據(jù)拉格朗日本人回憶,如果幼年是家境富裕,他也就不會作數(shù)學(xué)研究了,因?yàn)楦赣H一心想把他培養(yǎng)成為一名律師。拉格朗日個(gè)人卻對法律毫無興趣。
到了青年時(shí)代,在數(shù)學(xué)家雷維里的教導(dǎo)下,拉格朗日喜愛上了幾何學(xué)。17歲時(shí),他讀了英國天文學(xué)家哈雷的介紹牛頓微積分成就的短文《論分析方法的優(yōu)點(diǎn)》后,感覺到“分析才是自己最熱愛的學(xué)科”,從此他迷上了數(shù)學(xué)分析,開始專攻當(dāng)時(shí)迅速發(fā)展的數(shù)學(xué)分析。
18歲時(shí),拉格朗日用意大利語寫了第一篇論文,是用牛頓二項(xiàng)式定理處理兩函數(shù)乘積的高階微商,他又將論文用拉丁語寫出寄給了當(dāng)時(shí)在柏林科學(xué)院任職的數(shù)學(xué)家歐拉。不久后,他獲知這一成果早在半個(gè)世紀(jì)前就被萊布尼茲取得了。這個(gè)并不幸運(yùn)的開端并未使拉格朗日灰心,相反,更堅(jiān)定了他投身數(shù)學(xué)分析領(lǐng)域的信心。
1755年拉格朗日19歲時(shí),在探討數(shù)學(xué)難題“等周問題”的過程中,他以歐拉的思路和結(jié)果為依據(jù),用純分析的方法求變分極值。第一篇論文“極大和極小的方法研究”,發(fā)展了歐拉所開創(chuàng)的變分法,為變分法奠定了理論基礎(chǔ)。變分法的創(chuàng)立,使拉格朗日在都靈聲名大震,并使他在19歲時(shí)就當(dāng)上了都靈皇家炮兵學(xué)校的教授,成為當(dāng)時(shí)歐洲公認(rèn)的第一流數(shù)學(xué)家。1756年,在歐拉的舉薦下,拉格朗日被任命為普魯士科學(xué)院通訊院士。
1764年,法國科學(xué)院懸賞征文,要求用萬有引力解釋月球天平動(dòng)問題,他的研究獲獎(jiǎng)。接著又成功地運(yùn)用微分方程理論和近似解法研究了科學(xué)院提出的一個(gè)復(fù)雜的六體問題(木星的四個(gè)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)問題),為此又一次于1766年獲獎(jiǎng)。
1766年德國的腓特烈大帝向拉格朗日發(fā)出邀請時(shí)說,在“歐洲最大的王”的宮廷中應(yīng)有“歐洲最大的數(shù)學(xué)家”。于是他應(yīng)邀前往柏林,任普魯士科學(xué)院數(shù)學(xué)部主任,居住達(dá)20年之久,開始了他一生科學(xué)研究的鼎盛時(shí)期。在此期間,他完成了《分析力學(xué)》一書,這是牛頓之后的一部重要的經(jīng)典力學(xué)著作。書中運(yùn)用變分原理和分析的方法,建立起完整和諧的力學(xué)體系,使力學(xué)分析化了。他在序言中宣稱:力學(xué)已經(jīng)成為分析的一個(gè)分支。
拉格朗日科學(xué)研究所涉及的領(lǐng)域極其廣泛。他在數(shù)學(xué)上最突出的貢獻(xiàn)是使數(shù)學(xué)分析與幾何與力學(xué)脫離開來,使數(shù)學(xué)的獨(dú)立性更為清楚,從此數(shù)學(xué)不再僅僅是其他學(xué)科的工具。
拉格朗日總結(jié)了18世紀(jì)的數(shù)學(xué)成果,同時(shí)又為19世紀(jì)的數(shù)學(xué)研究開辟了道路,堪稱法國最杰出的數(shù)學(xué)大師。同時(shí),他的關(guān)于月球運(yùn)動(dòng)(三體問題)、行星運(yùn)動(dòng)、軌道計(jì)算、兩個(gè)不動(dòng)中心問題、流體力學(xué)等方面的成果,在使天文學(xué)力學(xué)化、力學(xué)分析化上,也起到了歷史性的作用,促進(jìn)了力學(xué)和天體力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展,成為這些領(lǐng)域的開創(chuàng)性或奠基性研究。
