Matti Lehtinen: Matematiikan historian luentoja

More documents

Recommendations

Info

Euklidisen geometrian uusia aksioomajärjestelmiä esittivät mm. italialainen Giuseppe Peano (1858–1932) vuonna 1891 ja saksalainen David Hilbert (1862–1943) vuonna 1899 sittemmin monina täydennettyinä uusintapainoksina ilmestyneessä teoksessa Grundlagen der Geometrie. P eanon määrittelmättömät peruskäsitteet olivat piste, jana ja liike. Hilbertin järjestelmä oli hengeltään lähellä Euklideen aksioomia, ja se on saavuttanut pysyvimmän jalansijan. Hibertin määrittelemättömät käsitteet olivat piste, suora ja taso. Korostaakseen näiden irrallisuutta havaintomaailmasta Hilbert kehotti lukijaa mielessään korvaamaan sanat piste, suora ja taso sanoilla tuoli, pöytä ja oluttuoppi. Perusobjektion ja aksioomien mielivaltaisuus nosti esiin kysymyksen aksioomien yhteensopivuudesta eli ristiriidattomuudesta. Tätä oli pohdittu jo epäeuklidisten geometrioiden yhteydessä, mutta siellä asia oli palautettu euklidisien mallien avulla euklidiseen geometriaan. Hilbert osoitti geometriansa ristiriidattomuuden rakentamalla analyyttisen mallin, jonka pohjana ovat reaaliluvut. Koska reaaliluvut puolestaan voitiin rakentaa rationaaliluvuista ja nämä kokonaisluvuista, geometrian ristiriidattomuus palautui kysymykseen aritmetiikan ristiriidattomuudesta. 12.5 Klein ja Erlangenin ohjelma Felix Klein (1849–1925) oli 1800-luvun lopun ja 1900-luvun alun keskeinen matemaattinen organisaattori Saksassa. Hän aloitti uransa Plückerin assistenttina ja toimi suurimman osan elämäänsä Göttingenissä. 1870-luvulla Klein oli jonkin aikaa Erlangenin yliopiston professorina. Hänen siellä 1872 pitämänsä virkaanastujaisesitelmä tunnetaan Erlangenin ohjelman nimellä. Klein havaitsi, että algebran piirissä syntynytryhmän käsite oli sopiva struktuuri kuvaamaan erilaisia geometrisia järjestelmiä. Kutakin geometrista systeemiä karakterisoi tietty tarkasteltavan avaruuden transformaatioiden eli bijektiivisten kuvausten ryhmä; kyseisen systeemin tutkiminen tarkoittaa sellaisten ominaisuuksien selvittämistä, jotka säilyvät invariantteina ryhmän transformaatioissa. Kleinin yleisimpiä transformaatioita olivat projektiiviset transformaatiot, homogeenisissa koordinaateissa x ′ 1 = a11x1 + a12x2 + a13x3 x ′ 2 = a21x1 + a22x2 + a23x3 x ′ 3 = a31x1 + a32x2 + a33x3. Esimerkiksi euklidista metristä geometriaa vastaa tason translaatioiden, peilausten ja kiertojen ryhmä, jonka muunnokset tavallisissa koordinaateissa ovat x ′ = r1(x cos φ − y sin φ + a) y ′ = r2(x sin φ + y cos φ + b), r1, r2 = ±1. Erlangenin ohjelman vaikutukset ovat yhä nähtävissä mm. nykyisissä geometrian oppikursseissa. Kleinilta on peräisin epäeuklidisen geometrian ns. hyperbolinen malli, jossa tasoa vastaa ympyräkiekko D, suoria vastaavat ympyrän kehää ∂D vastaan kohtisuorat ympyrät ja äärettömän kaukaista pistettä vastaaympyrän kehä. Kleinin keskeinen asema 1800-luvun lopun matemaattisessa elämässä antoihänelle loistavat lähtökohdat kirjoittaa 1800-luvun matematiikan historiasta. Kleinin vanhoilla päivillään Göttingenissä pitämiin luentoihin perustuva Entwicklung der Mathematik im 19. Jahrhundert (1926–27) on harvoja todellisen eturivin matemaatikon kirjoittamia matematiikan historiaa käsitteleviä teoksia.Se on erittäin luettavaa tekstiä edelleen. 85
