История математического анализа

XVIII век часто называют веком научной революции, определившей развитие общества вплоть до наших дней. Базировалась эта революция на замечательных математических открытиях, совершённых в XVII веке и основанных в последующее столетие. «Нет ни одного объекта в материальном мире и ни одной мысли в области духа, на которых не отразилось бы влияние научной революции XVIII века. Ни один из элементов современной цивилизации не мог бы существовать без принципов механики, без аналитической геометрии и дифференциального исчисления. Нет ни одной отрасли в деятельности человека, которая не испытала бы на себе сильного влияния гения Галилея, Декарта, Ньютона и Лейбница». Эти слова французского математика Э. Бореля (1871 – 1956), произнесенные им в 1914 году, остаются актуальными и в наше время. В развитие математического анализа внесли свой вклад многие великие ученые: И.Кеплер (1571 -1630), Р.Декарт (1596 -1650), П.Ферма (1601 -1665), Б.Паскаль (1623 -1662), Х.Гюйгенс (1629 -1695), И.Барроу (1630 -1677), братья Я.Бернулли (1654 -1705) и И.Бернулли (1667 -1748) и другие.

Новшество этих знаменитостей в понимании и описании окружающего нас мира:

движение, изменение и вариативность (вошла жизнь с её динамикой и развитием);

статистические слепки и одномоментные фотографии её состояний.

Математические открытия XVII –XVII веков были определены с помощью таких понятий, как переменная, и функция, координаты, график, вектор, производная, интеграл, ряд и дифференциальное уравнение.

Паскаль, Декарт и Лейбниц были не столько математики, сколько философами. Именно общечеловеческий и философский смысл их математических открытий составляет сейчас главную ценность и является необходимым элементом общей культуры.

Как серьёзную философию, так и серьезную математику нельзя понять, не овладев соответствующим языком. Ньютон в письме к Лейбницу о решении дифференциальных уравнений излагает свой метод следующим образом: 5accdae10effh 12i…rrrssssttuu.

Введение

Л. Эйлер - самый продуктивный математик в истории, автор более чем 800 работ по математическому анализу, дифференциальной геометрии, теории чисел, приближённым вычислениям, небесной механике, математической физике, оптике, баллистике, кораблестроению, теории музыки и др. Многие его работы оказали значительное влияние на развитие науки.

Почти полжизни Эйлер провёл в России, где энергично помогал создавать российскую науку. В 1726 году он был приглашён работать в Санкт-Петербург. В 1731--1741 и начиная с 1766 года был академиком Петербургской Академии Наук (в 1741-1766 годах работал в Берлине, оставаясь почётным членом Петербургской Академии). Хорошо знал русский язык, часть своих сочинений (особенно учебники) публиковал на русском. Первые русские академики по математике (С. К. Котельников), и по астрономии (С. Я. Румовский) были учениками Эйлера. Некоторые из его потомков до сих пор живут в России.

Л.Эйлер внес очень большой вклад в развитие математического анализа.

Цель реферата - изучить историю развития математического анализа в XVIII веке.

Понятие математического анализа. Исторический очерк

Математический анализ - совокупность разделов математики, посвящённых исследованию функций и их обобщений методами дифференциального и интегрального исчислений. При столь общей трактовке к анализу следует отнести и функциональный анализ вместе с теорией интеграла Лебега, комплексный анализ (ТФКП), изучающий функции, заданные на комплексной плоскости, нестандартный анализ, изучающий бесконечно малые и бесконечно большие числа, а также вариационное исчисление.

В учебном процессе к анализу относят

· дифференциальное и интегральное исчисление

· теорию рядов (функциональных, степенных и Фурье) и многомерных интегралов

· векторный анализ.

При этом элементы функционального анализа и теории интеграла Лебега даются факультативно, а ТФКП, вариационное исчисление, теория дифференциальных уравнений читаются отдельными курсами. Строгость изложения следует образцам конца XIX века и в частности использует наивную теорию множеств.

