Бернуллиада
Семья
Берну́лли (Bernoulli) — протестантская семья из Южных Нидерландов (нынешняя Бельгия), многие члены которой внесли существенный вклад в
науку.
Купец Якоб Бернулли в 1567
году покинул Антверпен из-за религиозных притеснений испанских властей, спасаясь от религиозного гонения герцога
Альбы, Бернулли переселились в Франкфурт на Майне, а в ХVІІ в. переехали в
Базель, а в начале XVII
века его внук (также именовавшийся Якоб) обосновался в Базеле (Швейцария). Три поколения Бернулли дали 8 крупных математиков и физиков, из которых наиболее известны:
Среди академиков Петербургской Академии наук —
пятеро представителей семьи Бернулли.
Математические объекты,
названные в честь членов семьи
·
Числа Бернулли — в честь Якоба Генеалогия
семейства Бернулли
Фамильное древо семьи Бернулли настолько широко, ветвисто и богато, что
его лучше и удобнее рассматривать по частям.
Мы рассмотрим лва варианта этого древа:
основное и общее. Ниже представлено древо, в котором указаны основные результаты и их авторы:
1. В восемнадцатом веке деятельность математиков сосредоточивалась в области анализа и его приложений к механике. Са.мые крупные фигуры _можно.__изобразить
как_бы в виде генеалогического древа," указывающего на их интеллектуальноре родство: 1) Лейбниц (104(5—1716);
2) Братья Бернуллн: Якоб
(1654 -1705) и Иоганн (1667
– 1748 );
3) Эйлер (1707-1783);
4) Лагранж
(1736—1813);
5) Лаплас (1749-1827);
6) Сыновья Иоганна Бернулли: Николай и Даниил
С трудами этих ученых тесно
связана деятельность группы французских математиков, прежде всего Клеро, Даламбера п Мопертюи,
которые в свою очередь были связаны
с философами эпохи Просвещения. К ним надо добавить
швейцарских математиков Ламберта
и Даниила Бернулли.
Научная деятельность этих учёных была
сосредоточена в основном
в трёх академиях : Парижской , Берлинской и
Петербургской. Это был период, когда некоторые из ведущих европейских
стран управлялись темп, кого, смягчая выражения,
называют просвещенными деспотами: это Фридрих II, Екатерина II, пожалуй, и Людовики XV п XVI. Притязания этих деспотов па
славу частично основаны на том, что
они любили окружать себя учеными людьми. Такая любовь была чем-то вроде интеллектуального снобпзма, но он умерялся в
известной мере пониманием значения /естествознания и
прикладной математики в деле улучшения мануфактур н
повышения боеспособности вооруженных
сил.
Например, говорят, что отличные качества французского флота
связаны с тем, что при
конструировании фрегатов и линейных кораблей
кораблестроители частично
основывались на математической теории.
В частности работы Эйлера изобилуют прикладными примерами,
имеющими важное значение
для армии и
флота.
Астрономия продолжала играть
роль в
качестве приёмной матери
прикладных математических исследований,
пользуясь покровительством
королей и императоров.
2. В Швейцарии город Базель,
т.е.
свободный имперский город с 1263 г.,
уже долгое время был средоточием науки. Еще во
времена Эразма Роттердамского Базельский университет был важным интеллектуальным центром. Науки и искусства процветали в Базеле,
как и в голландских городах,
под управленцем купеческого патрициата. К этому базельскому патрициату
принадлежала и купеческая семья
Бернулли. которая в предыдущем столетии переехала туда из Антверпена, когда тот город, был захвачен
испанцами. С конца семнадцатого столетия
и до настоящего времени зта семья
поставляет в каждом поколении учёных.
В истории науки трудно найти ещё
подобную семью, поставившую
более внушительный рекорд.
Родоначальпикамп этоп
династии были два
математпка: Якоб и
Иоганн Бсрнулли.
1.
Якоб (старший
брат) - изучал теологию,
2.
Иоганн
(младший брат) изучал медицину,
но когда
в лейпцигских Асtа Еruditorum появились статьи
Лейбница, оба они решили стать математиками.
Они стали первыми выдающимися учениками
Лейбница. В 1687 г. Якоб занял кафедру математики в Базельском
университете, где он преподавал до своей
смерти в 1705 г.
А
Иоганн в 1697 г.
стал профессором в Гронингене
(Голландия), а после смертп брата„ перешел па его кафедру в Базеле, где
преподавал сорок три года.
Якоб начал переписываться с Лейбницем
в 1687 г. Затем, постоянно обмениваясь мыслями с Лейбницем и между собой,
не раз вступая в ожесточеппое соперничество друг с другом, оба брата начали открывать те сокровища, которые содержались в путепролагающем
достижении Лейбница.
