Жизнь великого математика Франсуа Виета началась в 1540 году во Франции, в провинции Пуату-Шаранта. Его родной городок Фонтене-ле-Конт находился всего в 60 км от оплота гугенотов – Ла-Рошели. Отец Франсуа был прокурором и, несмотря на окружение, состоящее в большей части из протестантов, - католиком. Сын унаследовал и его профессию, и вероисповедание. Впрочем, на его положении в обществе это нисколько не сказалось.
Профессиональной юридической деятельностью Виет начал заниматься в 19 лет. Перед этим он закончил францисканский монастырь и получил степень бакалавра в университете Пуатье. Адвокатом Франсуа пробыл всего три года, после чего согласился на более выгодное предложение работы – службу в зажиточной семье де Партене. Здесь он стал секретарем и, по совместительству, учителем для двенадцатилетней Екатерины – дочери хозяина дома.
Преподавая Екатерине различные науки, Франсуа и сам начинает интересоваться математикой. Вскоре, вместе с семьей де Партене он перебирается в Париж, заводит дружбу с профессором Рамусом, который на тот момент читал лекции в Сорбонне. Кроме того, будущий ученый ведет активную переписку с Бомбелли – величайшим математиком из Италии. В 1570 году уже готов рукописный вариант «Математического канона» - величайшего труда Виета в области тригонометрии.
Спустя несколько лет юная Екатерина вышла замуж и перестала нуждаться в уроках Франсуа. Ему удается устроиться советником в парламент, а следом и на службу к самому королю – Генриху III. Спустя год, 24 августа 1572 года, Париж переживает Варфоломеевскую ночь, и во Франции начинается гражданская война. В результате массовой резни погибает муж Екатерины и наставник Франсуа – Рамус.
Тем не менее, для ученого обстоятельства складываются благоприятно. Новый муж мадам де Партене – принц де Роган – помогает Виету получить пост рекетмейстера и от имени Генриха III контролировать исполнение королевских указов.
Острый ум и развитое логическое мышление позволили Франсуа показать себя перед королем. Когда французские агенты перехватили письмо испанского короля, которое направлялось в Нидерланды, ученый смог разгадать сложнейший шифр послания и поведал Франции обо всех планах ее ближайших противников. Поскольку для остальных ученых шифр оставался непосильной задачей, многие обвинили Виета в колдовстве и связи с темной магией.
Спустя несколько лет – в 1584 году – королевский двор погряз в интригах и распрях. В результате одной из них Франсуа был выслан из Парижа и устранен от занимаемой должности. Это событие удивительным образом подтолкнуло Виета к занятиям математикой. Он принимается рьяно изучать труды классиков (Бомбелли, Стивена, Кардано), а все свободное время посвящает собственным исследованиям и математическим опытам.
Именно в это время ученому удалось изобрести новую буквенную алгебру. Таким образом, он создал первые математические записи в виде символов и букв. Результаты своих исследований он опубликовал в 1591 году под названием «Введение в аналитическое искусство». Это сочинение и по сей день остается величайшим из его трудов. Сам Виет считал его лишь вершиной айсберга, но, к сожалению, напечатать остальные работы в этом направлении он так и не успел.
После смерти Генриха III и окончания кровопролитной религиозной войны, Виет переходит на службу к Генриху IV (Наваррскому) в роли государственного чиновника. При этом ученый старается находиться в тени и не принимать участие в дворцовых распрях.
Франсуа умер в 1603 году, вероятно, насильственной смертью. Состав его семьи доподлинно неизвестен, тем не менее, согласно некоторым источникам, у него была дочь. После смерти Виета она унаследовала богатое имение отца.
Все труды Виета были изданы в хаотичном порядке, в результате чего достоверно разобрать некоторые из них практически невозможно. Несмотря на это, его теория нашла своих продолжателей. Среди них Жирар, Отред, Хэрриот и многие другие. Свой окончательный вид символическая алгебра приобрела у Декарта в XVII веке.
Достижения в математике
Франсуа Виет внес огромный вклад в элементарную математику, установив практически все ее основные законы. Благодаря французскому ученому современная математика получила такое важнейшее понятие, как «решение в общем виде». Под ним подразумевался вывод результата для задачи, записанной не числами, а буквами и символами. Только после его получения, Виет переходил к более конкретным случаям и приводил пример в числовом варианте. Введенная Виетом символика и система алгоритмов стали важнейшим звеном в исследованиях Ньютона , Ферма и Декарта.
Важным фактом в его работах является то, что он заменял буквами не только переменные уравнения, но и остальные параметры, числовая величина которых была известна. Для обозначения коэффициентов он использовал согласные, а для неизвестных – гласные буквы. При этом для решения той или иной задачи Виет легко применял непонятные на тот момент алгебраические законы: замену переменных, перенос слагаемого из одной части выражения в другую со сменой знака на противоположный и пр.
Именем французского математика Виета названа самая знаменитая теорема школьного курса, в которой речь идет о взаимосвязи многочлена с его корнями. Она была впервые представлена ученым в 1591 году и гласила: «Если (B+D)*A-A²=BD, то A=B=D». Первое использование скобок также принадлежало Виету, правда, вместо них он рисовал черту над выделяемым выражением.
Франсуа Виет не ограничивался открытиями в одной только алгебре, а пытался применить полученные методы и в геометрии. Таким образом, он получил геометрическое решение уравнений третьей и четвертой степени. Для этого он применил трисекцию угла и построение двух средних пропорциональных.
Ученый первым сформулировал теорему косинусов. Хотя она и применялась ранее во многих науках, ее словесную интерпретацию предоставил именно Виет. Кроме того, ему принадлежит выражение косинусов и синусов кратных дуг.
Важнейшим вкладом в архитектуру и астрономию стали исследования Виета, которые коснулись решения треугольников. Он обобщил все полученные ранее знания, усовершенствовал их и дал детальный разбор некоторым наиболее сложным случаям (напр. Решение треугольника по двум сторонам и противолежащему углу).
Многие из записей Виета были напечатаны посмертно. Основная часть – в Лейдене в 1646 году под редактурой Франса ван Схотена. Последователи Виета утверждают, что ученый писал замысловатым и не всегда понятным языком, излагал мысли громоздко и витиевато. Возможно, этот факт помешал полностью оценить вклад ученого в развитие математической науки. Тем не менее, даже та часть, которую удалось разобрать, стала мощным толчком для развития современной алгебры, геометрии, тригонометрии и многих сопутствующих дисциплин.
