Введение
Математическое приложение к "Рассуждению о методе" Декарта, опубликованному в 1637 году. "La Géométrie" было опубликовано в 1637 году в качестве приложения к "Рассуждению о методе", написанному Рене Декартом. В "Рассуждении" Декарт излагает свой метод достижения ясности в любом вопросе. "La Géométrie" и два других приложения, также принадлежащие перу Декарта – "La Dioptrique" (Оптика) и "Les Météores" (Метеорология) – были опубликованы вместе с "Рассуждением", чтобы продемонстрировать примеры успехов, достигнутых благодаря применению его метода (а возможно, и с целью произвести впечатление на более широкую аудиторию, учитывая царивший в Европе дух интеллектуальной конкуренции). Эта работа впервые предложила идею объединения алгебры и геометрии в единую научную дисциплину и изобрела алгебраическую геометрию, известную как аналитическая геометрия, которая сводит геометрию к форме арифметики и алгебры, а геометрические фигуры – к алгебраическим уравнениям. Для своего времени это было революционным прорывом. Она также оказала влияние на математические идеи Лейбница и Ньютона и, таким образом, сыграла важную роль в развитии математического анализа.
La Géométrie was published in 1637 as an appendix to Discours de la méthode (Discourse on the Method), written by René Descartes. In the Discourse, Descartes presents his method for obtaining clarity on any subject. La Géométrie and two other appendices, also by Descartes, La Dioptrique (Optics) and Les Météores (Meteorology), were published with the Discourse to give examples of the kinds of successes he had achieved following his method (as well as, perhaps, considering the contemporary European social climate of intellectual competitiveness, to show off a bit to a wider audience). The work was the first to propose the idea of uniting algebra and geometry into a single subject and invented an algebraic geometry called analytic geometry, which involves reducing geometry to a form of arithmetic and algebra and translating geometric shapes into algebraic equations. For its time this was ground breaking. It also contributed to the mathematical ideas of Leibniz and Newton and was thus important in the development of calculus.
Текст
В этом приложении три "книги". Книга I называется "Проблемы, которые могут быть построены только с помощью окружностей и прямых линий". В этой книге он вводит алгебраическую нотацию, которая используется до сих пор. Буквы в конце алфавита, а именно, x, y, z и т.д., обозначают неизвестные переменные, а буквы в начале алфавита, a, b, c и т.д., обозначают константы. Он вводит современную экспоненциальную нотацию для степеней (кроме квадратов, где он сохранил более старую традицию написания повторяющихся букв, таких как aa). Он также отходит от греческой традиции сопоставления степеней с геометрическими величинами, например, a² с площадью, a³ с объемом и так далее, и рассматривает их все как возможные длины отрезков прямых. Эти обозначения позволяют ему описывать соответствие между числами и длинами отрезков прямых, которые можно построить с помощью линейки и циркуля. Основная часть оставшейся части этой книги посвящена решению Декартом "задач о геометрических местах Паппа". Согласно Паппу, если заданы три или четыре линии на плоскости, задача состоит в том, чтобы найти геометрическое место точки, движущейся таким образом, что произведение расстояний от двух фиксированных линий (в заданных направлениях) пропорционально квадрату расстояния до третьей линии (в случае трех линий) или пропорционально произведению расстояний до двух других линий (в случае четырех линий). При решении этих задач и их обобщений Декарт принимает два отрезка прямых за неизвестные и обозначает их x и y. Известные отрезки прямых обозначаются a, b, c и т.д. Зарождение идеи картезианской системы координат можно проследить до этой работы. Во второй книге, озаглавленной "О природе кривых линий", Декарт описал два вида кривых, которые он назвал геометрическими и механическими. Геометрические кривые – это те, которые теперь описываются алгебраическими уравнениями в двух переменных, однако Декарт описал их кинематически, и существенной особенностью было то, что все их точки можно было получить построением из кривых более низкого порядка. Это представляло собой расширение, выходящее за рамки того, что допускалось при построении с помощью линейки и циркуля. Другие кривые, такие как квадратриса и спираль, для которых можно построить лишь некоторые точки, назывались механическими и не считались подходящими для математического изучения. Декарт также разработал алгебраический метод для нахождения нормали в любой точке кривой, уравнение которой известно. Построение касательных к кривой затем легко следует, и Декарт применил эту алгебраическую процедуру для нахождения касательных к нескольким кривым. Третья книга, "О построении твердых и сверхтвердых задач", скорее алгебраическая, чем геометрическая, и посвящена природе уравнений и способам их решения. Он рекомендует поместить все члены уравнения на одну сторону и приравнять к нулю, чтобы облегчить решение. Он указывает на теорему о факторах для многочленов и дает интуитивное доказательство того, что многочлен степени n имеет n корней. Он систематически рассматривал отрицательные и мнимые корни уравнений и явно использовал то, что теперь известно как правило знаков Декарта.
Последствия
Декарт написал "Геометрию" на французском языке, а не на латыни, которая была основным языком научных публикаций того времени. Его стиль изложения был далек от ясности, материал представлен не был систематически, и он обычно лишь намекал на доказательства, оставляя многие детали на усмотрение читателя. Отношение Декарта к написанию текста отражено в таких часто встречающихся фразах, как "Я не ставил перед собой цели рассказать обо всем" или "Я уже устал так много об этом писать". Декарт оправдывает свои упущения и неясности замечанием о том, что многое было намеренно опущено "чтобы предоставить другим удовольствие открыть это самостоятельно". Декарта часто считают изобретателем координатной плоскости, поскольку соответствующие концепции были представлены в его книге, однако современная прямоугольная система координат нигде в "Геометрии" не встречается. Эти и другие улучшения были добавлены математиками, которые взяли на себя задачу разъяснить и объяснить работу Декарта. Основную работу по усовершенствованию труда Декарта выполнил Франс ван Шутен, профессор математики в Лейдене, и его ученики. Ван Шутен опубликовал латинскую версию "Геометрии" в 1649 году, за которой последовали три других издания в 1659–1661, 1683 и 1693 годах. Издание 1659–1661 годов представляло собой двухтомный труд, более чем вдвое превышающий по объему оригинал, и было наполнено объяснениями и примерами, предоставленными ван Шутеном и его учениками. Один из его учеников, Йоханнес Худде, предложил удобный метод определения кратных корней многочлена, известный как правило Худде, который был сложной процедурой в методе касательных Декарта. Эти издания заложили основы аналитической геометрии в семнадцатом веке.