Предшественниками математического анализа были античный метод исчерпывания и метод неделимых. Все три направления, включая анализ, роднит общая исходная идея: разложение на бесконечно малые элементы, природа которых, впрочем, представлялась авторам идеи довольно туманно. Алгебраический подход (исчисление бесконечно малых) начинает появляться у Валлиса, Джеймса Грегори и Барроу. В полной мере новое исчисление как систему создал Ньютон, который, однако, долгое время не публиковал свои открытия. Ньютон И. Математические работы. M, 1937.

Официальной датой рождения дифференциального исчисления можно считать май 1684, когда Лейбниц опубликовал первую статью «Новый метод максимумов и минимумов…» Leibniz //Acta Eroditorum, 1684. L.M.S., т. V, c. 220--226. Рус. пер.: Успехи Мат. Наук, т. 3, в. 1 (23), с. 166--173.. Эта статья в сжатой и малодоступной форме излагала принципы нового метода, названного дифференциальным исчислением.

В конце XVII века вокруг Лейбница возникает кружок, виднейшими представителями которого были братья Бернулли, Якоб и Иоганн, и Лопиталь. В 1696, используя лекции И. Бернулли, Лопиталь написал первый учебник Лопиталь. Анализ бесконечно малых. М.-Л.:ГТТИ, 1935., излагавший новый метод в применении к теории плоских кривых. Он назвал его «Анализ бесконечно малых», дав тем самым и одно из названий новому разделу математики. В основу изложения положено понятие переменных величин, между которыми имеется некоторая связь, из-за которой изменение одной влечёт изменение другой. У Лопиталя эта связь даётся при помощи плоских кривых: если M - подвижная точка плоской кривой, то её декартовы координаты x и y, именуемые диаметром и ординатой кривой, суть переменные, причём изменение x влечёт изменение y. Понятие функции отсутствует: желая сказать, что зависимость переменных задана, Лопиталь говорит, что «известна природа кривой». Понятие дифференциала вводится так:

«Бесконечно малая часть, на которую непрерывно увеличивается или уменьшается переменная величина, называется ее дифференциалом… Для обозначения дифференциала переменной величины, которая сама выражается одной буквой, мы будем пользоваться знаком или символом d. Там же. Гл.1, опр.2http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7 - cite_note-4#cite_note-4 … Бесконечно малая часть, на которую непрерывно увеличивается или уменьшается дифференциал переменной величины, называется … вторым дифференциалом». Там же. Гл.4, опр.1.

Эти определения поясняются геометрически, при этом на рисунке бесконечно малые приращения изображены конечными. Рассмотрение опирается на два требования (аксиомы). Первое:

Требуется, чтобы две величины, отличающиеся друг от друга лишь на бесконечно малую величину, можно было брать безразлично одну вместо другой. Лопиталь. Анализ бесконечно малых. М.-Л.:ГТТИ, 1935. гл.1, требование 1.

dxy = (x + dx)(y + dy) ? xy = xdy + ydx + dxdy = (x + dx)dy + ydx = xdy + ydx

и проч. правила дифференцирования. Второе требование гласит:

Требуется, чтобы можно было рассматривать кривую линию как совокупность бесконечного множества бесконечно малых прямых линий.

Продолжение каждой такой линии называется касательной к кривой. Там же. Гл.2. опр. Исследуя касательную, проходящую через точку M = (x,y), Лопиталь придаёт большое значение величине

достигающее экстремальных значений в точках перегиба кривой, отношению же dy к dx не придаётся никакого особого значения.

Примечательно нахождение точек экстремума. Если при непрерывном увеличении диаметра x ордината y сначала возрастает, а затем убывает, то дифференциал dy сначала положителен по сравнению с dx, а потом отрицателен.

Но всякая непрерывно возрастающая или убывающая величина не может превратиться из положительной в отрицательную, не проходя через бесконечность или нуль… Отсюда следует, что дифференциал наибольшей и наименьшей величины должен равняться нулю или бесконечности.

Вероятно, эта формулировка не безупречна, если вспомнить о первом требовании: пусть, скажем, y = x2, тогда в силу первого требования

2xdx + dx2 = 2xdx;

в нуле правая часть равна нулю, а левая нет. Видимо следовало сказать, что dy можно преобразовать в соответствии с первым требованием так, чтобы в точке максимума dy = 0. В примерах все само собой понятно, и лишь в теории точек перегиба Лопиталь пишет, что dy равен нулю в точке максимума, будучи разделён на dx Лопиталь. Анализ бесконечно малых. М.-Л.:ГТТИ, 1935 § 46.

