Відмінності між версіями «Ученическая вики статья "�?стория развития понятия "функция"»

Введення поняття функції через механічне й геометричне подання (17 століття.) Починаючи лише з 17 століття, у зв'язку із проникненням у математику ідеї змінних, поняття функції явно й цілком свідомо застосовується. Шлях до появи поняття функції заклали в 17 столітті французькі вчені Франсуа Виет і Рене Декарт; вони розробили єдину буквену математичну символіку, що незабаром одержала загальне визнання. Уведене було єдине позначення: невідомих - останніми буквами латинського алфавіту - x, y, z, відомих - початковими буквами того ж алфавіту - a, b, c, ... і т.д. Під кожною буквою стало можливим розуміти не тільки конкретні дані, але й багато хто інші; у математику прийшла ідея зміни. Тим самим з'явилася можливість записувати загальні формули. Крім того, у Декарта й Ферма (1601-1665) у геометричних роботах з'являється виразне подання змінної величини й прямокутної системи координат. У своїй “Геометрії” в 1637 році Декарт дає поняття функції, як зміна ординати крапки залежно від зміни її абсциси; він систематично розглядав лише ті криві, які можна точно представити за допомогою рівнянь, притім переважно алгебраїчних. Поступове поняття функції стало ототожнюватися, таким чином, з поняттям аналітичного вираження - формули. В 1671 році Ньютон під функцією став розуміти змінну величину, що змінюється із часом (називав в “флюентой”). В “Геометрії” Декарта й роботах Ферма, Ньютона й Лейбница поняття функції носило по суті інтуїтивний характер і було зв'язано або з геометричними, або з механічними поданнями: ординати крапок кривих - функція від абсцис (x); шлях і швидкість - функція від часу (t) і т.п.  

Введення поняття функції через механічне й геометричне подання (17 століття.) Починаючи лише з 17 століття, у зв'язку із проникненням у математику ідеї змінних, поняття функції явно й цілком свідомо застосовується. Шлях до появи поняття функції заклали в 17 столітті французькі вчені Франсуа Виет і Рене Декарт; вони розробили єдину буквену математичну символіку, що незабаром одержала загальне визнання. Уведене було єдине позначення: невідомих - останніми буквами латинського алфавіту - x, y, z, відомих - початковими буквами того ж алфавіту - a, b, c, ... і т.д. Під кожною буквою стало можливим розуміти не тільки конкретні дані, але й багато хто інші; у математику прийшла ідея зміни. Тим самим з'явилася можливість записувати загальні формули. Крім того, у Декарта й Ферма (1601-1665) у геометричних роботах з'являється виразне подання змінної величини й прямокутної системи координат. У своїй “Геометрії” в 1637 році Декарт дає поняття функції, як зміна ординати крапки залежно від зміни її абсциси; він систематично розглядав лише ті криві, які можна точно представити за допомогою рівнянь, притім переважно алгебраїчних. Поступове поняття функції стало ототожнюватися, таким чином, з поняттям аналітичного вираження - формули. В 1671 році Ньютон під функцією став розуміти змінну величину, що змінюється із часом (називав в “флюентой”). В “Геометрії” Декарта й роботах Ферма, Ньютона й Лейбница поняття функції носило по суті інтуїтивний характер і було зв'язано або з геометричними, або з механічними поданнями: ординати крапок кривих - функція від абсцис (x); шлях і швидкість - функція від часу (t) і т.п.  

