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第4章 韦达

韦达年轻的时候是一个“不太务正业”的人,在从事政治工作的闲暇还钻研数学,在那个年代,丢番图、塔尔塔利亚、斯提文等人的着作都成了韦达最喜欢的着作,他从这些着作里,特别是从数学家丢番图的着作里,受到启发,他开始有了使用字母的萌芽。在韦达以前,也有像欧几里得、亚里士多德在内的数学家曾经使用过字母,而且用字母代替数字。但是韦达发现,这些数学家使用字母代替数字没有系统性,而且也不是经常使用,偶尔用一次。韦达发现使用字母代替数字的方便后,决定尝试用字母表示未知量以及未知量的幂,就算再简单的一般系数也可以用字母表示。他的使用规则一般是:已知量用辅音字母表示,未知量用元音字母表示。虽然他的想法以及使用上还有一些局限性,但他大胆的尝试以及他那与众不同的想法都是划时代的。

韦达特别青睐代数,认为代数是发现真理的有效工具,他发现不管是代数式还是方程,以及在几何和物理等其他学科当中,使用字母都可能会给学数学的人带来极大的方便。想不如做,于是开始了他研究高次方程和代数方程之路。

韦达的数学才能是怎么表现出来的呢?我们说是金子总会发光的。在韦达生活的同一个年代,比利时有一个深受国王推崇的数学家——罗梅纽斯,比利时的国民也以这个数学家为骄傲。有一天,比利时的大师在和法国国王亨利四世聊天的时候说:“我们国家有一个特别了不起的数学家,他会解45次方程,而在贵国,我还没听说有人会解这样的方程。”法国国王一听,生气了,立即向比利时大使说:“不要小看我的国民,你们能解决的问题,也不会难倒我的国民”。话虽这样说出去了,但是国王心里也没有底,他也不知道谁能解答这个问题。国王犯难了,于是决定在全国上下召集数学家来解决这个问题,不能让别国小瞧。人是找了不少,可没有一个能解答出的。国王没办法了,从此消沉不语,好像被敌人打败了一样。

一天,韦达被法国国王亨利四世召见了,要求韦达解出这个45次方程,为法国争光。韦达接受任务以后,立即开始研究。凭借韦达深厚的数学功底,找到了这个45次方程的规律,于是很快就找到了方程的一个解。第二天,韦达就将这个方程的所有解都找到了。韦达向国王交上了自己的答卷,国王一看45次方程的答案,欣喜若狂,集聚在心头的那片乌云立刻烟消云散了。高兴地对韦达说:“你是我国甚至全世界最伟大的数学家,我一定要嘉奖你!”随后,韦达因此接到了国王赏给他的500法郎。

那么比利时数学家给法国人出的题目到底是什么呢?为什么只有韦达一个人得出了解?韦达又用了什么“魔法”呢?

这个45次方程实际上是比利时数学家罗梅纽斯在他的《数学思想》里的一道题,题目用现在的记法可以写成:求解45次方程:45x-3795x3+95634x5-1138500x7+……-740259x35+111150x37-12300x39+945x41-45x43+x45=y。

韦达在解这个方程的时候,首次将代数知识应用到了三角学中,还应用到了正弦、余弦等一般公式,也是在解这个45次方程的时候,韦达还使用了将倍角转换成单角的公式。通过对45次方程的解答,也验证了韦达那句惯用语:“没有不能解决的问题。”

过了没多久,韦达也向罗梅纽斯发起了挑战:作一圆与三个给定圆(允许独立地退化成直线或点)相切的问题。罗梅纽斯利用欧几里得的几何知识也没有得出答案,然而,韦达呢?他却给出了答案。通过两个回合的交锋,罗梅纽斯特别佩服韦达的能力,于是罗梅纽斯不远千里来到法国拜访韦达,从这以后,二人成了最好的朋友,在事业上互帮互助。

1591年,韦达出版了他的重要数学着作《分析方法入门》,这本书成了第一本符号代数专着。书中明确了算术与代数的区别,并且认为代数更具有普遍性,因为代数是一门应用更广泛的数学分支。1593年,韦达又出版了另一部代数学专着——《分析五篇》(5卷,约1591年完成)。韦达还探讨了代数方程数值解的问题,1591年已有纲要,1600年以《幂的数值解法》为题出版。

在战争中,西班牙是善于利用密码的,在法国同西班牙作战中,西班牙也不例外,他们在法国境内利用密码秘密地自由通讯,结果是法国接连败退。这时候的法国国王亨利四世又想到了韦达,韦达不负重任,利用自己丰富的数学知识破译了西班牙的密码,从而为法国打败比利时赢得了时间。1603年12月13日韦达在巴黎逝世,享年63岁。

在韦达去世12年后,也就是1615年,韦达的好朋友将韦达生前的着作《论方程的识别与订正》出版,这部着作是方程论的一个里程碑。在这部着作里,韦达介绍了一元三次方程、一元四次方程的解法,为后来解高次代数方程开辟了新的征程。在这部着作里,还有我们初中数学中学到的韦达定理的知识。

在代数方面,韦达做出了巨大的贡献,在几何方面,他的作用也不能忽视。韦达第一个提出了无穷等比级数的求和公式,还发现了正切定律、钝角球面三角形的余弦定理等。

韦达的着作在韦达生活的那个年代流传的不太多,他死后,有人把他的知识整理加工,才使他的能量得以释放,对数学的发展起到了不可估量的作用。

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