Трудно перечислить всех учёных, открытия которых изучаются в современной «школьной» математике. Но есть два математика, которые сделали для неё больше других: это Евклид и Виет.
Французский математик вошёл в историю науки создателем системы алгебраической символики, на основе которой он усовершенствовал теорию алгебраических уравнений. Учёного даже называют «отцом современной алгебры» .
Виет первым стал обозначать буквами не только неизвестные величины, но и данные, т.е. коэффициенты уравнений. Тем самым ему удалось внедрить в науку великую мысль о возможности выполнять алгебраические преобразования над символами, т. е. ввести понятие математической формулы.
Этим он внёс решающий вклад в создание буквенной алгебры, чем завершил развитие математики эпохи Возрождения и подготовил почву для появления фундаментальных результатов титанов науки Нового времени – Декарта, Ферма, Ньютона и Лейбница.
«Гении рождаются в провинции, а умирают в столице»
сеньор де ля Биготье
(1540 - 1603)
Франсуа Виет родился в 1540 году на юге Франции в небольшом городке Фантене-ле-Конт, что находится в 60 км от Ла-Рошели, бывшей в то время оплотом французских протестантов-гугенотов. Большую часть жизни он прожил рядом с виднейшими руководителями этого движения, хотя сам оставался католиком. По-видимому, религиозные разногласия учёного не волновали.
Отец Виета был прокурором. По традиции сын выбрал профессию отца и стал юристом, окончив университет в Пуату. В 1560 году двадцатилетний адвокат начал свою карьеру в родном городе, но через три года перешёл на службу в знатную гугенотскую семью де Партене. Он стал секретарём хозяина дома и учителем его дочери, двенадцатилетней Екатерины. Именно преподавание пробудило в молодом юристе интерес к математике.
Когда ученица выросла и вышла замуж, Виет не расстался с её семьёй, и переехал с нею в Париж, где ему было легче узнать о достижениях ведущих математиков Европы.
С некоторыми учёными Виет познакомился лично. Так, он общался с видным профессором Парижского университета Пьером Рамусом , а с крупнейшим математиком Италии Рафаэлем Бомбелли вёл дружескую переписку.
В 1571 году Виет перешёл на государственную службу, став советником парламента, а затем советником короля Франции Генриха III.
В ночь на 24 августа 1572 года в Париже произошла массовая резня гугенотов католиками, так называемая Варфоломеевская ночь. В ту ночь вместе со многими гугенотами погибли муж Екатерины де Партене и математик Пьер Рамус. Во Франции началась гражданская война.
Через несколько лет Екатерина де Партене снова вышла замуж. На сей раз её избранником стал один из видных руководителей гугенотов – принц де Роган. По его ходатайству в 1580 году Генрих III назначил Виета на важный государственный пост рекетмейстера, который давал право контролировать от имени короля выполнение распоряжений в стране и приостанавливать приказы крупных феодалов.
Находясь на государственной службе, Виет оставался учёным. Он прославился тем, что во время франко-испанской войны сумел расшифровать код перехваченной переписки короля Испании с его представителями в Нидерландах, благодаря чему король Франции был полностью в курсе действий своих противников. Код был сложным, содержал до 600 различных знаков, которые периодически менялись. Испанцы не могли поверить, что кому-то удалось расшифровать их код, и обвинили французского короля в связях с нечистой силой. Они даже жаловались римскому папе и просили его уничтожить эту «дьявольскую силу», а также казнить того, кто раскрыл их тайны.
К этому времени относятся свидетельства современников Виета о его огромной трудоспособности. Будучи чем-то увлечён, учёный мог работать по трое суток без сна.
В 1584 году из-за придворных интриг (по настоянию герцога Гиза, претендента на трон короля Франции) Виета отстранили от должности и выслали из Парижа. Именно на этот период приходится пик его научного творчества.
Обретя неожиданный покой и отдых, учёный поставил своей целью создание всеобъемлющей математики, позволяющей решать любые задачи. У него сложилось убеждение в том, «что должна существовать общая, неизвестная ещё наука, обнимающая и остроумные измышления новейших алгебраистов, и глубокие геометрические изыскания древних» .
В 1589 году, после убийства Генриха Гиза по приказу короля, Виет возвратился в Париж. Но в том же году король Генрих III был убит монахом – приверженцем Гизов. Формально французская корона перешла к Генриху Наваррскому – главе гугенотов. Но лишь после того, как в 1593 году этот правитель принял католичество, в Париже его признали королем Генрихом IV. Так был положен конец кровавой и истребительной религиозной войне, долгое время оказывавшей влияние на жизнь каждого француза, даже вовсе не интересовавшегося ни политикой, ни религией.
Подробности жизни Виета в тот период неизвестны, что само по себе говорит о его желании оставаться в стороне от кровавых дворцовых событий. Известно только, что он перешёл на службу к Генриху IV, находился при дворе, был ответственным правительственным чиновником и пользовался огромным уважением как математик.
Умение решать алгебраические задачи при помощи геометрии и тригонометрии принесло Виету славу победителя турнира лучших математиков того времени. Голландский математик Адриан ван Роомен предложил математикам всего мира решить уравнение 45-й степени с числовыми коэффициентами. Французским математикам он не послал свой вызов, как бы намекая на то, что во Франции нет математиков, способных справиться с этой задачей.
По преданию, посол Нидерландов сказал об этом на приёме у короля Франции Генриха IV. Это был интеллектуальный вызов всем французам, и король, на службе у которого в то время состоял Виет, воскликнул: «И всё же у меня есть математик, и весьма выдающийся. Позовите Виета!» .
Наступил момент истины для Виета – учёный тут же, в присутствии короля и посла, нашёл один корень, а на следующий день нашёл ещё 22 положительных корня предложенного уравнения. Это был настоящий успех мирового уровня, принесший славу Франции и Виету.
В последние годы жизни Виет ушёл с государственной службы, но продолжал интересоваться наукой. Известно, например, что он вступил в полемику по поводу введения нового, григорианского календаря в Европе. И даже хотел создать свой календарь.
В мемуарах некоторых придворных Франции есть указание, что Виет был женат, что у него была дочь, единственная наследница имения, по которому Виет звался сеньор де ла Биготье.