Аналітичне визначення функції (17 - початок 19 століття). Саме слово “функція” (від латинського functio -здійснення, виконання) уперше було вжито німецьким математиком Лейбницем в 1673р. у листі до Гюйгенсу (під функцією він розумів відрізок, довжина якого міняється по якому-небудь певному законі), у пресі ввів з 1694 року. Починаючи з 1698 року, Лейбниц увів також терміни “змінна” і “константа”. В 18 столітті з'являється новий погляд на функцію як на формулу, що зв'язує одну змінну з іншої. Це так звана аналітична точка зору на поняття функції. Підхід до такого визначення вперше зробив швейцарський математик Иоганн Бернуллі (1667-1748), що в 1718 році визначив функцію в такий спосіб: “функцією змінної величини називають кількість, утворена яким завгодно спосіб із цієї змінної величини й постійних”. Для позначення довільної функції від x Бернуллі застосував знак ?(x), називаючи характеристикою функції, а також букви x або ? ; Лейбниц уживав x1, x2 замість сучасних f1(x) , f2(x). Эйлер позначив через f : y, f: (x + y) те, що ми нині позначаємо через f(x), f(x+y). Поряд з ( Эйлер пропонує використовувати букви (,( і інші. Даламбер зробив крок уперед на шляху до сучасних позначень, відкидаючи двокрапку Эйлера; він пише, наприклад, (t, ((t+s). Остаточне формулювання визначення функції з аналітичної точки зору зробив в 1748 році учень Бернуллі Эйлер (в “Введенні в аналіз нескінченного”): “Функція змінної кількості є аналітичне вираження, складене яким-небудь образом із цієї кількості й чисел або постійних кількостей”. Так розуміли функцію протягом майже всього 18 століття Даламбер (1717-1783), Лагранж (1736-1813), Фур'є (1768-1830) і інші видні математики. Що стосується Эйлера, те він не завжди дотримувався вище зазначеного визначення; у його роботах поняття функції піддавалося подальшому розвитку відповідно до запитів математичного аналізу. В “Диференціальному обчисленні”, що вийшло у світло в 1755 році, Эйлер дає загальне визначення функції: “Коли деякі кількості залежать друг від друга таким чином, що при зміні останніх і самі вони піддаються зміні, те перші називають функцією других”. “Це найменування, - продовжує далі Эйлер - має надзвичайно широкий характер; воно охоплює всі способи, якими одна кількість визначається за допомогою інших”. Як видно з певних визначень, саме поняття функції фактично ототожнювалося з аналітичним вираженням. Нові кроки в розвитку природознавства й математики викликали й подальше узагальнення поняття функції. Одним з невирішених питань, пов'язаних з поняттям функції, із приводу якого велася запекла боротьба думок, був наступний: чи можна одну функцію задати декількома аналітичними вираженнями? Великий внесок у дозвіл суперечки Эйлера, Даламбера, Бернуллі й інших учених 18 століття із приводу того, що варто розуміти під функцією, вніс французький математик Жан Батист Жозеф Фур'є (1768-1830), що займався в основному математичною фізикою. У Паризьку АН представляються, що їм в, в 1807-1811 р. Мемуарах по теорії поширення тепла у твердому тілі, Фур'є привів і перші приклади функцій, які задані на різних ділянках різними аналітичними вираженнями. Із праць Фур'є випливало, що будь-яка крива незалежно від того, зі скількох і яких різнорідних частин вона складається, може бути представлена у вигляді єдиного аналітичного вираження й що є також переривані криві, зображувані аналітичним вираженням. У своєму “Курсі алгебраїчного аналізу”, опублікованому в 1721р., французький математик О.Коші обґрунтував висновки Фур'є. Таким чином, на відомому етапі розвитку фізики й математики стало ясно, що доводиться користуватися й такими функціями, для визначення яких дуже складно або навіть неможливо обмежитися одним лише аналітичним апаратом. Останній став гальмувати необхідне математикою й природознавством розширення поняття функції.  

Аналітичне визначення функції (17 - початок 19 століття). Саме слово “функція” (від латинського functio -здійснення, виконання) уперше було вжито німецьким математиком Лейбницем в 1673р. у листі до Гюйгенсу (під функцією він розумів відрізок, довжина якого міняється по якому-небудь певному законі), у пресі ввів з 1694 року. Починаючи з 1698 року, Лейбниц увів також терміни “змінна” і “константа”. В 18 столітті з'являється новий погляд на функцію як на формулу, що зв'язує одну змінну з іншої. Це так звана аналітична точка зору на поняття функції. Підхід до такого визначення вперше зробив швейцарський математик Иоганн Бернуллі (1667-1748), що в 1718 році визначив функцію в такий спосіб: “функцією змінної величини називають кількість, утворена яким завгодно спосіб із цієї змінної величини й постійних”. Для позначення довільної функції від x Бернуллі застосував знак ?