Далее, при помощи одних дифференциалов формулируются условия экстремума и рассмотрено большое число сложных задач, относящихся в основном к дифференциальной геометрии на плоскости. В конце книги, в гл. 10, изложено то, что теперь называют правилом Лопиталя, хотя и в не совсем обычной форме. Пусть величина ординаты y кривой выражена дробью, числитель и знаменатель которой обращаются в нуль при x = a. Тогда точка кривой с x = a имеет ординату y, равную отношению дифференциала числителя к дифференциалу знаменателя, взятому при x = a.

По замыслу Лопиталя написанное им составляло первую часть «Анализа», вторая же должна была содержать интегральное исчисление, то есть способ отыскания связи переменных по известной связи их дифференциалов. Первое его изложение дано Иоганном Бернулли в его «Математических лекциях о методе интеграла» Bernulli, Johann. Die erste Integrelrechnunug. Leipzig-Berlin, 1914. Здесь дан способ взятия большинства элементарных интегралов и указаны методы решения многих дифференциальных уравнений первого порядка.

Общая цель курса – раскрыть перед студентами, завершающими общее математическое образование, некоторые исторические аспекты математики, показать в какой-то мере характер математического творчества. В сжатой форме рассматривается общая панорама развития математических идей и теорий, начиная с Вавилонского и Египетского периода до начала 20 века. В курс включен раздел "Математика и компьютерные науки", где обзорно излагаются вехи истории вычислительной техники, фрагменты истории развития ЭВМ в России, фрагменты истории компьютерных наук. В качестве методических материалов предлагается довольно большой список литературы и некоторый справочный материал для самостоятельной работы и для подготовки рефератов.