Незадолго до смерти Виет заболел и отошёл от работы. Существует версия, согласно которой агенты инквизиции всё-таки отомстили за расшифрованные коды и тайно убили учёного...
В придворных новостях маркиз Летуаль писал «…13 декабря 1603 г. господин Виет, рекетмейстер, человек большого ума и рассуждения и один из самых учёных математиков века умер в Париже, имея, по общему мнению, 20 тысяч экю в изголовье. Ему было более 60 лет» .
Юрист увлекается математикой и становится «отцом алгебры»
Хотя по образованию Виет был юристом, но всё же по призванию он, несомненно, был учёным. Его увлекали естественные науки, прежде всего астрономия, и он начал совершенствовать систему мира, созданную Птолемеем. Для этого нужно было хорошо знать математику. Поэтому вся работа над математикой должна была стать подготовкой к созданию большого астрономического трактата, который в силу разных причин так и не был написан. Мир математики оказался безграничным и таил в себе не меньше загадок, чем космос. Их хватило на всю жизнь.
Виет всё свободное время отдавал математике, которой увлекался настолько, что иногда, решая какую-то проблему, не спал несколько суток подряд.
В своих математических трудах Виет, кроме усовершенствования алгебраической символики, развил теорию решения уравнений, расширил круг применения алгебры в геометрии, а также тригонометрии в алгебре и значительно содействовал развитию тригонометрии.
Ещё с конца 15 столетия происходил переход от словесной (риторической) алгебры к алгебре символической , вначале при помощи сокращения слов, а затем и введения специальных символов. Виет, изучая труды итальянских математиков Тартальи и Кардано, ощутил практическое неудобство их формул и несовершенство существующей символики. Недостатком предшественников было также большое количество отдельных случаев. Например, Кардано при решении кубического уравнения рассматривал 66 отдельных случаев, что вызывало огромные трудности для постигающих науку решения уравнений.
Виет обратил внимание на то, что Эвклид в своих трудах иногда обозначал длину отрезка буквой. Это натолкнуло учёного на смелую мысль: подразумевать под буквой также и число как количественную характеристику длины отрезка. Отсюда он сделал вывод, что можно выполнять разные действия не только над числами, но и над величинами, обозначенными буквами.
Для этого он разработал символику, в которой, кроме символов переменных, впервые вводились символы для произвольных величин, т.е. параметров. Виет ввёл термин «коэффициент» . Его символика была ещё не вполне совершенной, весьма громоздкой. В ней много сокращённых и даже несокращённых слов, сохранилось влияние геометрических представлений.
Однако это был громадный шаг вперёд. Ведь впервые стало возможным записывать уравнения и их свойства с помощью формул. Изложение Виета – это уже не собрание рецептурных правил, а общая теория, связанная, например, с решением уравнений первых четырёх степеней.
Виет показал, что, оперируя символами, можно получить результат, который применяется к любым величинам, т.е. доказал, что возможно решение задачи в общем виде. Это положило начало коренному перелому в развитии алгебры – стало возможным буквенное исчисление, и потому учёного вполне справедливо называют творцом современной алгебры .
Чтобы отчетливее представить себе, в чём суть буквенного исчисления Виета, и почему оно так важно для всей современной алгебры, посмотрим, что представляла собой алгебра до него. Почти все действия и знаки записывались словами, не было и намека на те удобные, почти автоматические правила, которыми сейчас умеет пользоваться каждый ученик.
Из-за отсутствия удобной символики нельзя было записывать и, следовательно, изучать в общем виде алгебраические уравнения или какие-нибудь другие алгебраические выражения. Необходимо было доказать, что существуют такие общие действия над всеми числами, которые от этих самых чисел не зависят.
Виет и его последователи установили, что не имеет значения, будет ли рассматриваемое число количеством предметов или длиной отрезка. Главное, что с этими числами можно производить алгебраические действия и в результате снова получать числа того же рода. Не имеет значения также, известно ли нам число или неизвестно. А если нам не важны цифровая запись или геометрическое истолкование каждого рассматриваемого числа, то все числа как бы однородны, и их можно обозначать какими-нибудь отвлечёнными знаками, например буквами латинского алфавита.
Виет не только ввёл своё буквенное исчисление, но сделал принципиально новое открытие, поставив перед собой цель: изучать не числа, а действия над ними .
Это была удачная мысль, и она стала сразу приносить обильные плоды. Например, вскоре был доказан общий алгебраический закон умножения: умножение отрезков есть та же операция, что и умножение чисел. Появилась возможность записывать алгебраические выражения в виде формул.
Однако у самого Виета алгебраические обозначения, или, как сейчас говорят, алгебраические символы, были мало похожи на наши. Сравните современную запись кубического уравнения: A 3 + 3B 2 A = 2D 3 и запись этого же уравнения в обозначениях Виета:
A cubus + B planum 3 in A aequatur D solidum 2 .
Как видите, здесь еще очень много слов, но ясно, что эти слова уже играют роль наших символов – так, латинское слово cubus после неизвестного А (неизвестное обозначалось гласной буквой) означает наше «в кубе». Слово aequatur (в переводе на русский – «равный») написано вместо нашего знака «=», умножение обозначено предлогом in (этот предлог – всё, что осталось после сокращения от выражения «взять во столько-то раз больше»). Остальные слова – это следы прошлого, следы того, что и у Виета алгебра ещё не полностью освободилась от посторонних для неё влияний геометрии.
Употребляя для обозначения величин прописные, а не строчные буквы, Виет следовал традиции древних греков. Своей символикой учёный пользовался регулярно; очень часто решение задачи в буквенном виде он сопровождал числовыми примерами. Его символику применяли и некоторые другие математики вплоть до середины 17 ст., среди них знаменитый Пьер Ферма.
Для нас очевидны недостатки обозначений Виета. Неудобным было словесное обозначение степеней; к тому же по-разному обозначались степени неизвестных и степени коэффициентов. Для степеней неизвестных использовались слова: quadratum (квадрат), cubus (куб), а для тех же степеней коэффициентов использовались другие слова: planum (плоскость), solidum (тело).
Трудность, связанная с обозначением степеней, непригодным для распространения на произвольные показатели, выявилась несколько позднее. Но уже и такой способ записи позволил Виету сделать важные открытия при изучении общих свойств алгебраических уравнений.