(x), називаючи характеристикою функції, а також букви x або ? ; Лейбниц уживав x1, x2 замість сучасних f1(x) , f2(x). Эйлер позначив через f : y, f: (x + y) те, що ми нині позначаємо через f(x), f(x+y). Поряд з ( Эйлер пропонує використовувати букви (,( і інші. Даламбер зробив крок уперед на шляху до сучасних позначень, відкидаючи двокрапку Эйлера; він пише, наприклад, (t, ((t+s). Остаточне формулювання визначення функції з аналітичної точки зору зробив в 1748 році учень Бернуллі Эйлер (в “Введенні в аналіз нескінченного”): “Функція змінної кількості є аналітичне вираження, складене яким-небудь образом із цієї кількості й чисел або постійних кількостей”. Так розуміли функцію протягом майже всього 18 століття Даламбер (1717-1783), Лагранж (1736-1813), Фур'є (1768-1830) і інші видні математики. Що стосується Эйлера, те він не завжди дотримувався вище зазначеного визначення; у його роботах поняття функції піддавалося подальшому розвитку відповідно до запитів математичного аналізу. В “Диференціальному обчисленні”, що вийшло у світло в 1755 році, Эйлер дає загальне визначення функції: “Коли деякі кількості залежать друг від друга таким чином, що при зміні останніх і самі вони піддаються зміні, те перші називають функцією других”. “Це найменування, - продовжує далі Эйлер - має надзвичайно широкий характер; воно охоплює всі способи, якими одна кількість визначається за допомогою інших”. Як видно з певних визначень, саме поняття функції фактично ототожнювалося з аналітичним вираженням. Нові кроки в розвитку природознавства й математики викликали й подальше узагальнення поняття функції. Одним з невирішених питань, пов'язаних з поняттям функції, із приводу якого велася запекла боротьба думок, був наступний: чи можна одну функцію задати декількома аналітичними вираженнями? Великий внесок у дозвіл суперечки Эйлера, Даламбера, Бернуллі й інших учених 18 століття із приводу того, що варто розуміти під функцією, вніс французький математик Жан Батист Жозеф Фур'є (1768-1830), що займався в основному математичною фізикою. У Паризьку АН представляються, що їм в, в 1807-1811 р. Мемуарах по теорії поширення тепла у твердому тілі, Фур'є привів і перші приклади функцій, які задані на різних ділянках різними аналітичними вираженнями. Із праць Фур'є випливало, що будь-яка крива незалежно від того, зі скількох і яких різнорідних частин вона складається, може бути представлена у вигляді єдиного аналітичного вираження й що є також переривані криві, зображувані аналітичним вираженням. У своєму “Курсі алгебраїчного аналізу”, опублікованому в 1721р., французький математик О.Коші обґрунтував висновки Фур'є. Таким чином, на відомому етапі розвитку фізики й математики стало ясно, що доводиться користуватися й такими функціями, для визначення яких дуже складно або навіть неможливо обмежитися одним лише аналітичним апаратом. Останній став гальмувати необхідне математикою й природознавством розширення поняття функції.  

Ідея відповідності (19 століття). В 1834 році в роботі “Про исчезании тригонометричних рядків” Н.И.Лобачевский, розвиваючи вищезгадане эйлеровское визначення функції в 1755р., писав: “Загальне поняття вимагає, щоб функцією від x називати число, що дається для кожного x і разом з x поступово змінюється. Значення функції може бути дано й аналітичним вираженням, або умовою, що подає кошти випробовувати всі числа й вибирати одне з них; або, нарешті, залежність може існувати, або залишатися невідомої... Великий погляд теорії припускає існування залежності тільки в тому розумінні, щоб числа, одні з іншими у зв'язку, приймати як би даними разом”. Ще до Лобачевского аналогічна точка зору на поняття функції була висловлена чеським математиком Б. Больцано. Таким чином, сучасне визначення функції, вільне від згадуванні про аналітичне завдання, звичайно приписуване Дирихле, неодноразово пропонувалося й до нього. В 1837 році німецький математик П.Л. Дирихле так сформулював загальне визначення поняття функції: “y є функція змінної x (на відрізку a ( x ( b), якщо кожному значенню x на цьому відрізку відповідає зовсім певне значення y, причому байдуже яким образом установлена ця відповідність - аналітичною формулою, графіком, таблицею або навіть просто словами”. Прикладом, що відповідає цьому загальному визначенню, може служити так звана “функція Дирихле” ((x). Ця функція задана двома формулами й словесно. Вона відіграє відому роль в аналізі. Аналітично її можна визначити лише за допомогою досить складної формули, що не сприяє успішному вивченню її властивостей. Таким чином, приблизно в середині 19 століття після тривалої боротьби думок поняття функції звільнилося від рамок аналітичного вираження, від єдиновладдя аналітичної формули. Головний упор в основному загальному визначенні поняття функції робиться на ідею відповідності. У другій половині 19 століття після створення теорії множин у поняття функції, крім ідеї відповідності була включена й ідея безлічі. Таким чином, у повному своєму обсязі загальне визначення поняття функції формулюється в такий спосіб: якщо кожному елементу x безлічі А поставлений у відповідність деякий певний елемент y з безлічі В, те говорять, що на безлічі А задана функція y=f(x), або що безліч А відображена на безліч У. У першому випадку елементи x безлічі А називають значеннями аргументу, а елементи їхньої безлічі В - значеннями функції; у другому випадку x - прообрази, y - образи. У сучасному змісті розглядають функції, певні для безлічі значень x, які можливо, і не заповнюють відрізка a ( x ( b, про яке говориться у визначенні Дирихле. Досить указати, наприклад, на функцію-факторіал y=n!, задану на безлічі натуральних чисел. Загальне поняття функції застосовне, звичайно, не тільки до величин і чисел, але й до інших математичних об'єктів. Наприклад, до геометричних фігур. При будь-якому геометричному перетворенні ми маємо справу з функцією. Іншими синонімами терміна “функція” у різних відділах математики є: відповідність, відображення, оператор, функціонал і ін. Подальший розвиток математичної науки в 19 столітті ґрунтувалося на загальному визначенні функції Дирихле, що стали класичним.  

