張元章 劉 燁 2154 字 1個月前

2. 拉格朗日的貢獻

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"": "同18世紀的其他數學家一樣,拉格朗日也認為函數可以展開為無窮級數,而無窮級數則是多項式的推廣.他還試圖用代數建立微積分的基礎.在他的《解析函數論……》(《文集》Ⅸ)中,書名上加的小標題\"含有微分學的主要定理,不用無窮小,或正在消失的量,或極限與流數等概念,而歸結為代數分析藝術\",表明了他的觀點.由於迥避了極限和級數收斂性問題,當然就不可能建立真正的級數理論和函數論,但是他們的一些處理方法和結果仍然有用,他們的觀點也在發展.

拉格朗日就在《解析函數論……》中,第一次得到微分中值定理(書中第六章)

f(b)-f(a)=f′(c)(b-a)(a≤c≤b),(12)

後麵並用它推導出泰勒(Tayl·r)級數,還給出餘項Rn的具體表達式(第二十章)

Rn就是著名的拉格朗日餘項形式.他還著重指出,泰勒級數不考慮餘項是不能用的.雖然他還沒有考慮收斂性,甚至各階導數的存在性,但他強調Rn要趨於零.表明他已注意到收 題.

他同歐拉、達朗貝爾等在任意函數能否表為三角級數的長期爭論,雖未解決,但為以後三角級數理論的建立打下了基礎.

最後要提一下他在《師範學校數學基礎教程》中,提出了著名的拉格朗日內插公式

直到現在計算機計算大量中點內插時仍在使用.另外在求多元函數相對極大極小及解微分方程中的拉格朗日任意乘子法,至今也在用.

除了對數學分析在18世紀建立的主要分支有開拓性貢獻外,他對嚴格化問題也開始注意.儘管回避了極限概念,但他仍承認可以在極限基礎上建立微積分(《文集》Ⅰ,p.325).但正是對嚴格化重視不夠,所建立的分支到一定階段就很難深入.這可能是他晚年研究工作少的原因.他在1781年9月21日給達朗貝爾的信中說:\"在我看來,似乎(數學)礦井已挖掘很深了,除非發現新礦脈,否則勢必放棄它….\"(《文集》XⅢ368.)這說出了他和其他同事們的心情.事實表明,19世紀在建立數學分析嚴格基礎後,數學更迅速地發展.

分析力學的創立者 牛頓的力學理論仍用幾何方法討論.到18世紀中期,歐拉和達朗貝爾開始用分析方法,而拉格朗日在使力學分析化方麵最出色,他在1788年出版的《分析力學》一書,就是分析力學這門學科建立的代表作.他一生的全部力學論文以及同時代人的力學貢獻,都歸納到這部著作中.他的研究目的是使力學成為數學分析的分支.他在《分析力學》的序言中說:\"…我在其中闡明的方法,既不要求作圖,也不要求幾何的或力學的推理,而隻是一些按照一致而正規的程序的代數(分析)運算.喜歡分析的人將高興地看到,力學變成了它的一個新分支,並將感激我擴大了它的領域.\"實際情況正是這樣.

拉格朗日在這方麵的最大貢獻是把變分原理和最小作用原理具體化,而且用純分析方法進行推理,成為拉格朗日方法.

他首先引入廣義坐標概念,故廣義坐標又稱為拉格朗日坐標.一個力學係統可用有限個坐標qj(j=1,2,…,N)表示;qj= dqj\/dt為相應的廣義速度.力學係統總動能T(拉格朗日稱之為活力)表為qj·qj和時間t的函數後,定義

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為作用,最小作用原理成為δI=0.拉格朗日用變分法討論δI=0時,導出了力學係統的運動方程為

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