Виет изложил программу своих исследований в изданном в 1591 году знаменитом трактате «Введение в аналитическое искусство» . В нём он перечислил труды, объединённые общим замыслом, которые должны быть изложены на математическом языке новой буквенной алгебры.
Перечисление шло в том порядке, в каком эти труды должны были издаваться, чтобы составить единое целое - новое направление в науке. К сожалению, единого целого не получилось. Трактаты публиковались в совершенно случайном порядке, и многие увидели свет только после смерти Виета. Один из трактатов вообще не найден.
Однако главный замысел учёного замечательно удался – началось преобразование алгебры в мощное математическое исчисление. Само название «алгебра» Виет в своих трудах заменил словами «аналитическое искусство». Он писал в письме к де Партене «Все математики знали, что под алгеброй скрыты несравненные сокровища, но не умели их найти. Задачи, которые они считали наиболее трудными, совершенно легко решаются десятками с помощью нашего искусства» .
Основу своего подхода Виет называл видовой логистикой . Следуя примеру древних, он четко разграничивал числа, величины и отношения, собрав их в некую систему «видов». В эту систему входили, например, переменные, их корни, квадраты, кубы, квадрато-квадраты и т.д., а также множество скаляров, которым соответствовали реальные размеры – длина, площадь или объём. Для этих видов Виет дал специальную символику, обозначив их прописными буквами латинского алфавита. Для неизвестных величин применялись гласные буквы, для произвольных коэффициентов – согласные.
Демонстрируя силу своего метода, учёный привел в своих работах запас формул, которые могли быть использованы для решения конкретных задач. Из знаков действий он использовал «+» и «–», знак радикала и горизонтальную черту для деления. Умножение обозначал словом «in». Виет первым стал применять скобки, которые, правда, у него имели вид не скобок, а черты над многочленом. Но многие знаки, введённые до него, он не использовал. Так квадрат, куб и т. д. обозначал словами или первыми буквами слов.
Формулы, пронизывающие века
В теории уравнений, решая уравнения высших степеней, Виет применил метод сведения данного уравнения к неполному уравнению при помощи некоторых подстановок. Он искал только положительные корни и использовал знак черты, поставленной над числовыми или буквенными выражениями, которая имела значение современных скобок.
Развивая результаты Кардано, учёный открыл теорему о зависимости между корнями и коэффициентами уравнения. Виет нашёл соотношение для уравнения произвольной степени, хотя и с условием – для положительных корней. Этой теоремой учёный особенно гордился. Отдельным случаем открытой зависимости является теорема для квадратного уравнения.
Эта знаменитая теорема (формулы Виета) , устанавливающая связь коэффициентов многочлена с его корнями, была обнародована в 1591 году. Теперь она носит имя Виета, а сам автор формулировал её так:
«Если В+D, умноженное на А, минус А в квадрате равно ВD, то А равно В или А равно D»
(гласная А в современных обозначениях отвечает неизвестной x , а согласные В и D – коэффициентам p и q квадратного уравнения x 2 + px + q = 0).
Теорема Виета стала ныне самым знаменитым утверждением школьной алгебры. Если в школьной геометрии первое место прочно удерживает теорема Пифагора, то в школьной алгебре ведущая роль принадлежит формулам Виета: x 1 + x 2 = - p; x 1 x 2 = q .
Эти формулы достойны восхищения, тем более что Виет обобщил их на многочлены любой степени.
Виет не вводил отрицательных и комплексных чисел, но построил своеобразное исчисление треугольников, выдержанное в стиле античной строгости и одновременно равносильное исчислению комплексных чисел. Введённые учёным операции построения по двум данным треугольникам третьего треугольника, как было установлено позже, отвечают операциям умножения и деления комплексных чисел.
Больших успехов достиг учёный и в области геометрии. Применительно к ней он сумел разработать весьма интересные методы. В трактате «Дополнения к геометрии» он стремился создать по примеру древних некую геометрическую алгебру, используя геометрические методы для решения уравнений третьей и четвёртой степеней. Любое уравнение третьей и четвёртой степени, утверждал Виет, можно решить геометрическим методом трисекции угла или построением двух средних пропорциональных.
Математиков в течение столетий интересовал вопрос решения треугольников, т.е. вопрос: как по одним элементам треугольника найти все его другие элементы (стороны и углы). Такого рода задачи диктовались нуждами астрономии, архитектуры, геодезии. У Виета применявшиеся ранее методы решения треугольников приобрели более законченный вид.
Так он первым явно сформулировал в словесной форме теорему косинусов , хотя положения, эквивалентные ей, эпизодически применялись с первого века до нашей эры. Виет дал полное решение треугольников по трём данным элементам. Известный ранее своей трудностью случай решения треугольника по двум данным сторонам и одному из противолежащих им углов получил у Виста исчерпывающий разбор. Было ясно показано, что в этом случае решение не всегда возможно. Если же решение существует, то может быть одно или два.
Глубокое знание алгебры давало Виету большие преимущества. Причём интерес его к алгебре первоначально был вызван приложениями к тригонометрии и астрономии. И тригонометрия щедро отблагодарила автору за оказанную ей помощь. Не только каждое новое применение алгебры давало импульс новым исследованиям по тригонометрии, но и полученные тригонометрические результаты являлись источником важных успехов алгебры .
Виету, в частности, принадлежит вывод формул для синусов и косинусов кратных углов, т.е. формул для sin(mx) и cos(mx), дающих разложения по степеням sinx и cosx.
При составлении обширных таблиц тригонометрических функций Виет с большим искусством применил десятичные дроби. Глубокий интерес к тригонометрии у него был вызван желанием сделать астрономию более точной. Эти знания из тригонометрии Виет с успехом применял как в алгебре, так и в геометрии.
Используя представление о круге как о пределе вписанных в него многоугольников при увеличении числа их сторон, Виет вычислил число π до 18-го знака после запятой (из них 11 знаков оказались верными).
В 1579 г. учёный издал «Математический канон» , который содержал таблицы синусов, косинусов, тангенсов, котангенсов, секансов и косекансов.
Виет решил знаменитую задачу, сформулированную геометром Древней Греции Аполлонием Пергcким . По условию этой задачи надо было построить на плоскости окружность, касающуюся к трем данным окружностям, лежащим в этой же плоскости.
Виет опубликовал красивое решение этой задачи, используя лишь циркуль и линейку. Считают, что эту задачу первым решил сам Аполлоний, но, к сожалению, его труд не дошёл до нашего времени. Гордясь найденным решением, Виет называл себя «Аполлонием из Галлии» .