• Период накопления математических знаний.
  Формирование первичных понятий: числа и геометрические фигуры. Математика в странах древних цивилизаций – в Древнем Египте, Вавилоне, Китае, Индии. Основные типы систем счисления. Первые достижения арифметики, геометрии, алгебры.
• Математика постоянных величин.
  Формирование математической науки (VI в. до н.э. – VI в.н.э.). Создание математики как абстрактной дедуктивной науки в Древней Греции. Условия развития математики в Древней Греции. Школа Пифагора. Открытие несоизмеримости и создание геометрической алгебры. Знаменитые задачи античности. Метод исчерпывания, инфинитезимальные методы Евдокса и Архимеда. Аксиоматическое построение математики в "Началах" Евклида. "Конические сечения" Аполлония. Наука первых веков нашей эры: "Механика" Герона, "Алмагест" Птолемея, его "География", возникновение новой буквенной алгебры в сочинениях Диофанта и начало изучения неопределенных уравнений. Закат античной науки.
  Математика народов Средней Азии и арабского Востока в VII-XVI вв. Выделение алгебры в самостоятельную область математики. Формирование тригонометрии в приложениях математики к астрономии. Состояние математических знаний в странах Западной Европы и в России в средние века. "Книга Абака" Леонардо Пизанского. Открытие первых университетов. Успехи математики эпохи Возрождения.
• Панорама развития математики в XVII-XIX вв.
  Научная революция XVII в. и создание математики переменных величин. Первые академии наук. Математический анализ и его связь с механикой в XVII-XVIII вв. Труды Эйлера, Лагранжа, Лапласа. Расцвет математики во Франции в эпоху Революции и открытие Политехнической школы.
• Алгебра XVI-XIX вв.
  Успехи алгебры в XVI в.: решение алгебраических уравнений третьей и четвертой степени и введение комплексных чисел. Создание буквенного исчисления Ф.Виетом и начало общей теории уравнений (Виет, Декарт). Основная теорема алгебры и ее доказательства у Эйлера. Проблема решений уравнений в радикалах. Теорема Абеля о неразрешимости уравнений степени n > 4 в радикалах. Результаты Абеля. Теория Галуа; введение группы и поля. Победное шествие теории групп: ее роль в алгебре, в геометрии, в анализе и в математическом естествознании. Понятие n-мерного векторного пространства. Аксиоматический подход Дедекинда и создание абстрактной алгебры.
• Развитие математического анализа.
  Формирование математики переменных величин в XVII в., связь с астрономией: законы Кеплера и труды Галилея, развивающие идеи Коперника. Изобретение логарифмов. Дифференциальные формы и интеграционные методы в работах Кеплера, Кавальери, Ферма, Декарта, Паскаля, Валлиса, Н.Меркатора. Создание математического анализа Ньютоном и Лейбницем. Математический анализ в XVIII в. и его связь с естествознанием. Творчество Эйлера. Учение о функциях. Создание и развитие вариационного исчисления, теории дифференциальных уравнений и теории интегральных уравнений. Степенные ряды и тригонометрические ряды. Общая теория функций комплексного переменного у Римана и Вейерштрасса. Формирование функционального анализа. Проблемы обоснования математического анализа. Построение его на основе учения о пределах. Работы Коши, Больцано и Вейерштрасса. Теории действительного числа (от Евдокса до Дедекинда). Создание теории бесконечных множеств Кантором и Дедекиндом. Первые парадоксы и проблемы оснований математики.
• Математика в России (обзор).
  Математические знания до XVII в. Реформы Петра I. Основание Петербургской Академии наук и Московского университета. Петербургская математическая школа (М.В.Остроградский, П.Л.Чебышев, А.А.Марков, А.М.Ляпунов). Основные направления творчества Чебышева. Жизнь и творчество С.В.Ковалевской. Организация математического общества. Математический сборник. Первые научные школы в СССР. Московская школа теории функций (Н.Н.Лузин, Д.Ф.Егоров и их ученики). Математика в Московском университете. Математика в Уральском университете, Уральские математические школы (П.Г.Конторович. Г.И.Малкин, Е.А.Барбашин, В.К.Иванов, С.Б.Стечкин, А.Ф.Сидоров).
• Математика и компьютерные науки (обзор)
  Вехи вычислительной техники от эскизной машины Леонардо да Винчи до первых ЭВМ.
  Фрагменты истории ЭВМ. Проблема автоматизации сложных вычислений (проектирование самолётов, атомная физика и др.). Соединение электроники и логики: двоичная система Лейбница, алгебра логики Дж.Буля. "Computer Science" и "информатика". Теоретическая и прикладная информатика. Новые информационные технологии: научное направление – искусственный интеллект и его приложения (использование логических методов доказательства правильности программ, обеспечение интерфейса на профессиональном естественном языке с пакетами прикладных программ и др.).
  Фрагменты история развития ЭВМ в России. Разработки С.А.Лебедева и его учеников, их применение (подсчёт орбит малых планет, составление карт по геодезическим съёмкам, создание словарей и программ для перевода и др.). Создание отечественных машин (А.А.Ляпунов, А.П.Ершов, Б.И.Рамеев, М.Р.Шура-Бура, Г.П.Лопато, М.А.Карцев и многие другие), появление персональных компьютеров. Многоплановое использование машин: управление космическими полётами, наблюдение за космическим пространством, в научных работах, для управления технологическими процессами, обработка экспериментальных данных, электронные словари-переводчики, экономические задачи, учительские и ученические машины, бытовые компьютеры и т.п.).

ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ

1. Биографическая серия.
2. История становления и развития конкретного раздела математики в конкретный период. История становления и развития математики в конкретный исторический период в конкретном государстве.
3. История возникновения научных центров и их роль в развитии конкретных разделов математики.
4. История становления и развития компьютерных наук по конкретным временным периодам.
5. Основоположники некоторых направлений компьютерных наук.
6. Конкретные выдающиеся ученые и мировая культура в различные периоды.
7. Из истории российской математики (конкретная историческая эпоха и конкретные личности).

