Рене Декарт – людина та вчений

У другій книзі “Геометрії” подано роздуми про природу кривих ліній. На відміну від античності, в основу своєї класифікації Декарт поклав кінематичний принцип. Він вважав, що в геометрії повинні вивчатися лінії, які “описані неперервним рухом або ж декількома такими послідовними рухами, із яких наступні цілком визначаються через попередні”. Ці лінії, які Декарт спочатку назвав “геометричними”, а В.Ляйбніц трохи пізніше “алгебраїчними”, можуть бути описані з допомогою певного шарнірного механізму. Кінематичний принцип класифікації кривих Декарта був покладений в основу однієї з головних теорем кінематики механізмів, яка стверджує, що за допомогою плоских шарнірних механізмів, у яких рух перших ланцюжків повністю визначає рух інших, можна описувати дуги будь-яких алгебраїчних кривих, та не можна описувати ні однієї трансцендентної. Ця теорема була доведена А.Кемпе в 1876 році.

Розклад складніших рухів через більш прості на геометричній мові призвів до появи декартової системи координат. Щоправда сучасне поняття цієї системи значно вужче, ніж те, що запропонував сам Декарт. Ортогональну тривимірну систему координат він застосував у другій частині “Геометрії”.

У цій же “Геометрії” ним практично було сформульовано поняття змінної величини та функції. Змінна величина Декартом була введена двояко. З одного боку, це відрізки змінної довжини, координатні відрізки точки, які своїм рухом описують плоску криву. З іншго боку, це – числові змінні, які виражають довжини, а для координат – і напрямки координатних відрізків.

Декарт розробив і алгебраїчний метод знаходження дотичних та нормалей до кривих. Один із методів знаходження дотичних – це метод невизначених множників, який зараз прийнято називати іменем Лаґранжа. Для розв’язку цієї задачі були застосовані овали Декарта. Овал Декарта – це така плоска крива, в якій відстані та будь-якої її точки від двох інших заданих точок (фокусів кривої) задовольняють співвідношення де – постійні числа. Ці овали Декарт побудував для оптики: він шукав криву, яка б заломлювала промені, які виходять з однієї точки, так, що заломлені промені проходили б через іншу задану точку. Cлід відзначити, що він розв’язав в квадратурах і задачу про брахістохрону та отримав рівняння циклоїди, а також вивчив основні властивості цієї кривої. В 1696 році ця задача була розв’язана методами математичного аналізу Й.Бернуллі та започаткувала варіаційне числення.

У третій частині “Геометрії” Декарт практично заклав основи сучасної алгебри, значно розширивши поле цих досліджень. Він отримав більш загальні результати, як Ф.Вієт, Т.Гарріот та А.Жіррар. Практично ним була сформульована, щоправда не досить чітко, основна теорема алгебри: зараз вона називається теорема Ґауса.

Згідно з філософією Декарта Бог незмінний, а звідси випливає, що всі зміни в природі відбуваються за постійними правилами [6]. Ці правила Декарт називає законами природи.

Основні закони механіки, за Декартом, мають такий вигляд:1.Тіла за своєю природою позбавлені сили, тому ні одне з них не може змінити стану, в якому тіло перебуває: воно має певну конфігурацію та положення і перебуває в певному стані свого спокою та руху, поки зовнішня причина не здійснить у ньому зміни.

2.З першого закону випливає, що кожне рухоме тіло продовжує свій рух у тому ж напрямі, який лишається незмінним. Якщо тіло описує криву, то напрям змінюється в кожний момент, що може трапитись при постійному впливі якої-небудь зовнішньої причини. Незмінно однаковий напрям є пряма лінія. Тому всяке рухоме тіло саме по собі намагається продовжити свій рух по прямій лінії, а коли внаслідок зовнішньої причини рухається по колу, – то по дотичній до нього. Кожне тіло повинно зберігати свій стан руху, тому воно повинно намагатися рухатись уперед по прямій лінії, тому що всяке відхилення від неї може бути тільки наслідком зовнішніх причин.

3.Порожнього простору не існує, тому всяке рухоме тіло, яке намагається продовжувати свій шлях по прямій лінії, повинно зустрічатися з іншим тілом, з яким воно зіштовхується. Зіткнення відбувається в протилежному або в тому ж напрямку.

У цілому Декарт при зіткненні тіл нараховує сім випадків та відповідно до цього сім правил, згідно з якими повинна відбуватися зміна, яка випливає із зіткнення тіл.

Ці закони виводяться з припущення: 1) у різних тіл протилежні не рухи, а лише рух та спокій, тому серед рухомих тіл неможлива ніяка інша протилежність, окрім протилежності їхніх напрямків; 2) тіла, які зіштовхуються цілком тверді та міцні; 3) абсолютно не береться до уваги всяка дія довколишніх тіл, які можуть збільшити або зменшити рух тіл, які зіштовхуються. Декарт зі свого закону постійності імпульсу виводить і третій закон Ньютона (дія дорівнює протидії), але він трактує його як поодинокий випадок, а не поширює на всі види взаємодій.