Значительным достижением учёного было представление числа π в виде бесконечного произведения. Это был первый случай использования бесконечных произведений, которыми спустя почти два столетия блестяще пользовался Леонард Эйлер.
Как талантливый вычислитель, Виет разработал метод приближённого решения алгебраических уравнений с числовыми коэффициентами, который применялся до конца 17 ст., пока Ньютон не нашёл более совершенный метод.
Непосредственно применение трудов Виета очень затруднялось тяжёлым и громоздким изложением. Из-за этого они полностью не изданы до сих пор. Более или менее полное собрание трудов Франсуа Виета было издано в 1646 году в Лейдене нидерландским профессором математики Франсом ван Схоутеном под названием «Математические сочинения Виета» .
Чтение работ Виета, по мнению многих историков науки, затрудняется несколько изысканной формой, в которой повсюду сквозит его большая эрудиция, а также большое количество изобретённых им и совершенно не прижившихся греческих терминов. Потому влияние Виета, столь значительное по отношению ко всей последующей математике, распространялось по Европе и всему миру сравнительно медленно.
Бурно развивающаяся математика наших дней, конечно, использует идеи и методы, во много раз превосходящие по глубине и общности идеи и методы, которые разработал Виет. Но и сейчас для нас интересна и весьма ценна острая и глубокая алгебраическая мысль Виета, который широко распахнул перед математикой двери в новый мир современной алгебры. Будем помнить, что в её основе лежит буквенное исчисление выдающегося математика Франсуа Виета.
Литература:
История математики с древнейших времён до начала ХІХ столетия / Под ред. А.П. Юшкевича.
Т.1–3. – М., 1970–1972.
Конфорович А.Г.
Колумби математики. – К., 1982.
Шмигевський М.В.
Видатні математики. – Х., 2004.
М.В. Шмигевский , кандидат физико-математических наук
Франсуа Виет - великий французский математик. Он положил начало алгебре как науке о преобразовании выражений и решении уравнений в общем виде. Виет был первым, кто ввел буквенное обозначение как неизвестных, так и данных величин. Он внедрил в науку мысль о том, что алгебраические преобразования можно выполнять не только над значениями, но и над символами, и фактически создал понятие математической формулы как таковой. Благодаря этому открытию, Виет внес огромный вклад в создание буквенной алгебры. Таким образом, именно он подготовил почву для открытий Декарта, Ферма и Ньютона. Сегодня мы рассмотрим биографию и интересные факты из жизни Франсуа Виета.
Детство и образование
Франсуа Виет, биография которого стала предметом нашего сегодняшнего разговора, родился в 1540 году в городке Вантане-ле-Конт, на юге Франции. В 60-ти километрах от городка находится Ла Рошель, которая в те времена была оплотом протестантов-гугенотов. Несмотря на то что большую часть жизни Виет сталкивался с руководителями и представителями этого движения, он оставался католиком. И дело тут не в протестном настроении, а в том, что религиозные перипетии Виета попросту не волновали. Он родился католиком, и не хотел ничего менять. Отец будущего ученого был прокурором, и Виет, следуя традициям, пошел по его стопам. Он с успехом окончил университет Пуату и получил диплом юриста.
Начало карьеры
В 1560 году, молодой юрист начал работать в своем родном городке, однако долго он на этой должности не задержался. Спустя три года, Виет перешел на службу в богатую гугенотскую семью де Партене. В доме де Партене, Франсуа стал секретарем главы семейства и учителем его дочери Екатерины, которой на тот момент было 12 лет. Именно преподавание побудило в Виете интерес к математике, который он ранее в себе не замечал.
Когда Катерина выросла и нашла себе мужа, она переехала в Париж. Виет не расстался с родом де Партене и также отправился в столицу. Здесь ему было легче узнавать о достижениях известных на тот момент математиков. С некоторыми из них, Виет даже лично познакомился. В частности, он общался с профессором Сорбонны Рамусом и вел дружескую переписку с выдающимся итальянским математиком Рафаэлем Бомбелли.
Государственная служба
В 1671 году, Франсуа Виет перешел на службу государству. Сначала он стал советником парламента, а вскоре и советником французского короля Генриха третьего.
В 1672 году, в ночь на 24 августа произошла масштабная резня гугенотов католиками, которую прозвали Варфоломеевской ночью. В ту ночь, погиб муж Екатерины де Партене и выдающийся математик Рамус. Спустя несколько лет, Катерина де Партене вышла замуж во второй раз. Она отдала руку и сердце одному из самых видных руководителей гугенотов - принцу де Рогану. В 1850 году, по его ходатайству, король Франции назначил Виета на пост рекетмейстера. Таким образом, Франсуа получил право от имени короля контролировать выполнение приказов по всей стране и отменять распоряжения крупных феодалов.
Будучи госслужащим, Виет не забывал о своей предрасположенности к науке. Впервые он прославился, когда смог расшифровать код украденной переписки испанского короля с его нидерландскими представителями. Благодаря этому, Генрих третий знал о действиях своих противников. Код был сложным, и состоял из 600 различных знаков, которые иногда менялись. Узнав о том, что король Франции завладел перепиской, итальянцы не могли поверить, что кому-то удалось ее расшифровать. Они обвинили математика в связях с потусторонними силами. Избежать инквизиции, удалось лишь благодаря авторитету, которым на тот момент уже обладал Франсуа Виет. Интересные факты из жизни ученого, не ограничиваются историей с кодом переписки. Но об этом немного позже.
Согласно свидетельствам современников Виета, в те времена он был очень трудолюбивым. Увлекшись чем-то, ученый мог на протяжении нескольких суток трудиться без отдыха.
Отстранение от должности
В 1584 году, Гизы постарались, чтобы Виета отстранили от государственной службы и выслали из Парижа. Эти события помогли ученому раскрыть свой потенциал. Обретя время на покой и отдых, Франсуа Виет, краткая биография которого иллюстрирует его целеустремленность, поставил перед собой крупнейшую цель - создание всеобъемлющей математики, которая позволяла бы решать задачи любого уровня. Он был убежден, что существует общая, неизведанная ранее наука, которая могла бы объединить измышления тогдашних алгебраистов и геометрические изыскания более древних ученых.