1. Античная механика ("Боевая техника древности").
2. Математика времен Арабского халифата.
3. Основания геометрии: От Евклида до Гильберта.
4. Замечательный математик Нильс Хэнрик Абель.
5. Энциклопедист 15 века Джероламо Кардано.
6. Великая семья Бернулли.
7. Видные деятели развития теории вероятностей (от Лапласа до Колмогорова).
8. Период предтечи создания дифференциального и интегрального исчисления.
9. Ньютон и Лейбниц – создатели дифференциального и интегрального исчисления.
10. Алексей Андреевич Ляпунов – создатель первой вычислительной машины в России.
11. "Страсть к науке" (С.В.Ковалевская).
12. Блез Паскаль.
13. От абака до компьютера.
14. "Уметь дать направление – признак гениальности". Сергей Алексеевич Лебедев. Разработчик и конструктор первого компьютера в Советском Союзе.
15. Гордость российской науки – Пафнутий Львович Чебышев.
16. Франсуа Виет – отец современной алгебры и гениальный шифровальщик.
17. Андрей Николаевич Колмогоров и Павел Сергеевич Александров – уникальное явления русской культуры, ее национальное достояние.
18. Кибернетика: нейроны – автоматы – персептроны.
19. Леонард Эйлер и Россия.
20. Математика в России от Петра I до Лобачевского.
21. Пьер Ферма и Рене Декарт.
22. Как был изобретен персональный компьютер.
23. Из истории криптографии.
24. Обобщение понятия геометрического пространства. История создания и развития топологии.
25. Золотое сечение в музыке, астрономии, комбинаторике и живописи.
26. Золотое сечение в солнечной системе.
27. Языки программирования, их классификация и развитие.
28. Теория вероятностей. Аспект истории.
29. История развития неевклидовой геометрии (Лобачевский, Гаусс, Бойяи, Риман).
30. Король теории чисел – Карл Фридрих Гаусс.
31. Три знаменитые задачи древности как стимул появления и развития различных разделов математики.
32. Ариабхата, "Коперник востока".
33. Давид Гильберт. 23 проблемы Гильберта.
34. Развитие понятия числа от Евдокса до Дедекинда.
35. Интегральные методы у Евдокса и Архимеда.
36. Вопросы методологии математики. Гипотезы, законы и факты.
37. Вопросы методологии математики. Методы математики.
38. Вопросы методологии математики. Структура, движущие силы, принципы и закономерности.
39. Пифагор – философ и математик.
40. Галилео Галилей. Формирование классической механики.
41. Жизненный путь и научная деятельность М.В.Остроградского.
42. Вклад российских ученых в теорию вероятностей.
43. Развитие математики в России в 18 и 19 столетиях.
44. История открытия логарифмов и их связь с площадями.
45. Из истории развития компьютерной техники.
46. Вычислительные машины до электронной эры. Первые ЭВМ.
47. Вехи истории российской вычислительной техники и компьютерной математики.
48. История развития операционных систем. Хронология появления WINDOWS 98.
49. Б.Паскаль, Г.Лейбниц, П.Чебышев.
50. Норберт Винер, Клод Шеннон и теория информатики.
51. Из истории математики России.
52. Жизнь и творчество Гаусса.
53. Становление и развитие топологии.
54. Эварист Галуа – математик и революционер.
55. Золотое сечение от Леонардо Фибоначчи и Леонардо да Винчи до ХХI века.
56. Математика в России XVIII-XIX столетий.
57. Computer Science, вопросы истории.
58. Из истории российской математики: Н.И.Лобачевский, М.В.Остроградский, C.В.Ковалевская.
59. Античная математика VI-IV вв. до н.э.
60. Языки программирования: вопросы истории.
61. Пьер Ферма и Рене Декарт.
62. Леонард Эйлер.
63. История создания интегрального и дифференциального исчисления у И.Ньютона и Г.Лейбница.
64. Математика XVII века как предтеча создания математического анализа.
65. Математический анализ после Ньютона и Лейбница: критика и обоснование.
66. Математика XVII, XVIII веков: становление аналитической, проективной и дифференциальной геометрий.

В истории математики условно можно выделить два основных периода: элементарной и современной математики. Рубежом, от которого принято вести отсчет эпохи новой (иногда говорят - высшей) математики, стал XVII век – век появления математического анализа. К концу XVII в. И. Ньютоном, Г. Лейбницем и их предшественниками был создан аппарат нового дифференциального исчисления и интегрального исчисления, составляющий основу математического анализа и даже, пожалуй, математическую основу всего современного естествознания.

Математический анализ – это обширная область математики с характерным объектом изучения (переменной величиной), своеобразным методом исследования (анализом посредством бесконечно малых или посредством предельных переходов), определенной системой основных понятий (функция, предел, производная, дифференциал, интеграл, ряд) и постоянно совершенствующимся и развивающимся аппаратом, основу которого составляют дифференциальное и интегральное исчисления.

