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Egregium 定理和曲率

在测量汉诺威时,高斯对如何绘制弯曲地球的地图思考了很多。在 1827 中发表了 他将结果称为Theorema Egregium,即“非凡定理”:表面的曲率可以 由住在里面的人来衡量,而不是从外面去看。 结果:在平面中,三角形的内角之和为 180°。在一个范围内,它们加起来达到更多。采取 一个顶点位于北极,另外两个顶点位于赤道的三角形: 赤道上的两个角都是直角。以 90° 为极点,三角形有三个直角:270°。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa. 赤道处的两个角度为 90°,因为经线与赤道成直角。添加 杆的角度 $\alpha$: $$90° + 90° + \alpha = 180° + \alpha.$$ 任何高于 180° 的值都与三角形的面积成正比,表明该表面是弯曲的。这就是为什么 没有完美的地球平面地图:距离、角度或面积总是存在扭曲。 披萨技巧 您是否注意到,为了吃一片披萨而不让披萨尖脱落,我们需要将披萨对折?这是 Egregium 定理的应用。切片开始时是平坦的(零曲率)并且不能在两个方向上弯曲 同时。通过将其一侧弯曲,另一侧就会变硬,尖端就会停止脱落。 高斯还意识到,可能存在欧几里得平行公设不存在的几何结构。 值得的。但他没有发表任何内容:在一封来自1829的信中,他说他害怕“维奥蒂亚人的喊叫”,那些不这样做的人 会明白的。非欧几里得几何最终由 Lobachevsky 和 ​​János Bolyai 发表。 卡尔·弗里德里希·高斯的所有主题 · ← 正态曲线,高斯钟 · 方程组:行列式和高斯消元法 → 图片来源和来源.

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方程组:行列式和高斯消元法

为了使用最小二乘法计算轨道,高斯需要求解方程组 许多未知数。每个学生都知道的两个名字都来自这个故事:行列式和 高斯消除。 行列式。 采用具有两个方程的系统: $$\begin{cases} a\,x + b\,y = e \\ c\,x + d\,y = f \end{cases} \quad\Longrightarrow\quad x = \frac{e\,d - b\,f}{a\,d - b\,c}, \qquad y = \frac{a\,f - e\,c}{a\,d - b\,c}.$$ 这完全取决于分母中的数字 $ad - bc$:如果它不为零,则系统有一个 解决方案。这个数字“决定”了系统。 从方程组到二阶行列式的记法。Euler’s Eyes 行列式规则:主对角线乘积减去另一条对角线的乘积。Euler’s Eyes Matrix 在拉丁语中意为“子宫”,即孕育事物之处。Euler’s Eyes 这个词首次出现在高斯的Disquisitiones中,在1801中。他称之为 决定因素决定二级形式的属性的数字,$ax^2 + 2bxy + cy^2$。 在1815中,法国人 Augustin-Louis Cauchy 采用了该术语并给予认可: 高斯在他的分析研究中充分利用了这个术语,发现了二级形式的一般性质。我会保留这个名字。 — 奥古斯丁·路易斯·柯西,《巴黎综合理工学院杂志》,1815 1750Gabriel Cramer 使用我们今天编写的行列式公式来求解系统。 1801高斯在Disquisitiones Arithmeticae中使用了单词行列式。 1815柯西采用了当今意义上的术语行列式。 1841Arthur Cayley 将行列式写在两个竖线之间。 1850James Joseph Sylvester 创建了单词矩阵。 高斯消元法。 如果有三个或更多未知数,公式就会变得庞大。高斯路径 这是一次消除一个未知数,直到只剩下一个只有一个未知数的方程。看到与 示例:

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其他贡献和遗产

其他贡献 **物理学:**高斯电磁定律、地球磁性和高斯单位的研究。 **复数:**高斯整数、数字 $a + bi$ 与 $a$ 和 $b$ 整数。 **天文学和大地测量学:**行星和彗星的轨道、天芥菜和汉诺威测量。 算法: 一种计算复活节日期的方法,在 1805 的手稿中,是一种计算复活节日期的方法 快速傅里叶变换,在 1965 中被重新发现,并在今天用于每部手机。 要记住 高斯出身于布伦瑞克的贫困家庭,师从一位公爵,并在哥廷根度过了一生。 通过连接对从 1 添加到 100:$1 + 2 + \cdots + n = \frac{n(n+1)}{2}$。 在 18 年,他展示了如何仅使用平方根构造具有 17 条边的多边形。 他创造了同余符号$a \equiv b \pmod n$,即时钟和九局的数学。 他证明了每个 $n$ 次多项式都有 $n$ 复根。 估计素数数量:$\pi(x) \approx x / \ln x$。 他用最小二乘法重新发现了谷神星,这说明了为什么平均值是最佳估计。 他给正态曲线起了个名字:高斯钟形曲线。 他证明曲率可以从表面内部测量:这就是为什么没有完美的平面地图。 他命名了行列式并组织了求解方程组的消元法。 通过精心选择的两个点 $\pm 1/\sqrt{3}$,他计算了直到 3 次的多项式的精确积分。 卡尔·弗里德里希·高斯的所有主题 · ← 高斯求积:两点积分 · 图片来源 → 图片来源和来源.

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*Physis*:解读自然特征

宇宙中任何事情的发生都存在某种最大或最小的规则。 — 莱昂哈德·欧拉,1744 对于莱布尼茨和欧拉来说,自然是以尽可能最好的方式创造的,因此遵循规则。在我们的 语言:创作者的推理(方法)在于自然(物理)的特征(graphiko’s),并且 由我们来破译它们(máthema)。相同的图画出现在最不同的地方: 犰狳甲壳:六角形板。欧拉之眼系列 地壳:熔岩冷却时形成的六边形玄武岩柱。欧拉之眼系列 榫头:又是六角形图案。欧拉之眼系列 鹦鹉螺壳:对数螺旋。欧拉之眼系列 蛋:椭圆曲线像弧线一样分布压力。欧拉之眼系列 海星:五边形对称。欧拉之眼系列 为什么有这么多六边形? 只有三种正多边形覆盖平面而不留孔:三角形、正方形和六边形。 其中,六边形是包围面积最大且边界最少的一种。这是最经济的分割方式 空间等分,这就是数学家 Thomas Hales 在 1999 中证明的。 鹦鹉螺螺旋与笛卡尔有直接联系:他是第一个描述它的人,在 1638 写给梅森的信。它总是以相同的速度生长,这就是为什么壳会改变大小 不改变形状: 笛卡尔的等角螺旋线。改变每圈的增长:与辐条的角度在整个转弯过程中保持不变。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa. 勒内·笛卡尔的所有主题 · ← “函数”这个词 · 无穷大和除以零 → 图片来源和来源.