笛卡尔符号法则
笛卡尔符号法则首先由笛卡尔在他的作品《La Géométrie 》中描述,是一个用于确定多项式的正根或负根的个数的方法。
如果把一元实系数多项式按降幂方式排列,则多项式的正根的个数要么等于相邻的非零系数的符号的变化次数,要么比它小2的倍数。如5,3,1或4,2,0。而负根的个数则是把所有奇数次项的系数变号以后,所得到的多项式的符号的变化次数,或者比它小2的倍数。
特殊情况:注意如果知道了多项式只有实数根,则利用这个方法可以完全确定正根的个数。由于零根的重复度很容易计算,因此也可以求出负根的个数。于是所有根的符号都可以确定。
欧拉-笛卡尔公式
欧拉-笛卡尔公式,是几何学中的一个公式。
该公式的内容为:在任意凸多面体,设V为顶点数,E为棱数,F是面数,则V?E+F=2。
该公式最早由法国数学家笛卡尔于1635年左右证明,但不为人知。后瑞士数学家莱昂哈德·欧拉于1750年独立证明了这个公式。1860年,笛卡尔的工作被发现,此后该公式遂被称为欧拉-笛卡尔公式。
笛卡尔叶形线
笛卡尔叶形线是一个代数曲线,首先由笛卡尔在 1638年提出。
笛卡尔叶形线的隐式方程为
极坐标中方程分别为
这个名字来自拉丁文的folium,意思是 "leaf"(叶子)。
曲线的特征:利用隐函数的求导法则,我们可以求出y':
利用直线的点斜式方程,我们可以求出点(
)处的切线方程:
水平和竖直切线:当
时,笛卡尔叶形线的切线是水平的。所以:
当
时,笛卡尔叶形线的切线是竖直的。所以:
这可以通过曲线的对称来解释。我们可以看到,曲线有两条水平切线和两条竖直切线。笛卡尔叶形线关于y=x对称,所以如果水平切线有坐标(
)的话,则一定有一个对应的竖直切线,坐标为(
)。
渐近线:曲线有一条渐近线:x+y+a=0
这个渐近线的斜率是-1,x截矩和y截矩都是-a。
笛卡尔与克里斯汀心形线(即心脏线)的故事
心脏线
未有严谨证据证明心脏线是由笛卡尔发明。
心脏线是有一个尖点的外摆线。也就是说,一个圆沿着另一个半径相同的圆滚动时,圆上一点的轨迹就是心脏线。
心脏线是外摆线的一种,其n为2。它亦可以极坐标的形式表示:r= 1 + cos θ。这样的心脏线的周界为8,围得的面积为
。
心脏线亦为蚶线的一种。
在曼德博集合正中间的图形便是一个心脏线。
心脏线的英文名称“Cardioid”是 de Castillon 在1741年的《Philosophical Transactions of the Royal Society》发表的;意为“像心脏的”。
在笛卡尔坐标系中:心脏线的参数方程为:
其中r是圆的半径。曲线的尖点位于(r,0)
在极坐标系中的方程为:
ρ(θ)=2r(1-cosθ)
面积:
对于其在极坐标中的方程有待考察,此处仅供参考。
《数学的故事》里面说到了数学家笛卡尔的爱情故事。笛卡尔于1596年出生在法国,欧洲大陆爆发黑死病时他流浪到瑞典,认识了瑞典一个小公国18岁的小公主克里斯蒂娜(Kristina),后成为她的数学老师,日日相处使他们彼此产生爱慕之心,公主的父亲国王知道了后勃然大怒,下令将笛卡尔处死,后因女儿求情将其流放回法国,克里斯汀公主也被父亲软禁起来。笛卡尔回法国后不久便染上黑死病,他日日给公主写信,因被国王拦截,克里斯汀一直没收到笛卡尔的信。笛卡尔在给克里斯汀寄出第十三封信后就气绝身亡了,这第十三封信内容只有短短的一个公式:r=a(1-sinθ)。国王看不懂,觉得他们俩之间并不是总是说情话的,大发慈悲就把这封信交给一直闷闷不乐的克里斯汀,公主看到后,立即明了恋人的意图,她马上着手把方程的图形画出来,看到图形,她开心极了,她知道恋人仍然爱着她,原来方程的图形是一颗心的形状。公主在纸上建立了极坐标系,用笔在上面描下方程的点,看到了方程所表示的心脏线,理解了笛卡尔对自己的深深爱意。这也就是著名的“心形线”。