Ідея відповідності (19 століття). В 1834 році в роботі “Про исчезании тригонометричних рядків” Н.И.Лобачевский, розвиваючи вищезгадане эйлеровское визначення функції в 1755р., писав: “Загальне поняття вимагає, щоб функцією від x називати число, що дається для кожного x і разом з x поступово змінюється. Значення функції може бути дано й аналітичним вираженням, або умовою, що подає кошти випробовувати всі числа й вибирати одне з них; або, нарешті, залежність може існувати, або залишатися невідомої... Великий погляд теорії припускає існування залежності тільки в тому розумінні, щоб числа, одні з іншими у зв'язку, приймати як би даними разом”. Ще до Лобачевского аналогічна точка зору на поняття функції була висловлена чеським математиком Б. Больцано. Таким чином, сучасне визначення функції, вільне від згадуванні про аналітичне завдання, звичайно приписуване Дирихле, неодноразово пропонувалося й до нього. В 1837 році німецький математик П.Л. Дирихле так сформулював загальне визначення поняття функції: “y є функція змінної x (на відрізку a ( x ( b), якщо кожному значенню x на цьому відрізку відповідає зовсім певне значення y, причому байдуже яким образом установлена ця відповідність - аналітичною формулою, графіком, таблицею або навіть просто словами”. Прикладом, що відповідає цьому загальному визначенню, може служити так звана “функція Дирихле” ((x). Ця функція задана двома формулами й словесно. Вона відіграє відому роль в аналізі. Аналітично її можна визначити лише за допомогою досить складної формули, що не сприяє успішному вивченню її властивостей. Таким чином, приблизно в середині 19 століття після тривалої боротьби думок поняття функції звільнилося від рамок аналітичного вираження, від єдиновладдя аналітичної формули. Головний упор в основному загальному визначенні поняття функції робиться на ідею відповідності. У другій половині 19 століття після створення теорії множин у поняття функції, крім ідеї відповідності була включена й ідея безлічі. Таким чином, у повному своєму обсязі загальне визначення поняття функції формулюється в такий спосіб: якщо кожному елементу x безлічі А поставлений у відповідність деякий певний елемент y з безлічі В, те говорять, що на безлічі А задана функція y=f(x), або що безліч А відображена на безліч У. У першому випадку елементи x безлічі А називають значеннями аргументу, а елементи їхньої безлічі В - значеннями функції; у другому випадку x - прообрази, y - образи. У сучасному змісті розглядають функції, певні для безлічі значень x, які можливо, і не заповнюють відрізка a ( x ( b, про яке говориться у визначенні Дирихле. Досить указати, наприклад, на функцію-факторіал y=n!, задану на безлічі натуральних чисел. Загальне поняття функції застосовне, звичайно, не тільки до величин і чисел, але й до інших математичних об'єктів. Наприклад, до геометричних фігур. При будь-якому геометричному перетворенні ми маємо справу з функцією. Іншими синонімами терміна “функція” у різних відділах математики є: відповідність, відображення, оператор, функціонал і ін. Подальший розвиток математичної науки в 19 столітті ґрунтувалося на загальному визначенні функції Дирихле, що стали класичним.