13 Algebran kehitysvaiheita 1800-luvulle asti algebran tutkimuskohteeksi ymmärrettiin polynomiyhtälöiden P (x) =0ratkaiseminen ja ratkaisujen ominaisuuksien tutkiminen. Nykyisen algebran standardioppimäärän käsitteistö oli 1700-luvulla melkein kokonaan tuntematon. 13.1 Polynomiyhtälön algebrallinen ratkaisu Ferron, Tartaglian, Cardanon ja Ferrarin tulokset 1500-luvulla jättivät avoimeksi kysymyksen astetta n ≥ 5 olevien polynomiyhtälöiden ratkeavuudesta. Ehrenfried Walter von Tschirnhausen (1651–1708) osoitti, että sopivin muuttujanvaihdoin yleinen viidennen asteen yhtälö oli saatettavissa muotoon x5 + ax + b =0. Syvällisesti algebrallisen yhtälön ratkeavuutta selvitteli Lagrange. Hänen perusoivalluksensa oli tarkastella funktioita, jotka säilyivät invariantteina joissakin yhtälön juurien permutaatioissa tai saivat usealla eri permutaatiolla saman arvon. Jos esimerkiksi x1, x2 ja x3 ovat kolmannen asteen yhtälön P (x) = 0 ratkaisut ja ω = − 1 √ 3 + i on yhtälön z3 = 1 kompleksijuuri, niin 2 (x1 + ωx2 + ω 2 x3) 3 saa juurien eri permutaatioilla vain kaksi eri arvoa. Tämä kytkeytyy siihen, että kolmannen asteen yhtälön resolventtiyhtälö on toista astetta. Lagrangen havainnot johtivat yhtenäiseen proseduuriin annetun yhtälön resolventtiyhtälöiden löytämiseksi. Lagrangen työtä täydensi Ruffini, joka osoitti, että Lagrangen menetelmät eivät voi tuottaa alemmanasteisia resolventtiyhtälöitä, kun alkuperäisen yhtälön asteluku on ainakin 5. Tästähän veti sen johtopäätöksen, että viidennen asteen yhtälö ei yleensäkään ole algebrallisesti ratkeava. Huomattavan panoksen algebrallisten yhtälöiden teorialle antoi Gauss. Kirjassaan Disquisitiones arithmeticæ hän osoitti, että ns. syklotominen yhtälö xp − 1 = 0, missä p on alkuluku, voidaan purkaa jonoksi alemmanasteisia algebrallisia ja algebrallisesti ratkeavia yhtälöitä, ja näiden yhtälöiden asteluvut ovat luvun p − 1tekijöitä. Täten on olemassa korkeankinasteisia algebrallisesti ratkaistavissa olevia polynomiyhtälöitä. Abel yritti jo koululaisena sovittaa Gaussin esittämää ratkaisumenetelmää yleiseen viidennen asteen yhtälöön. Hän uskoi ensin onnistuneensa, mutta huomasi sitten virheensä. Abelin todistus viidennen asteen yhtälön algebralliselle ratkeamattomuudelle perustui havaintoon, jonka mukaan yhtälö oli algebrallisesti ratkaistavissa, vain jos jokainen ratkaisuissa esiintyvä juurilauseke oli yhtälön juurien ja tiettyjen ykkösenjuurien rationaalilauseke. Lopullisen muodon algebrallisen yhtälön algebrallisen ratkeavuuden teorialle antoi Evariste Galois (1811–32). Galois osoitti v. 1831, että algebrallisen yhtälön juuret ovat lausuttavissa yhtälön kertoimista ja niiden juurista muodostettuina rationaalisina lausekkeina täsmälleen silloin, kun yhtälön juurien permutaatioryhmän tietyllä aliryhmällä, Galois’n ryhmällä, on sittemmin ratkeavuudeksi nimitetty ominaisuus. – Galois on matematiikan <strong>historian</strong> romanttisia hahmoja: hän reputti kahdesti École Polytechniquen pääsykokeissa, hänet erotettiin École Normalesta, hän oli mielipiteiltään radikaali ja istui siksi vankilassa, ja hän kuoli – ehtimättä edes 21 vuoden ikään – haavoihin, jotka oli saanut epämääräisen naisen vuoksi syntyneessä kaksintaistelussa. Aikalaiset eivät juuri ymmärtäneet hänen töitään, joista osa joutui käsittämättömästi kadoksiin aikakauskirjojen toimituksissa ja julkaistiin vasta vuosikymmen hänen kuolemansa jälkeen. Kertomus, jonka mukaan Galois olisi kirjoittanut päätutkimuksensa kaksintaistelua edeltäneenä yönä, on kuitenkin ilmeisesti tekaistu. 13.2 Algebran vapautuminen Samoin kuin geometria 1800-luvulla lakkasi olemasta sidoksissa Eukleideen postulaatteihin tai ha- 2 86