Именно в этот период ученый изобрел новую буквенную алгебру. Результаты его наработок были опубликованы в 1591 году, в трактате «Введение в аналитическое искусство». В нем ученый изложил программу исследований, которую он так и не успел закончить до смерти. Тем не менее была достигнута главная цель, которой следовал Виет Франсуа. Кратко она звучит как преобразование алгебры в более мощное исчисление. В своих наработках, слово «алгебра» Франсуа поменял на фразу «аналитическое искусство».
В письме к Екатерине де Партене, Франсуа Виет сказал: «Математики понимали, что под алгеброй таятся скрытые сокровища, но не сумели их найти. Задачи, которые они позиционировали как трудные, можно с легкостью решать, пользуясь нашим искусством…».
Видовая логистика
Так ученый называл основу своего похода. Следуя примеру предшественников, он создал некую систему «видов», разграничив, величины, числа и отношения. К примеру, в эту систему входили: переменные, корни, квадраты, кубы и скаляры, которым можно было сопоставить реальные размеры (длину, площадь и объем). Для этих видов, ученный придумал специальную символику, обозначив каждый из них прописной буквой латинского алфавита.
Франсуа Виет смог проиллюстрировать, что работая с символами, можно добиться результата, применимого к соответствующим величинам, то есть, решать задачи в общем виде. Это несложное суждение коренным образом изменило развитие алгебры, открыв перспективу буквенного исчисления. Чтобы продемонстрировать, насколько его метод силен, ученый в своих работах привел запас формул, которые можно было применять для решения определенных задач. Математик использовал такие знаки действия: плюс, минус, знак корня и горизонтальную черту, обозначающую деление. Произведение он обозначал буквой «т». Виет был первым, кто применил на практике скобки. Однако в его работах они были представлены в виде черточек над многочленом. При этом математик не использовал многие знаки, которые были введены до него. К примеру, степени он обозначал не цифрами, а первыми буквами слов или даже целыми словами.
Теорема
В 1591 году была обнародована та самая знаменитая теорема Виета, которая устанавливала связь между коэффициентами многочлена и его корнями. Звучит теорема следующим образом: «Если (B+D)А - А 2 = BD, то А, В, и D равны». На сегодняшний день теорема француза является одним из самых знаменитых утверждений школьного курса алгебры. Безусловно, она достойна восхищения, особенно если учесть, что ее можно обобщать на многочлены любых степеней.
Наработки в геометрии
Серьезных успехов ученый достиг также в геометрии. В данной области знания, он смог разработать массу интересных методов. В трактате под названием «Дополнение к геометрии», Виет, по примеру древних, попытался создать что-то типа геометрической алгебры. Ее суть состояла в использовании геометрических методов для решения уравнений 3-й и 4-й степеней. Как утверждал математик, любое уравнение этих степеней можно решить с помощью метода трисекции угла или построения пары средних пропорциональных.
В течение столетий, математики были увлечены вопросами решения треугольников, которые диктовались нуждами архитекторов и астрологов. Виет смог довести применяющиеся ранее методы к законченному виду. Он был первым, кто сформулировал словесное выражение теоремы косинусов. Однако эквивалентные ей положения, эпизодически встречались примерно с первого века до нашей эры. Решение треугольника по двум сторонам и одному из противолежащих углов, которое ранее вызывало трудности, у Виета получило исчерпывающий разбор. Он ясно сказал, что в таком случае решение треугольника не всегда возможно. А если решение есть, то может быть и еще одно, но не более двух.
Синтез алгебры и геометрии
Благодаря глубоким познаниям в алгебре, Виет имел огромное преимущество в своей работе над геометрией. Причем его изначальный интерес к алгебре, был вызван приложениями к тригонометрии, а также астрономии. Недаром ведь Г. Г. Цейтон сказал: «Тригонометрия щедро отблагодарила алгебру за оказанную ею помощь». С одной стороны, каждое новое применение алгебры становилось импульсом для исследований в области тригонометрии. А с другой - полученные тригонометрические результаты были источником для новых открытий в области алгебры. В частности, Виет вывел выражения для синусов и косинусов кратных дуг.
Возвращение на государственную службу
В 1589 году, когда Генрих Гиз был убит, король Франции приказал математику вернуться в Париж. Вскоре король пал от рук монаха, которого к нему подослали приверженцы Гиза. Таким образом, формальная власть в стране перешла к главе гугенотов - Генриху Наваррскому. Однако этот правитель был признан обществом лишь в 1593 году, когда стал католиком. Так закончилась кровавая религиозная война, которая в той или иной степени отразилась на жизни каждого француза и даже тех, кто был совершенно далек от политики и религиозных перипетий.
Подробности жизни математика в те времена неизвестны, так как он предпочел оставаться в стороне от кровавых дворцовых интриг. Известно лишь, что он стал служить новому королю. Находясь при дворе, Франсуа Виет, открытия которого уже покорили Францию, выполнял обязанности правительственного чиновника и пользовался огромным уважением правительства как математик.
Задача ван Роомена
Однажды нидерландский посол сказал королю Генриху четвертому, что их математик ван Роомен представил перед обществом математиков задачу. Посол добавил, что во Франции, по всей видимости, нет математиков, так как среди тех, кому была адресована задача нет французов. Король ответил, что во Франции есть математик и позвал Виета. Знание косинуса и синуса кратных дуг помогло ученому решить уравнение 45-й степени, которое ему предложил нидерландец.
Последние годы
В последние годы жизни, Франсуа Виет, краткая биография которого подходит к концу, оставил государственную службу, но продолжил заниматься наукой. Однажды он пытался оспорить введение григорианского календаря в Европе. Он даже намеревался сделать свой собственный календарь.
14 февраля 1603 года человек большого ума и рассуждения умер. В мемуарах некоторых французских придворных была информация о том, что математик был женат, и у него была дочь. Она стала единственной наследницей имения Виета и 20 тысяч экю, которые он оставил в изголовье своей кровати. Та свою жизнь закончил великий ученый и очень одаренный человек - Франсуа Виет. Фото во времена Виета еще не делали, однако многообразие рисунков позволяет нам получить полное представление о внешнем виде легендарного математика.
