解析幾何産生的背景
進入17世紀之後,各種的數學理論和分支如雨後春筍般茁壯成長,數學家也像韭菜一樣,一茬接着一茬。此時的幾何學主要有兩個方向:一個是德紮爾格的射影幾何學路線;另一個是笛卡爾建立起的解析幾何。
在解析幾何建立之前,歐洲人在代數上已經有所突破,包括韋達定理,三次和四次代數方程的解析解,使得代數學進入了歐洲數學家的視野。有人認為:近代數學本質上就是關于變量的數學,這區别于古代關于常量的數學。而文藝複興以來資本主義生産力的發展,對科學技術提出了更高的要求。生産實踐中産生大量的“變量”問題:機械運動;航海導航;火藥的使用、武器改進推動了彈道的研究等等。因此,對運動和變化的研究成為學術研究的中心課題。而變量數學的首個裡程碑式的成果就是解析幾何了。
解析幾何的誕生
解析幾何的基本思想是在平面中引入坐标,建立坐标系,然後将一個形如f(x,y)=0的代數方程與平面上的一條曲線對應起來:将幾何問題轉化為代數問題,也通過對代數問題的研究發現新的幾何結果;代數問題也有了幾何意義的解釋。這一幾何學的分支的創立人是兩個法國數學家——笛卡爾和費爾馬。隻是,他們最初使用的都是斜坐标系,把直角坐标系作為特殊情況。現在我們使用更多的是直角坐标系,并稱之為笛卡爾坐标系。
費爾馬和笛卡爾都是各自獨立的發明了解析幾何,他們發明的方式和目的不盡相同。費爾馬更強調軌迹的方程和用方程表示曲線的思想,他給出了直線、圓、橢圓、抛物線、雙曲線等方程的現代形式。1637年,笛卡爾以其《方法論》附錄的形式發表了《幾何學》,其中闡述了解析幾何的全部思想。而費爾馬早在1629年發現了坐标幾何的基本原理,卻一直都沒有發表,因此有了優先權的争論。
笛卡爾和費爾馬建立的坐标系并不是唯一的坐标系。1671年費爾馬的坐标幾何原理發表兩年後,牛頓建立了極坐标。有些圖形用極坐标表現會更簡單,如阿基米德螺線、懸鍊線、心髒線、三葉或四葉玫瑰線等。
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