Попробуем дать представление о том, какая математическая революция произошла в XVII в., чем характеризуется связанный с рождением математического анализа переход от элементарной математики к той, что ныне составляет предмет исследований математического анализа и чем объясняется его фундаментальная роль во всей современной системе теоретических и прикладных знаний.

Представьте себе, что перед вами прекрасно выполненная цветная фотография набегающей на берег штормовой океанской волны: могучая сутуловатая спина, крутая, но чуть впалая грудь, уже наклоненная вперед и готовая упасть голова с терзаемой ветром седой гривой. Вы остановили мгновение, вам удалось поймать волну, и вы можете теперь без спешки внимательно изучать ее во всех подробностях. Волну можно измерить, и, пользуясь средствами элементарной математики, вы сделаете много важных выводов об этой волне, а значит, и всех ее океанских сестрах. Но, остановив волну, вы лишили ее движения и жизни. Ее зарождение, развитие, бег, сила, с которой она обрушивается на берег, - все это оказалось вне вашего поля зрения, потому что вы не располагаете пока ни языком, ни математическим аппаратом, пригодными для описания и изучения не статических, а развивающихся, динамических процессов, переменных величин и их взаимосвязей.

«Математический анализ не менее всеобъемлющ, чем сама природа: он определяет все ощутимые взаимосвязи, измеряет времена, пространства, силы, температуры». Ж. Фурье

Движение, переменные величины и их взаимосвязи окружают нас повсюду. Различные виды движения и их закономерности составляют основной объект изучения конкретных наук: физики, геологии, биологии, социологии и др. Поэтому точный язык и соответствующие математические методы описания и изучения переменных величин оказались необходимыми во всех областях знания примерно в той же степени, в какой числа и арифметика необходимы при описании количественных соотношений. Так вот, математический анализ и составляет основу языка и математических методов описания переменных величин и их взаимосвязей. В наши дни без математического анализа невозможно не только рассчитать космические траектории, работу ядерных реакторов, бег океанской волны и закономерности развития циклона, но и экономично управлять производством, распределением ресурсов, организацией технологических процессов, прогнозировать течение химических реакций или изменение численности различных взаимосвязанных в природе видов животных и растений, потому что все это - динамические процессы.

Элементарная математика была в основном математикой постоянных величин, она изучала главным образом соотношения между элементами геометрических фигур, арифметические свойства чисел и алгебраические уравнения. Ее отношение к действительности в какой-то мере можно сравнить с внимательным, даже тщательным и полным изучением каждого фиксированного кадра киноленты, запечатлевшей изменчивый, развивающийся живой мир в его движении, которого, однако, не видно на отдельном кадре и которое можно наблюдать, только посмотрев ленту в целом. Но как кино немыслимо без фотографии, так и современная математика невозможна без той ее части, которую мы условно называем элементарной, без идей и достижений многих выдающихся ученых, разделенных порой десятками столетий.

Математика едина, и «высшая» ее часть связана с «элементарной» примерно так же, как следующий этаж строящегося дома связан с предшествующим, и ширина горизонтов, которые математика открывает нам в окружающий мир, зависит от того, на какой этаж этого здания нам удалось подняться. Родившийся в XVII в. математический анализ открыл нам возможности для научного описания, количественного и качественного изучения переменных величин и движения в широком смысле этого слова.

Каковы же предпосылки появления математического анализа?

К концу XVII в. сложилась следующая ситуация. Во-первых, в рамках самой математики за долгие годы накопились некоторые важные классы однотипных задач (например, задачи измерения площадей и объемов нестандартных фигур, задачи проведения касательных к кривым) и появились методы их решения в различных частных случаях. Во-вторых, оказалось, что эти задачи теснейшим образом связаны с задачами описания произвольного (не обязательно равномерного) механического движения, и в частности с вычислением его мгновенных характеристик (скорости, ускорения в любой момент времени), а также с нахождением величины пройденного пути для движения, происходящего с заданной переменной скоростью. Решение этих проблем было необходимо для развития физики, астрономии, техники.