Применение трудов
Затруднения в непосредственном применении трудов Виета были обусловлены громоздкостью их изложения. Из-за этого, до сих пор не издано их полного собрания. Более или менее емкое собрание наработок математика было издано нидерландским ученым ванн Скоотеном в 1646 году. Книга получила название «Математические сочинения Виета». Г. Г. Цейтон отмечал, что ознакомление с трудами Виета затрудняется изысканной формой изложения, и большим количеством терминов, которые ученый изобрел самостоятельно благодаря своей недюжинной эрудиции. Поэтому столь значительное влияние ученого на всю последующую математику, распространялось довольно медленно.
Заключение
Сегодня мы познакомились с таким выдающимся ученым, как Франсуа Виет. Интересные факты из жизни, кратко изложенные в его биографии, дают основание полагать, что ученый был действительно великим человеком. Своим успехом он в какой-то степени был обязан Екатерине де Портене, портрет которой представлен выше. Ее связи помогли ученому в скорой реализации его задумок.
Франсуа Виет - математикФрансуа Виет (1540-1603), - французский математик, положивший начало алгебре как науке о преобразовании выражений, о решении уравнений в общем виде, создатель буквенного исчисления.
Виет Франсуа родился в городе Фонтене ле-Конт провинции Пуату. Получив юридическое образование, он с девятнадцати лет успешно занимался адвокатской практикой в родном городе. Как адвокат Виет пользовался у населения авторитетом и уважением. Он был широко образованным человеком. Знал астрономию и математику и все свободное время отдавал этим наукам.
Преподавая частным образом астрономию дочери одной знатной клиентки, Виет пришел к мысли составить труд, посвященный усовершенствованию птолемеевской системы. Затем он приступил к разработке тригонометрии и приложению ее к решению алгебраических уравнений. В 1571 году Виет переехал в Париж и там познакомился с математиком Пьером Рамусом. Благодаря своему таланту и отчасти благодаря браку своей бывшей ученицы с принцем де Роганом, Виет сделал блестящую карьеру и стал советником Генриха III, а после его смерти-Генриха IV.
Но главной страстью Виета была математика. Он глубоко изучил сочинения классиков Архимеда и Диофанта, ближайших предшественников Кардано, Бомбелли, Стевина и других. Виета они не только восхищали, в них он видел большой изъян, заключающийся в трудности понимания из-за словесной символики.
Почти все действия и знаки записывались словами, не было намека на те удобные, почти автоматические правила, которыми мы сейчас пользуемся. Нельзя было записывать и, следовательно, начать в общем виде алгебраические сравнения или какие-нибудь другие алгебраические выражения. Каждый вид уравнения с числовыми коэффициентами решался по особому правилу. Так, например, у Кардано рассматривались 66 видов алгебраических уравнений. Поэтому необходимо было доказать, что существуют такие общие действия над всеми числами, которые от этих самих чисел не зависят. Виет и его последователи установи, что не имеет значения, будет ли рассматриваемое число количеством предметов или длиной отрезка. Главное, что с этими числами можно производить алгебраические действия и в результате снова получать числа того же рода. Значит, их можно обозначать какими-либо отвлеченными знаками. Виет это и сделал. Он не только ввел свое буквенное исчисление, но сделал принципиально новое открытий, поставив перед собой цель изучать не числа, а действия над ними. Правда, у самого Виета алгебраические символы еще были мало похожи на наши. Например, кубическое уравнение Виет записывал так:
А cubus + В рlanum in A3 aequatur D solito
Здесь еще, как видим, много слов. Но ясно, что они уже играют роль наших символов. Такой способ записи позволил Виету сделать важные открытия при изучении общих свойств алгебраических уравнений. Не случайно за это Виета называют "отцом" алгебры, основоположником буквенной символики. Особенно гордился Виет всем известной теперь теоремой о выражении коэффициентов уравнения через его корни, полученной им самостоятельно, хотя, как теперь стало известно, зависимость между коэффициентами и корнями уравнения (даже более общего вида, чем квадратного) была известна Кардано, а в таком виде, в каком мы пользуемся для квадратного уравнения,-древним вавилонянам. Из других открытий Виета следует отметить выражение для синусов и косинусов кратных дуг через sin x и cos x. Эти знания тригонометрии Виет с успехом применял как в алгебре при решении алгебраических уравнений, так и в геометрии, например, при решении с помощью циркуля и линейки знаменитой задачи Аполлония Пергского о построении круга, касательного к трем данным кругам. Гордясь найденным решением, Виет называл себя Алоллонием Гальским (Галлией в старину называли Францию).
Нельзя сказать, что во Франции о Виете ничего не знали. Громкую славу он получил при Генрихе III, во время франко-испанской войны. Испанские инквизиторы изобрели очень сложную тайнопись (шифр), которая все время изменялась и дополнялась. Благодаря такому шифру воинствующая и сильная в то время Испания могла свободно переписываться с противниками французского короля даже внутри Франции, и эта переписка всё время оставалась неразгаданной. После бесплодных попыток найти ключ к шифру король обратился к Виету. Рассказывают, что Виет две недели подряд дни и ночи просидев за работой, все же нашел ключ к испанскому шифру. После этого неожиданно для испанцев Франция стала выигрывать одно сражение за другим. Испанцы долго недоумевали. Наконец им стало известно, что шифр для французов уже не секрет и что виновник его расшифровки - Виет. Будучи уверенными в невозможности разгадать их способ тайнописи людьми, они обвинили Францию перед папой римским и инквизицией в кознях дьявола, а Виет был обвинен в союзе с дьяволом и приговорен к сожжению на костре. К счастью для науки, он не был выдан инквизиции. В последние годы жизни Виет занимал важные посты при дворе короля Франции. Умер он в Париже в самом начале семнадцатого столетия. Подозревают, что он был убит.
Математические достижения:
Работы по математике писал чрезвычайно трудным языком, поэтому они не получили распространения. Труды Виета были собраны после его смерти профессором математики в Лейдене Ф. Шоотеном. В трудах Виета алгебра становится общей наукой об алгебраических уравнениях, основанной на символических обозначениях. Виет первый обозначил буквами не только неизвестные, но и данные величины, т. е. коэффициенты соответствующих уравнений. Благодаря этому стало впервые возможным выражение свойств уравнений и их корней общими формулами, и сами алгебраические выражения превратились в объекты, над которыми можно производить действия. Виет разработал единообразный прием решения уравнений 2-й, 3-й и 4-й степени и новый метод решения кубического уравнения, дал тригонометрическое решение уравнения 3-й степени в неприводимом случае, предложил различные рациональные преобразования корней, установил зависимость между корнями и коэффициентами уравнений (формулы Виета). Для приближенного решения уравнений с числовыми коэффициентами Виет предложил метод, сходный с методом, позднее разработанным И. Ньютоном. Достижения Виета в тригонометрии - полное решение задачи об определении всех элементов плоского или сферического треугольников по трем данным элементам, важные разложения sin пх и cos пх по степеням cos х и sinx. Знание формулы синусов и косинусов кратных дуг дало возможность Виету решить уравнение 45-й степени, предложенное математиком А. Рооменом; Виет показал, что решение этого уравнения сводится к разделению угла на 45 равных частей и что существуют 23 положительных корня этого уравнения.