Page 1 and 2:
Matti Lehtinen: Matematiikan histor
Page 3 and 4:
15 Todennäköisyyslaskenta: ajanvi
Page 5 and 6:
enemmän aiheenmukainen käsittelyt
Page 7 and 8:
Edwards, C. H., Jr.:TheHistorical D
Page 9 and 10:
tematiikasta; länsimaisen matemati
Page 11 and 12:
Kreikkalainen historioitsija Herodo
Page 13 and 14:
Jo noin 4000 vuotta vanhat babyloni
Page 15 and 16:
4 Antiikin Kreikan matematiikkaa Ma
Page 17 and 18:
sanotaan tulleen käyttöön opetus
Page 19 and 20:
Pythagoraan on arveltu päätyneen
Page 21 and 22:
voidaan osoittaa, että ympyränkak
Page 23 and 24:
Zenonin paradoksit osoittavat, ett
Page 25 and 26:
3. On mahdollista piirtää ympyrä
Page 27 and 28:
Paraabelin alan laskemista ekshaust
Page 29 and 30:
Aikalaiset ja jälkeen tulleet arvo
Page 31 and 32:
5 Matematiikkaa keskiajalla Antiiki
Page 33 and 34:
Erityisen ansiokkaita intialaiset o
Page 35 and 36:
algebralla ymmärrettiin matematiik
Page 37 and 38: x 3 +2x 2 − 5x − 10 = 0. Havait
Page 39 and 40: kolmannen asteen yhtälöille likia
Page 41 and 42: 6 Renessanssi Renessanssin (”uude
Page 43 and 44: julkaisi Ars Magnassa. - Cardano ei
Page 45 and 46: hän hyväksyi vain positiiviset ju
Page 47 and 48: Logaritmitaulukkojensa luvut Napier
Page 49 and 50: Hyvä viinivuosi 1612 inspiroi Kepl
Page 51 and 52: 7.3 Descartes, Fermat ja analyyttin
Page 53 and 54: perusteella. Potenssisumman n k p k
Page 55 and 56: 7.5 Tangenttikonstruktioita Matemaa
Page 57 and 58: Barrow esitti tämän asian, joka o
Page 59 and 60: Newtonin differentiaalilaskennan pe
Page 61 and 62: hallintotehtävät, ensin Mainzin a
Page 63 and 64: Osittain juuri tällaisista syistä
Page 65 and 66: Johann Bernoulli oli Leibnizin aggr
Page 67 and 68: lausekkeeksi, milloin koordinaatist
Page 69 and 70: jos x = y√1 − c4 ± c 1 − y4
Page 71 and 72: tunnetaan, f:n derivaatat voidaan i
Page 73 and 74: ollut kaikin puolin loogisesti moit
Page 75 and 76: empiiristen havaintojen perusteella
Page 77 and 78: avaruuden geometrista rakennetta my
Page 79 and 80: Cauchy on Eulerin jälkeen kaikkien
Page 81 and 82: pintaa. Tästä oivalluksesta alkun
Page 83 and 84: Lukujonoihin perustuvan reaaliluvun
Page 85 and 86: jellyimmissä muodoissaan synteetti
Page 87: metrisen kirjan 26-sivuisena liitte
Page 91 and 92: Epäkommutatiivisen algebran keksij
Page 93 and 94: 14 Matemaattinen logiikka ja joukko
Page 95 and 96: Toisaalta Cantor osoitti, että rea
Page 97 and 98: todennäköisyys on noin 2 2t2 −
Page 99 and 100: matematiikan piirissä hänen kest
Page 101 and 102: kansanedustaja ja toimi 1920-luvull
Page 103 and 104: Turun akatemia siirtyi Turun palon
Page 105 and 106: kehittynyt mm. automaatien teorian
Page 107 and 108: 18 Laskulaitteista ja tietokoneista
Page 109 and 110: 18.3 Matematiikka ja tietokoneet Jo
Page 111 and 112: poliittisiin ristiriitoihin 1930-lu
show all

Matti Lehtinen: Matematiikan historian luentoja

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?