你知道泰勒级数,但你了解泰勒吗?

作者: 陈关荣

来源: 公众号:好玩的数学

发布日期: 2023-02-06 12:24:11

本文介绍了布魯克·泰勒的生平及其在数学领域的贡献,特别是泰勒级数的创立。泰勒不仅在数学上有重要贡献,还对透视绘图原理有深入研究。

如果你学过微积分,你⼀定知道泰勒级数(Taylor series),或称为泰勒展开式(Taylor expansion)。今天公认,微积分是由英国数学家艾萨克·⽜顿爵⼠(Sir Isaac Newton,1643-1727)和德国数学家⼽特弗⾥德·莱布尼茨(Gottfried W. Leibniz,1646-1716)共同创⽴的。

⽐较细致的记录说,⽜顿在1669年曾把⼀篇题为“分析学”的短⽂送给了他的⽼师巴罗(Isaac Barrow, 1630-1677)。随后,他于1671年写了《流数术和⽆穷级数》⼿稿,不过该书直到1736年才出版。期间,莱布尼茨在1684年发表了⼀篇主题为“⼀种求极⼤极⼩和切线的新⽅法”的⽂章,已使⽤了⼀些现代微分符号和基本微分法则。

有了微分概念及其表达和计算法则之后,布魯克·泰勒(Brook Taylor,1685年8⽉18⽇-1731年11⽉30⽇)出场了,他是本⽂的主⻆。布鲁克·泰勒于1685年8⽉18⽇出⽣在英国Middlesex的Edmonton,是约翰·泰勒(John Taylor,1665-1729)的⻓⼦。泰勒的⺟亲Olivia是Durham约翰·坦普斯特爵⼠(Sir John Tempest)的⼥⼉。

当年泰勒家境殷实,⽗亲喜好⾳乐和艺术,让他得到⽆形熏陶。泰勒⾃⼩就没上过正规学校,⼀直在家⾥接收家庭教育,学习英语、⽂学和数学。1701年4⽉,他被剑桥⼤学St. John’s College作为⼀名⾃费⽣录取。泰勒于1709年毕业获得法学学⼠学位(LL.B.),接下来1714年获得法学博⼠学位(LL.D.)。

在剑桥,他得到伦敦Gresham College的天⽂学教授约翰·⻢钦(John Machin,1680-1751)和⽜津⼤学的天⽂学Savilian讲座教授约翰·基尔(John Keill,1885-1900)的指导,学了很多很好的数学知识。1712年,他写了⼀封信给⻢钦,给出了⼀个与约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler,1571-1630)⾏星运动第⼆定律相关问题的解。

1714年,他在《英国皇家学会哲学汇刊》(Philosophical Transactions of the Royal Society)第18期发表了他在1708年就获得⼀个物体振荡中⼼问题的解。由于⼿稿在前⽽发表在后,这个成果导致了与瑞⼠数学家约翰·伯努利(Johann I Bernoulli,1667-1748)关于优先权的争议,但此事并不⼤,后来不了了之。

泰勒先后在《英国皇家学会哲学汇刊》的第17⾄32期发表过13篇论⽂,其中有关于⽑细现象、温度计和磁实验相关数学问题的研究结果。1712年4⽉,泰勒被选为英国皇家学会会⼠(Fellow)。同年,他被学会委派进⼊裁决⽜顿和莱布尼茨微积分发明权案⼦的委员会。之后,他于1714年1⽉被选为皇家学会秘书⻓,任职⾄1718年10⽉。

这段时期,泰勒曾多次访问法国。

特别是,他与法国数学家⽪埃尔·德·蒙莫特(Pierre R. de Montmort,1678-1719)建⽴了科学通信,讨论⽆穷级数和德·蒙莫特本⼈的概率论研究。1715年,他发表了历史上第⼀篇关于有限差分法的详细论⽂《正向和反向增量算法》(Methodus Incrementorum Directa et Inversa)并以⼩册⼦的形式出版。

这部奠基性的论著建⽴了今天周知的“泰勒级数”,即把实单变量光滑函数作⽆穷级数展开的第⼀个⼀般表达式,也称为“泰勒展开公式”。

泰勒在1721年36岁时和Brydges结了婚。因为⽗亲不赞成那⻔婚事,⽗⼦两⼈从此不和。两年后即1723年,他妻⼦因产褥热病逝,没有留下后代。随后他与⽗亲和解,并且其后两年⼀直住在⽗⺟家⾥。

1725年他再婚,可是妻⼦Sabetta在1730年也因难产去世,不过幸运地留下了⼀个⼥⼉Elizabeth。从此,泰勒身⼼交瘁,于1731年12⽉29⽇在伦敦Somerset House辞世,时年46岁。他被安葬在St. Ann教堂坟场。

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