线性代数的历史

线性代数的历史
译自Israel  KleinerA History of Abstract Algebra
盐城市第一小学教育集团线性代数是一个非常有用的学科,它的基本概念产生并被应用在数学和它的应用的各个不同领域,因此这门学科植根于诸如数论(初等数论和代数数论)、几何学、抽象代数(,环,域和伽罗瓦(Galois)理论)、分析学(微分方程,积分方程和泛函分析)和物理学这些如此丰富多彩的领域就毫不奇怪了。线性代数的基本概念是线性方程组矩阵行列式、线性变换、线性无关、维数、双线性型、二次型和向量空间。由于这些概念之间是密切关联的,所以有些概念通常会出现在同一段内容中(例如线性方程组和矩阵),从而使得我们往往不能将它们分离开来。
1880年为止,已经得到许多线性代数的基本结果,但它们还不属于某个一般性的理论。特别要指出的是,那时还尚未提出向量空间这个构建这种理论的基本观念。这个观念仅在1888年由皮亚诺(Peano)提出过。即使如此,它那时也被大大地忽视了(如同格拉斯曼(Grassmann)更早前的开创性工作),直到20世纪早期作为一个完整理论的基本要素这个观念才再次起飞。因此线性代数这个学科的历史发展顺序与它的逻辑顺序正好相反。
我们将按照下面的顺序来描述线性代数的基本演变史:线性方程组;行列式;矩阵和线性变换;线性无关,基和维数;向量空间。在这个过程中,我们将评述上面提到的某些其他概念。
5.1线性方程组
大约4000年前,巴比伦人就知道如何解两个二元一次线性方程组成的线性方程组(2*2的线性方程组)。在著名的《九章算术》(大约公元前200年,水务工程论文Nine Chapters of the Mathematical Art)中,中国人解出了3*3的线性方程组,解法中只使用了线性方程组的(数值)系数。这些做法是矩阵方法的原型,但和高斯(Gauss)以及其他人2000高效课堂小组建设年后提出的消元法并不相同。见[20]
对线性方程组的现代研究可以说肇始自莱布尼兹(Leibniz),为了研究线性方程组他于1693年提出了行列式的观念。但是当时他的研究不为人知。克莱姆(Cramer)在他1750年出版的《代数曲线分析入门》(Introduction to the Analysis of Algebraic Curves)中,发表了一个后来以他的名字命名的解n*n线性方程组的法则,但是他没有给出证明。在试图解决一个几何问题,即确定一条通过(1/2北京的彩)n2 +3/2n个定点的 次代数曲线时,他发现
需要研究线性方程组。见数字化展示[1][20]
欧拉(Euler)也许最早注意到含有nn元一次线性方程的线性方程组不一定有唯一解,他还指出要获得唯一解必须添加条件。尽管他并没有给出具体条件,但他的脑中有一个方程独立于其余的方程的思想。到了十八世纪,线性方程组的研究通常被归类在行列式之下,所以并没有研究方程的数目与未知数的数目不相等的线性方程组。见[8],[9]
与他提出的最小二乘法(发表于1811年的一篇涉及小行星的轨道测定的论文中)相联系的是,为了求解线性方程组,高斯提出了一种现在叫做高斯消元法的系统性的程序,尽管他没有使用矩阵符号。他处理了线性方程组的方程数目与未知数数目不相等的 情形[20]。线性方程组的理论问题,包括线性方程组的相容性问题,在十九世纪后半叶被探讨,而且它们至少是被将二次型和双线性型化简成简单(规范)型这样的问题部分推动的。见[16][18]
5.2 行列式
虽然我们现在谈论一个矩阵的行列式,但是这两个概念却有着不同的起源。特别要指出的
是,行列式出现在矩阵之前,并且在它们的历史早期都与线性方程组有着密切的联系。随后出现的问题导致了行列式的新用途,它们包括消去理论(寻两个多项式有公共根的条件)、旨在化简代数式(例如二次型)的坐标变换、重积分中的变量替换、微分方程组的求解以及天体力学。见[24]
正如我们在关于线性方程组的前一节已指出的那样,莱布尼兹发明了行列式,他在本质上知晓它们的现代组合定义”[21],并且将它们应用于解线性方程组和消元理论中。他撰写了很多有关行列式的论文,但是这些论文直到最近才得以公开。见[21],[22].
第一份包含行列式基本知识的出版物是麦克劳林(Maclaurin)的《论代数》(Treatise of Algebra),其中行列式被用来求解2*23*3的方程组。紧随其后的就是克莱姆对行列式意义重大的应用(参看前一节)。见[1][20][21]
1772年的《消去理论论文集》(Memoir on elimination theory)中,范德蒙德(Vandermonde)首次脱离行列式与线性方程组的可解性之间的联系,阐述了行列式理论。(高斯在1801年首次使用行列式瑞安市博业激光应用技术有限公司这个词表示一个二次型的判别式,即二次型ax2 +bxy+cy2的判别式为b2 - 4ac)拉普拉斯(Laplace)在《关于积分学和世界系统的研究(1
772)》(Researches on the Integral Calculus and the System of the World (1772))中扩充了范德蒙德的部分工作,说明了如何利用余子式展开n*n的行列式。见[24]
柯西(Cauchy)在1815年的一篇题为“On functions which can assume but two equal values of opposite sign by means of transformations carried out on their variables”的论文中,第一次系统地研究了行列式。正如我们今日所知,他被认为是行列式理论的创始人。线性代数的入门级教科书中的许多有关行列式的结论都应归功于他。例如:他证明了重要的乘法法则det(AB)=det(A)det(B)。他的工作为数学家们处理n维代数、几何和分析问题提供了一个强大的代数工具。例如,1843年凯莱(Cayley)以行列式为基本工具发展了n维解析几何,而在1870年代,戴德金(Dedekind)利用行列式知识证明了代数整数的和与积仍然是代数整数这个重要结论。见[18],[21],[22],[24]

本文发布于:2024-09-21 20:28:09,感谢您对本站的认可!

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