды. Сол жылы Лекселл тағы бір мақала жариялады: «Andny + ban 1dm 1ydx + can 2dm 2ydx2 + + rydxn = Xdxn дифференциалдық теңдеуін интеграциялау туралы», онда тұрақты коэффициенттері бар жоғары реттік сызықтық дифференциалдық теңдеулерді шешудің жалпы және жоғары алгоритмдік әдісі ұсынылған. Лекселл сонымен қатар дифференциалдық теңдеулердің интегралдану критерийлерін іздеді. Ол толық дифференциалдық теңдеулер және жеке дифференциалдар үшін критерийлерді табуға тырысты. 1770 жылы ол дифференциалдық функцияларды интеграциялау критерийін шығарды, оны кез келген сандағы мүшелер үшін дәлелдеді және интегралдану критерийлерін анықтады. Оның нәтижелері Леонард Эйлердің нәтижелерімен сәйкес келді, бірақ олар көбірек жалпылама болды және вариациялар есебінің құралдарынсыз алынған. Эйлердің өтініші бойынша 1772 жылы Лекселл осы нәтижелерді Лагранж пен Ламбертке жеткізді. Эйлермен бірге Лекселл интеграциялайтын факторлар әдісін жоғары реттік дифференциалдық теңдеулерге кеңейту бойынша жұмыс істеді. Ол интеграциялайтын фактор арқылы екі немесе үш айнымалысы бар дифференциалдық теңдеулерді интеграциялау әдісін жасады. Ол өзінің әдісін төрт айнымалы жағдайына да қолдануға болатынын айтты: «Формулалар күрделірек болады, ал мұндай теңдеулерге әкелетін мәселелер талдауда сирек кездеседі». Сондай-ақ, Лекселлдің «Эллипстер мен гиперболаларды түзетуге интегралды формулаларды келтіру туралы» мақаласы, онда эллипстік интегралдар мен олардың жіктелуі талқыланады, және «Логарифмдер мен шеңберлік функциялармен бір дифференциалдық формуланы интеграциялау» мақаласы, ол Швеция Ғылым академиясының еңбектерінде қайта жарияланды, қызығушылық тудырады. Ол сонымен қатар континуум механикасы бойынша жазған мақалаларында бірнеше күрделі дифференциалдық теңдеулерді, соның ішінде иілгіш пластинаны дөңгелек сақинаға орау туралы мақалада төртінші реттік ішінара дифференциалдық теңдеуді интеграциялады. Ресей Ғылым академиясының мұрағатында «Кейбір дифференциалдық теңдеулерді интеграциялау әдістері» деген тақырыпта жарияланбаған Лекселлдің мақаласы бар, онда қазір Д’Аламбера теңдеуі деп аталатын теңдеудің толық шешімі ұсынылған.
Полигонометрия
Полигонометрия Лекселлдің жұмысының маңызды бөлігі болды. Ол негізінен Эйлер жасаған тригонометриядағы жетістіктерді пайдаланып, тригонометриялық тәсілді қолданды және "Тікбұрышты көпбұрыштарды шешу туралы" деген екі мақалада қарапайым көпбұрыштарды шешудің жалпы әдісін ұсынды. Лекселл екі бөлек мәселелер тобын қарастырды: біріншісінде көпбұрыш қабырғалары мен бұрыштары арқылы анықталды, екіншісінде диагональдары және диагональдар мен қабырғалар арасындағы бұрыштар арқылы анықталды. Бірінші топтағы мәселелер үшін Лекселл екі жалпы формуланы туындатып, қабырғалары бар көпбұрышты шешуге мүмкіндік беретін теңдеулерді берді. Осы теоремаларды пайдаланып, ол үшбұрыштар мен төртбұрыштар үшін нақты формулаларды алды, сондай-ақ бесбұрыштар, алтыбұрыштар және жетібұрыштар үшін формулаларды ұсынды. Ол сонымен қатар төртбұрыштар, бесбұрыштар және алтыбұрыштар үшін мәселелердің жіктелуін ұсынды. Мәселелердің екінші тобы үшін Лекселл олардың шешімдерін бірнеше жалпы ережелерге келтіруге болатынын көрсетті және осы мәселелердің жіктелуін ұсынды, сондай-ақ сәйкес комбинаторлық мәселелерді шешті. Екінші мақалада ол өзінің жалпы әдісін нақты төртбұрыштарға қолданды және бесбұрышты мысал ретінде келтіре отырып, кез келген қабырға саны бар көпбұрышқа қалай қолдануға болатынын көрсетті. Лекселлдің тригонометриялық тәсілінің (координаталық тәсілге қарамастан) жалғастырушысы швейцариялық математик Л’Хуйльер болды. Л’Хуйльер де, Лекселл де полигонометрияның теориялық және практикалық қолдану үшін маңызды екенін баса көрсетті.