在柏林工作的前十年,拉格朗日把大量時(shí)間花在代數(shù)方程和超越方程的解法上,作出了有價(jià)值的貢獻(xiàn),推動(dòng)了代數(shù)學(xué)的發(fā)展。他提交給柏林科學(xué)院兩篇著名的論文:《關(guān)于解數(shù)值方程》和《關(guān)于方程的代數(shù)解法的研究》。把前人解三、四次代數(shù)方程的各種解法,總結(jié)為一套標(biāo)準(zhǔn)方法,即把方程化為低一次的方程(稱輔助方程或預(yù)解式)以求解。 他試圖尋找五次方程的預(yù)解函數(shù),希望這個(gè)函數(shù)是低于五次的方程的解,但未獲得成功。然而,他的思想已蘊(yùn)含著置換群概念,對后來阿貝爾和伽羅華起到啟發(fā)性作用,最終解決了高于四次的一般方程為何不能用代數(shù)方法求解的問題。因而也可以說拉格朗日是群論的先驅(qū)。
在《解析函數(shù)論》以及他早在1772年的一篇論文中,在為微積分奠定理論基礎(chǔ)方面作了獨(dú)特的嘗試,他企圖把微分運(yùn)算歸結(jié)為代數(shù)運(yùn)算,從而拋棄自牛頓以來一直令人困惑的無窮小量,并想由此出發(fā)建立全部分析學(xué)。但是由于他沒有考慮到無窮級數(shù)的收斂性問題,他自以為擺脫了極限概念,其實(shí)只是回避了極限概念,并沒有能達(dá)到他想使微積分代數(shù)化、嚴(yán)密化的目的。不過,他用冪級數(shù)表示函數(shù)的處理方法對分析學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了影響,成為實(shí)變函數(shù)論的起點(diǎn)。
拉格朗日也是分析力學(xué)的創(chuàng)立者。拉格朗日在其名著《分析力學(xué)》中,在總結(jié)歷史上各種力學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上,發(fā)展達(dá)朗貝爾、歐拉等人研究成果,引入了勢和等勢面的概念,進(jìn)一步把數(shù)學(xué)分析應(yīng)用于質(zhì)點(diǎn)和剛體力學(xué),提出了運(yùn)用于靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的普遍方程,引進(jìn)廣義坐標(biāo)的概念,建立了拉格朗日方程,把力學(xué)體系的運(yùn)動(dòng)方程從以力為基本概念的牛頓形式,改變?yōu)橐阅芰繛榛靖拍畹姆治隽W(xué)形式,奠定了分析力學(xué)的基礎(chǔ),為把力學(xué)理論推廣應(yīng)用到物理學(xué)其他領(lǐng)域開辟了道路。
在數(shù)論方面,拉格朗日也顯示出非凡的才能。他對費(fèi)馬提出的許多問題作出了解答。如,一個(gè)正整數(shù)是不多于4個(gè)平方數(shù)的和的問題等等,他還證明了圓周率的無理性。這些研究成果豐富了數(shù)論的內(nèi)容。
1791年,拉格朗日被選為英國皇家學(xué)會會員,又先后在巴黎高等師范學(xué)院和巴黎綜合工科學(xué)校任數(shù)學(xué)教授。1795年建立了法國最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)——法蘭西研究院后,拉格朗日被選為科學(xué)院數(shù)理委員會主席。此后,他才重新進(jìn)行研究工作,編寫了一批重要著作:《論任意階數(shù)值方程的解法》、《解析函數(shù)論》和《函數(shù)計(jì)算講義》,總結(jié)了那一時(shí)期的特別是他自己的一系列研究工作。
這期間他參加了巴黎科學(xué)院成立的研究法國度量衡統(tǒng)一問題的委員會,并出任法國米制委員會主任。1799年,法國完成統(tǒng)一度量衡工作,制定了被世界公認(rèn)的長度、面積、體積、質(zhì)量的單位,拉格朗日為此做出了巨大的努力。
1783年,拉格朗日的故鄉(xiāng)建立了"都靈科學(xué)院",他被任命為名譽(yù)院長。1786年腓特烈大帝去世以后,他接受了法王路易十六的邀請,離開柏林,定居巴黎。 1813年4月3日,拿破侖授予他帝國大十字勛章,但此時(shí)的拉格朗日已臥床不起,4月11日早晨,拉格朗日逝世。
“三L”
----法國18世紀(jì)后期到19世紀(jì)初數(shù)學(xué)界著名的三個(gè)人物——拉格朗日、拉普拉斯和勒讓德。因?yàn)樗麄內(nèi)齻(gè)的姓氏的第一個(gè)字母為“L”,又生活在同一時(shí)代,所以人們稱他們?yōu)椤叭獭薄?/p>
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