国王死后,克里斯蒂娜登基,立即派人在欧洲四处寻找心上人,无奈斯人已故,先她走一步了,徒留她孤零零在人间……
据说这封享誉世界的另类情书还保存在欧洲笛卡尔的纪念馆里。
在历史上,笛卡尔和克里斯蒂娜的确有过交情。但笛卡尔是1649年10月4日应克里斯蒂娜邀请才来到瑞典,而当时克里斯蒂娜已成为了瑞典女王。笛卡尔与克里斯蒂娜谈论的主要是哲学问题而不是数学。有资料记载,由于克里斯蒂娜女王时间安排很紧,笛卡尔只能在早晨五点与她探讨哲学。笛卡尔真正的死因是因天气寒冷加上过度操劳患上的肺炎,而不是黑死病 。
解析几何
文艺复兴使欧洲学者继承了古希腊的几何学,也接受了东方传入的代数学。利学技术的发展,使得用数学方
法描述运动成为人们关心的中心问题。笛卡尔分析了几何学与代数学的优缺点,表示要去“寻求另外一种包含这两门科学的好处,而没有它们的缺点的方法”。
在《几何学》(是《方法论》中的一部分)卷一中,他用平面上的一点到两条固定直线的距离来确定点的距离,用坐标来描述空间上的点。他进而创立了解析几何学,表明了几何问题不仅可以归结成为代数形式,而且可以通过代数变换来实现发现几何性质,证明几何性质。
笛卡尔把几何问题化成代数问题,提出了几何问题的统一作图法。为此,他引入了单位线段,以及线段的加、减、乘、除、开方等概念,从而把线段与数量联系起来,通过线段之间的关系,“找出两种方式表达同一个量,这将构成一个方程”,然后根据方程的解所表示的线段间的关系作图。
在卷二中,笛卡尔用这种新方法解决帕普斯问题时,在平面上以一条直线为基线,为它规定一个起点,又选定与之相交的另一条直线,它们分别相当于x轴、原点、y轴,构成一个斜坐标系。那么该平面上任一点的位置都可以用(x,y)惟一地确定。帕普斯问题就化成了一个含两个未知数的二次不定方程。笛卡尔指出,方程的次数与坐标系的选择无关,因此可以根据方程的次数将曲线分类。
《几何学》一书提出了解析几何学的主要思想和方法,标志着解析几何学的诞生。此后,人类进入变量数学阶段。
在卷三中,笛卡尔指出,方程可能有和它的次数一样多的根,还提出了著名的笛卡尔符号法则:方程正根的最多个数等于其系数变号的次数;其负根的最多个数(他称为假根)等于符号不变的次数。笛卡尔还改进了韦达创造的符号系统,用a,b,c,… 表示已知量,用x,y,z,…表示未知量。
解析几何的出现,改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向,把相互对立着的“数”与“形”统一了起来,使几何曲线与代数方程相结合。笛卡尔的这一天才创见,更为微积分的创立奠定了基础,从而开拓了变量数学的广阔领域。
正如恩格斯所说:“数学中的转折点是笛卡尔的变数。有了变数,运动进入了数学,有了变数,辩证法进入了数学,有了变数,微分和积分也就立刻成为必要了。”
心理学方面
笛卡尔在心理学上的观点和重大发现,对后来心理学颇有影响。
他是近代二元论和唯心主义理论著名的代表。他的反射和反射弧的重大发现,为“动物是机器”的论断提供了重要依据。并提出,反应----刺激的假设。
但是笛卡尔的反射概念是机械性的,他强调人和动物的区别,动物没有心灵,人是有心灵的,这样的推断是二元论的典型表现。另外,心神交感论也是笛卡尔在身心关系上二元论的又一典型表现,他认为,人的肉体是由物质实体构成的,人的心灵是由精神实体构成的。心灵和人体即可以相互影响、互为因果、相互作用。
他认为人的原始情绪有六种:惊奇、爱悦、憎恶、欲望、欢乐和悲哀,其他的情绪都是这六种原始情绪的分支,或者组合。…