Введение
Французский математик, астроном и геофизик (1713–1765), Алексис Клод Клерó (фр. Alexis Claude Clairaut; 13 мая 1713 – 17 мая 1765) – французский математик, астроном и геофизик. Он был видным сторонником Ньютона, чьи работы способствовали подтверждению обоснованности принципов и результатов, изложенных сэром Исааком Ньютоном в его «Математических началах натуральной философии» 1687 года. Клерó был одним из ключевых участников экспедиции в Лапландию, которая помогла подтвердить теорию Ньютона о форме Земли. В связи с этим Клерó получил математический результат, известный как теорема Клерó. Он также занимался задачей трёх тел в гравитации, став первым, кто получил удовлетворительное решение для апсидной прецессии орбиты Луны. В математике ему также приписывают уравнение Клерó и соотношение Клерó.
Alexis Claude Clairaut (alɛksi klod klɛʁo; 13 May 1713 – 17 May 1765) was a French mathematician, astronomer, and geophysicist. He was a prominent Newtonian whose work helped to establish the validity of the principles and results that Sir Isaac Newton had outlined in the Principia of 1687. Clairaut was one of the key figures in the expedition to Lapland that helped to confirm Newton's theory for the figure of the Earth. In that context, Clairaut worked out a mathematical result now known as "Clairaut's theorem". He also tackled the gravitational three body problem, being the first to obtain a satisfactory result for the apsidal precession of the Moon's orbit. In mathematics he is also credited with Clairaut's equation and Clairaut's relation.
Детство и ранние годы жизни
Клер родился в Париже, Франция, в семье Жана Батиста и Катрин Пети Клер. У пары было 20 детей, но лишь немногие из них пережили младенчество. В шестнадцать лет он завершил трактат о кривых двойной кривизны, Recherches sur les courbes a double courbure, который после публикации в 1731 году обеспечил ему принятие в Королевскую академию наук, хотя он был моложе установленного возраста – ему было всего восемнадцать лет. Он вывел новаторскую формулу, известную как формула расстояния, которая позволяет определить расстояние между любыми двумя точками на декартовой или XY-плоскости.
Личная жизнь и смерть
Клерё не был женат и вел активную светскую жизнь. Клерё умер в Париже в 1765 году.
Форма Земли
В 1736 году вместе с Пьером Луи Мопертюи он участвовал в экспедиции в Лапландию, предпринятой с целью определения длины градуса меридиана. Целью экспедиции было геометрическое вычисление формы Земли, которую сэр Исаак Ньютон в своей книге «Математические начала натуральной философии» (Principia) предположил эллипсоидальной. Они стремились проверить, верны ли теория и вычисления Ньютона. До возвращения экспедиционной группы в Париж, Клерё отправил свои расчеты в Лондонское королевское общество. Эта работа была опубликована обществом в томе «Философских известий» за 1736–1737 годы. Изначально Клерё не соглашался с теорией Ньютона о форме Земли. В статье он изложил несколько ключевых проблем, которые фактически опровергали вычисления Ньютона, и предложил некоторые решения этих сложностей. Среди рассматриваемых вопросов – вычисление силы гравитации, вращение эллипсоида вокруг своей оси и различие в плотности эллипсоида по его осям. В 1849 году Джордж Стокс показал, что результат, полученный Клерё, верен независимо от внутреннего строения или плотности Земли, при условии, что поверхность представляет собой сфероид равновесия с небольшой эксцентриситетом.
Геометрия
В 1741 году Клерэо написал книгу под названием «Элементы геометрии». В книге изложены базовые понятия геометрии. Геометрия в XVIII веке была сложна для усвоения большинством учащихся. Её считали сухим и скучным предметом. Клерэо заметил эту тенденцию и написал книгу, чтобы сделать предмет более интересным для обычного ученика. Он полагал, что вместо того, чтобы заставлять учеников многократно решать задачи, которые они не до конца понимали, необходимо предоставить им возможность самостоятельно делать открытия посредством активного, практического обучения. Он начинает книгу с сопоставления геометрических фигур с измерениями земельных участков, поскольку это была тема, близкая и понятная практически каждому. Он рассматривает вопросы, касающиеся линий, фигур и даже некоторых трехмерных объектов. На протяжении всей книги он постоянно проводит параллели между геометрией и различными концепциями из физики, астрономии и других областей математики. Некоторые из теорий и методов обучения, представленных в книге, до сих пор используются преподавателями в геометрии и других дисциплинах.
Фокус на астрономическом движении
Одной из самых спорных проблем XVIII века была проблема трех тел, или вопрос о том, как Земля, Луна и Солнце притягиваются друг к другу. Используя недавно разработанное Лейбницево исчисление, Клэр смог решить эту задачу, применив четыре дифференциальных уравнения. Он также сумел включить в свое решение закон обратных квадратов и закон всемирного тяготения Ньютона, внеся в них незначительные поправки. Однако эти уравнения давали лишь приближенные значения, но не точные вычисления. Оставалась и другая проблема, связанная с задачей трех тел: как Луна вращается по своим апсидам. Даже Ньютон мог объяснить лишь половину движения апсид. «Теория Луны» имеет строго ньютоновский характер и содержит объяснение движения апсиды. Ему пришло в голову довести приближение до третьего порядка, и он обнаружил, что полученный результат согласуется с наблюдениями. В 1754 году за этим последовали лунные таблицы, которые он вычислил, используя форму дискретного преобразования Фурье. Новое решение проблемы трех тел оказалось важнее простого подтверждения справедливости законов Ньютона. Разгадка проблемы трех тел также имела практическую значимость. Она позволила морякам определять долготу своего местоположения, что было крайне важно не только для достижения пункта назначения, но и для возвращения домой. Это имело и экономические последствия, поскольку моряки могли легче находить торговые пути, ориентируясь на долготу. Клэр впоследствии опубликовал ряд работ об орбите Луны и о движении комет, на которое влияют возмущения планет, в частности, о траектории кометы Галлея. Он также использовал прикладную математику для изучения Венеры, выполнив точные измерения размера планеты и расстояния до Земли. Это было первое точное определение размера планеты.