Аспан механикасы және астрономия
Лекселлдің Ресей ғылым академиясындағы алғашқы жұмысы 1769 жылы Венераның транзиті бойынша жиналған деректерді талдау болды. Ол "Novi Commentarii Academia Petropolitanae" журналында төрт мақала жариялады және 1772 жылы жарық көрген Күннің параллаксын анықтау туралы монографиямен жұмысын аяқтады. Лекселл Эйлерге Ай теориясын аяқтауға көмектесті және Эйлердің 1772 жылғы "Theoria motuum Lunae" еңбегінде бірлескен автор ретінде көрсетілді. Содан кейін Лекселл күш-жігерінің көп бөлігін комета астрономиясына арнады (дегенмен, комета орбитасын есептеу жөніндегі алғашқы мақаласы 1770 жылға жатады). Келесі он жылда ол жаңадан ашылған барлық кометалардың орбиталарын есептеді, соның ішінде 1770 жылы Шарль Мессье ашқан комета да бар. Лекселл оның орбитасын есептеп, 1767 жылы Юпитермен болған кездесуге дейін кометаның перигелийі әлдеқайда үлкен болғанын көрсетті және 1779 жылы Юпитермен қайта кездескеннен кейін ол ішкі Күн жүйесінен толығымен шығарылатынын болжады. Бұл комета кейін Лекселл кометасы деп аталды. Лекселл алғашқы болып Уранның орбитасын есептеп, оның комета емес, планета екенін дәлелдеді. Ол 1781 жылы Еуропаға саяхат жасағанда Гершель мен Маскелиннің бақылауларына негізделген алдын ала есептеулер жасады. Ресейге оралғаннан кейін, ол жаңа бақылауларға сүйене отырып, орбитаны дәлірек бағалады, бірақ ұзақ орбиталық периодынан кейін орбитаның параболалық емес екенін дәлелдеу үшін жеткілікті дерек болған жоқ. Содан кейін Лекселл 1759 жылы Кристиан Майердің Балықтар шоқжұлдызында байқаған жұлдызы туралы жазбаны тапты, ол Флэмстид каталогтарында да, Боде оны іздеген кезде аспанда да болған жоқ. Лекселл бұл сол астрономиялық объектінің бұрынғы байқауы екенін болжады және осы деректерді пайдаланып, дәл орбитасын есептеді, ол эллипстік болып шықты, соның нәтижесінде жаңа объектінің планета екені дәлелденді. Орбитаның параметрлерін есептеуден басқа, Лекселл сол кезде жаңа планетаның жанында болған Марсты пайдаланып, планетаның мөлшерін өз замандастарынан гөрі дәлірек бағалады. Лекселл сондай-ақ Уранның орбитасының бұзылып жатқанын байқады. Ол өз деректеріндегі әртүрлі кометаларға сүйене отырып, Күн жүйесінің мөлшері 100 АЕ немесе одан да көп болуы мүмкін екенін және Уранның орбитасын бұзатын басқа планеталар болуы мүмкін екенін айтты (дегенмен, Нептунның орнын Урбен Ле Веррье көп уақыттан кейін ғана есептеді).