Наконец, в-третьих, к середине XVII в. трудами Р. Декарта и П. Ферма были заложены основы аналитического метода координат (так называемой аналитической геометрии), позволившие сформулировать разнородные по своему происхождению геометрические и физические задачи на общем (аналитическом) языке чисел и числовых зависимостей, или, как мы теперь говорим, числовых функций.

Стечение этих обстоятельств и привело к тому, что в конце XVII в. двум ученым – И. Ньютону и Г. Лейбницу – независимо друг от друга удалось создать для решения названных задач математический аппарат, подытоживший и обобщивший отдельные результаты предшественников, среди которых и ученый древности Архимед и современники Ньютона и Лейбница – Б. Кавальери, Б. Паскаль, Д. Грегори, И. Барроу. Этот аппарат и составил основу математического анализа – нового раздела математики, изучающего различные развивающиеся процессы, т.е. взаимосвязи переменных величин, которые в математике называют функциональными зависимостями или, иначе, функциями. Кстати, сам термин «функция» потребовался и естественно возник именно в XVII в., а к настоящему времени он приобрел не только общематематическое, но и общенаучное значение.

Начальные сведения об основных понятиях и математическом аппарате анализа даны в статьях «Дифференциальное исчисление» и «Интегральное исчисление».

В заключение хотелось бы остановиться только на одном общем для всей математики и характерном для анализа принципе математического абстрагирования и в этой связи объяснить, в каком виде математический анализ изучает переменные величины и в чем секрет такой универсальности его методов для изучения всевозможных конкретных развивающихся процессов и их взаимосвязей.

Рассмотрим несколько поясняющих примеров и аналогий.

Мы порой уже не отдаем себе отчета в том, что, например, математическое соотношение , написанное не для яблок, стульев или слонов, а в отвлеченном от конкретных объектов абстрактном виде, - выдающееся научное завоевание. Это математический закон, который, как показывает опыт, применим к различным конкретным объектам. Значит, изучая в математике общие свойства отвлеченных, абстрактных чисел, мы тем самым изучаем количественные соотношения реального мира.

Например, из школьного курса математики известно, что , поэтому в конкретной ситуации вы могли бы сказать: «Если мне для перевозки 12 т грунта не выделят два шеститонных самосвала, то можно запросить три четырехтонки и работа будет выполнена, а если дадут только одну четырехтонку, то ей придется сделать три рейса». Так привычные теперь для нас отвлеченные числа и числовые закономерности связаны с их конкретными проявлениями и приложениями.

Примерно так же связаны законы изменения конкретных переменных величин и развивающихся процессов природы с той абстрактной, отвлеченной формой-функцией, в которой они появляются и изучаются в математическом анализе.

Например, абстрактное соотношение может быть отражением зависимости кассового сбора у кинотеатра от количества проданных билетов, если 20 – это 20 копеек – цена одного билета. Но если мы едем по шоссе на велосипеде, проезжая 20 км в час, то это же соотношение можно истолковать как взаимосвязь времени (часов) нашей велосипедной прогулки и покрытого за это время расстояния (километров)., вы всегда можете утверждать, что, например, изменение в несколько раз приводит к пропорциональному (т.е. во столько же раз) изменению величины , а если , то верно и обратное заключение. Значит, в частности, для увеличения кассового сбора кинотеатра в два раза вам придется привлечь вдвое больше зрителей, а для того, чтобы на велосипеде с той же скоростью проехать вдвое большее расстояние, вам придется ехать вдвое дольше.

Математика изучает и простейшую зависимость , и другие, значительно более сложные зависимости в отвлеченном от частной интерпретации, общем, абстрактном виде. Выявленные в таком исследовании свойства функции или методы изучения этих свойств будут носить характер общих математических приемов, заключений, законов и выводов, применимых к каждому конкретному явлению, в котором встречается изученная в абстрактном виде функция, независимо от того, к какой области знания это явление относится.

Итак, математический анализ как раздел математики оформился в конце XVII в. Предметом изучения в математическом анализе (как он представляется с современных позиций) являются функции, или, иначе, зависимости между переменными величинами.

С возникновением математического анализа математике стало доступно изучение и отражение развивающихся процессов реального мира; в математику вошли переменные величины и движение.