Список их результатов
длинен и содержит не только многое пз того, что сейчас
входит в наши элементарные учебники
дифференциального и интегрального исчисления, но и интегрирование ряда
обыкновенных дифференциальных
уравнений. Якобу принадлежит применение полярных координат, исследование цспной
линии (уже рассмотренной Гюйгенсом и другими), лемнискаты (1694 г.) и логарифмической спирали. В 1690 г. он нашел так называемую пзохрону,
которую Лейбниц в 1687 г.
определил как кривую, вдоль которой тело падает с постоянной скоростью,— оказалось,
что это полукубическая парабола. Якоб также исследовал пзопериметрические
фигуры (1701 г.),
что привело его к задаче из вариационного исчисления. Логарифмическая спираль, которая обладает свойством воспроизводиться при различных преобразованиях
(её эволюта — тоже логарифмическая спираль, и они обе по отношению к полюсу являются
подошвенной кривой и каустикой),
настолько обрадовала Якоба, что он
пожелал, чтобы эту кривую вырезали на его могильном камне с надписью: еаdem mutаlа геsuгgо - т.е. по-русски -
«Изменившись, возникаю такой же»).
Якоб Бернулли был также одним нз первых исследователей в
теории вероятностей, и по этому предмету он написал «Искусство предположения»
(Агз сощес1а.пол) — книгу, опубликованную посмертно, в 1713 г. В ее первой части
перепечатан трактат Гюйгенса об азартных играх,'
в остальных частях рассматриваются перестановки п сочетания, а главным
результатом_является «теорема Бериулли» о биномиальных распределениях.
.При рассмотрении треугольника Паскаля в этой книге появляются числа Бернулли, т.е. случайный ряд чисел,
распределённых по закону Я.Бернулли.
Учениками
Якоба I были: его младший брат Иоганн I, племянник Николай I, член Петербургской
академии наук, механик и математик Я. Герман, отец великого Л. Эйлера — Пауль
Эйлер.
2. Работы его младшего брата Иоганиа Бернуллп тсспо связаны с работами_его старшего брата, и не
всегда можно различать результаты каждого из них. Иогаина
часто рассматривают как изобретателя вариационного исчисления, вследствие его вклада в задачу о
брахистохроне. Это — такая кривая
быстрейшего спуска для материальной точки, которая движется в поле тяготения от заданной
начальной к заданной конечной точке, кривая, которую исследовали Лейбниц п оба
Бернулли в 1697 и последующие годы. В
это время они, открыли уравнение геодезических линий на поверхности, т.е. уравнения
изопериметрических поверхностей).
Решением задачи о брахистохроне является циклоида. Эта кривая решает
также задачу о таутохроне, т.е. —
кривой, вдоль которой материальная точка в гравитационном поле достигает найннзшей
точки за время, которое не зависит от исходной точки движения. Гюйгенс открыл
это свойство циклоиды и использовал его для построения таутохронных часов с
маятником (1673 г.), период колебания которого не зависит от
амплитуды.
В числе других Бернулли, повлиявших на развитие математики есть_два
сына Иоганна: Николай ц, особенно
Даниил. Николай, как и
Даниил, был приглашен в Петербург, незадолго до того основанный Петром Великим; и пробыл недолго.
Задача но теории вероятностей, которую
он предложил, находясь в этом городе, как Петербургская задача ( или Петербургский парадокс). Этот сын Иоганна умер молодым.
Другой сын, Даниил, дожил до
глубокой старости. До 1777 г. был
профессором Базельского университета. Его
плодовитая деятельность посвящена главным образом астрономии, физике н гидродинамике. Его
«Гндродииамика» появилась в 1738 г., и одна из теорем этой .книги,
о гидравлическом давлении, носит его имя. В том
же году он заложил основы кинетической теории
газов. Вместе с Даламбером и Эйлером он изучал теорию колебаний струн.
Его отец (Иоганн Бернулли) н дядя (Якоб
Бернулли) развивали теорию обыкновенных дифференциальных уравнений, Даниил же был пионером в области уравнений в частных производных.
4. Из Базеля вышел также самый плодовитый
математик восемнадцатого столетия, если только не всех времен,—Леонард Эйлер,
лучший ученик Иоганна Бернулли. Его отец
изучал математику под руководством Якоба Бернуллн, а Леонард — под руководством
Иоганна, Когда в 1725 г.
сын Иоганна Николай' уехал в Петербург, молодой Эйлер последовал за ним и
оставался в Петербургской академии до 1741 г. С 1741
Не все так гладко в Бернулиадском королевстве
Леонард Эйлер
|