Виет Франсуа (1540-13.12. 1603)
родился в городе Фонтене ле-Конт провинции Пуату, недалеко от знаменитой крепости Ла-Ро-шель.
Получив юридическое образование, он с девятнадцати лет успешно занимался адвокатской практикой в родном городе.
Как адвокат Виет пользовался у населения авторитетом и уважением.
Он был широко образованным человеком.
Знал астрономию и математику и все свободное время отдавал этим наукам.
Главной страстью Виета была математика. Он глубоко изучил сочинения классиков Архимеда и Диофанта, ближайших предшественников Кардано, Бомбелли, Стевина и других. Виета они не только восхищали, в них он видел большой изъян, заключающийся в трудности понимания из-за словесной символики: Почти все действия и знаки записывались словами, не было намека на те удобные, почти автоматические правила, которыми мы сейчас пользуемся. Нельзя было записывать и, следовательно, начать в общем виде алгебраические сравнения или какие-нибудь другие алгебраические выражения. Каждый вид уравнения с числовыми коэффициентами решался по особому правилу. Поэтому необходимо было доказать, что существуют такие общие действия над всеми числами, которые от этих самих чисел не зависят. Виет и его последователи установи, что не имеет значения, будет ли рассматриваемое число количеством предметов или длиной отрезка.
Главное, что с этими числами можно производить алгебраические действия и в результате снова получать числа того же рода. Значит, их можно обозначать какими-либо отвлеченными знаками. Виет это и сделал. Он не только ввел свое буквенное исчисление, но сделал принципиально новое открытий, поставив перед собой цель изучать не числа, а действия над ними. Такой способ записи позволил Виету сделать важные открытия при изучении общих свойств алгебраических уравнений.
Не случайно за это Виета называют "отцом" алгебры, основоположником буквенной символики.
Из других открытий Виета следует отметить выражение для синусов и косинусов кратных дуг через sin x и cos x.
Эти знания тригонометрии Виет с успехом применял как в алгебре при решении алгебраических уравнений, так и в геометрии, например, при решении с помощью циркуля и линейки знаменитой задачи Аполлония Пергского о построении круга, касательного к трем данным кругам.
Гордясь найденным решением, Виет называл себя Алоллонием Гальским (Галлией во времена древнего Рима называли современную Францию).
Нельзя сказать, что во Франции о Виете ничего не знали.
Громкую славу он получил при Генрихе III, во время франко-испанской войны.
Испанские инквизиторы изобрели очень сложную тайнопись (шифр), которая все время изменялась и дополнялась.
Благодаря такому шифру воинствующая и сильная в то время Испания могла свободно переписываться с противниками французского короля даже внутри Франции, и эта переписка всё время оставалась неразгаданной. После бесплодных попыток найти ключ к шифру король обратился к Виету.
Рассказывают, что Виет две недели подряд дни и ночи просидев за работой, все же нашел ключ к испанскому шифру. После этого неожиданно для испанцев Франция стала выигрывать одно сражение за другим. Испанцы долго недоумевали. Наконец им стало известно, что шифр для французов уже не секрет и что виновник его расшифровки - Виет. Будучи уверенными в невозможности разгадать их способ тайнописи людьми, они обвинили Францию перед папой римским и инквизицией в кознях дьявола, а Виет был обвинен в союзе с дьяволом и приговорен к сожжению на костре. К счастью для науки, он не был выдан инквизиции.
В конце 16 столетия голландский математик Андриан ван-Роумен, известный, пожалуй, тем, что вычислил число Пи с восемнадцатью верными знаками, решил бросить вызов всем математикам мира.
Он разослал во все европейские страны уравнение 45-й степени:
x45 - 45x43 + 945x41 - 12300x39 +... + 95634x5 - 3795x3 + 45x = a,
французским математикам он решил это уравнение не посылать, считая, что там нет способных справиться с задачей: Декарт в то время еще не родился, Пьера Рамуса в 1572 убили в Варфоломеевскую ночь, о других математиках не было слышно.
Так французские математики не смогли принять вызов. Больше всего было ущемлено самолюбие Генриха IV. - И все же у меня есть математик! - воскликнул король. - Позовите Виета! В приемную короля вошел пятидесятитрехлетний седоволосый советник короля Франсуа Виет. Он тут же, в присутствие короля, министров и гостей, нашел один корень предложенного уравнения. Виет увидел, что а есть сторона правильного 15-угольника, вписанного в круг радиуса 1, а по коэффициентам второго и последнего членов заключил, что х есть хорда 1/45 этой дуги, как оно и было на самом деле.
Король ликовал, все поздравляли придворного советника.
На следующий день Виет нашел еще 22 корня уравнения, описываемые выражением:
при n = 1, 2, ..., 22.
Этим он и ограничился, так как остальные 22 корня - отрицательные, а Виет не признавал ни отрицательных, ни мнимых корней.
После такого успеха Виета составитель злополучного уравнения Роумен стал ревностным почитателем его.
В последние годы жизни Виет занимал важные посты при дворе короля Франции.
В мемуарах некоторых придворных Франции есть указание, что Виет был женат, что у него была дочь, единственная наследница имения, по которому Виет звался сеньор де ла Биготье. В придворных новостях маркиз Летуаль писал: "...14 февраля 1603 г. господин Виет, рекетмейстер, человек большого ума и рассуждения и один из самых ученых математиков века умер... в Париже. Ему было более шестидесяти лет". Подозревают, что Виет был убит.
Несмотря на огромное желание и упорные занятия, книгу, которую назвал “Искусство анализа, или Новая алгебра”.
Виет всё же не завершил. Но главное было написано.
И это главное определило развитие всей математики Нового времени.