オーギュスタン=ルイ・コーシー | |
|---|---|
1840 年頃のコーシー。ジャン・ロレールの絵画に基づいてゼフィラン・ベリアールがリトグラフで制作。 | |
| 生まれる | ( 1789-08-21 )1789年8月21日 パリ、フランス |
| 死亡 | 1857年5月23日(1857年5月23日)(67歳) |
| 母校 | ポン エ ショセ国立学校 |
| 知られている | 土木工学数学解析勾配降下法 暗黙関数定理中間値定理スペクトル定理極限(数学)全リストを見る |
| 配偶者 | アロイーズ・ド・ビュール |
| 子供たち | マリー・フランソワーズ・アリシア、マリー・マチルド |
| 受賞歴 | ラ・アカデミー・ロワイヤル・デ・サイエンスの大賞 |
| 科学者としてのキャリア | |
| フィールド | 数学、物理学 |
| 機関 | エコール・セントラル・デュ・パンテオンエコール・ナショナル・デ・ポン・エ・ショセエコール・ポリテクニック |
| 博士課程の学生 | フランチェスコ・ファ・ディ・ブルーノ・ヴィクトル・ブニャコフスキー |
オーギュスタン=ルイ・コーシー男爵(Baron Augustin-Louis Cauchy FRS FRSE、英: / ˈ k oʊ ʃ i / KOH- shee、 / ˈ k aʊ ʃ i / KOW -shee、[ 1 ] [ 2 ]米: / k oʊ ˈ ʃ iː / koh- SHEE ; [ 2 ] [ 3 ]仏: [oɡystɛ̃ lwi koʃi] ; 1789年8月21日 - 1857年5月23日)は、フランスの数学者、技術者、物理学者であった。彼は、微積分学の主要定理を厳密に述べて証明した最初の人物の一人であり(これにより実解析学が生まれた)、複素解析学の分野と抽象代数学における置換群の研究を開拓した。コーシーはまた、連続体力学をはじめとする数理物理学の多くの分野にも貢献した。
深い洞察力を持つ数学者であったコーシーは、同時代人や後継者たちに大きな影響を与えました。[ 4 ]ハンス・フロイデンタールは次のように述べています。
コーシーは多作な研究者で、数学と数理物理学の分野でさまざまなテーマについて約 800 本の研究論文と 5 冊の教科書を執筆しました。

コーシーはルイ・フランソワ・コーシー(1760–1848)とマリー=マドレーヌ・デゼストルの息子でした。コーシーには二人の兄弟がいました。アレクサンドル・ローラン・コーシー(1792–1857)は1847年に控訴院の部会長、1849年には破毀院判事となりました。ウジェーヌ・フランソワ・コーシー(1802–1877)は評論家でもあり、数学に関する著作もいくつか執筆しました。彼は幼い頃から数学が得意でした。
コーシーは1818年にアロイーズ・ド・ビュールと結婚した。彼女はコーシーの作品のほとんどを出版した出版者の近親者だった。二人の間にはマリー・フランソワーズ・アリシア(1819年)とマリー・マチルド(1823年)という二人の娘が生まれた。
コーシーの父親はアンシャン・レジーム時代にパリ警察の高官だった が、オーギュスタン=ルイが生まれる1か月前に勃発したフランス革命(1789年7月14日)によりその地位を失った。 [ a ]コーシー一家は革命とそれに続く1793年から1794年の恐怖政治をアルクイユに逃れることで生き延び、コーシーはそこで父親から最初の教育を受けた。[ 6 ] 1794年にロベスピエールが処刑された後、一家は安全にパリに戻れた。そこでルイ=フランソワ・コーシーは1800年に官僚職を見つけ、[ 7 ]急速にキャリアを積んでいった。 1799年にナポレオンが権力を握ると、ルイ=フランソワ・コーシーはさらに昇進して上院事務総長となり、ラプラス(現在では数理物理学の研究でよく知られている)の直下で働いた。数学者ラグランジュもコーシー家の友人であった。[ 4 ]
ラグランジュの勧めにより、オーギュスタン=ルイは1802年秋、当時パリ最高の中等学校であったパンテオン中央学校に入学した。 [ 6 ]カリキュラムの大部分は古典語で構成されていたが、野心的なコーシーは優秀な学生で、ラテン語と人文科学で数々の賞を受賞した。しかし、これらの成功にもかかわらず、コーシーは工学の道を選び、エコール・ポリテクニークの入学試験に備えた。
1805年、コーシーはこの試験で293人の応募者中2位となり、入学を許可された。[ 6 ]この学校の主旨の一つは、将来の土木・軍事技術者に高度な科学・数学教育を提供することだった。学校は軍隊式の規律の下で運営されていたため、コーシーは適応に苦労した。しかし、1807年、18歳でこの課程を修了し、エコール・デ・ポン・エ・ショセ(橋梁道路学校)に進学した。彼は土木工学科を最高の成績で卒業した。
1810年に学校を卒業した後、コーシーはシェルブールの下級技師として職を得た。ナポレオンが海軍基地を建設しようとしていた場所である。コーシーはここで3年間過ごし、ウルク運河建設計画とサンクルー橋建設計画を任され、シェルブール港でも働いた。[ 6 ]管理職として非常に多忙な仕事であったにもかかわらず、彼は3つの数学論文を書き上げる時間を見つけ、フランス学士院のプルミエール・クラス(第一級)に提出した。[ b ]コーシーの最初の2つの論文(多面体に関するもの)は受理されたが、3つ目の論文(円錐曲線の準線に関するもの)は却下された。
1812年9月、23歳の時にコーシーは過労で体調を崩しパリに戻った。[ 6 ]彼が首都に戻ったもう一つの理由は、彼が技術者としての仕事に興味を失いつつあり、数学の抽象的な美しさにますます惹かれていたことであった。パリであれば、数学に関連した職を見つける可能性がはるかに高かったであろう。1813年に彼の健康が回復すると、コーシーはシェルブールに戻らないことを選択した。[ 6 ]彼は正式には技術者としての地位を維持していたが、海軍省の給与支払担当官から内務省に異動になった。その後の3年間、コーシーは主に無給の病気休暇をとっていたが、数学(対称関数、対称群、高階代数方程式の理論などの関連トピック)の研究に有意義な時間を費やした。彼は1813年から1815年にかけて、フランス学士院の一級入学を試みたものの、三度も不合格となった。1815年、ナポレオンはワーテルローの戦いで敗北し、新たに即位したルイ18世が国王の復権に着手した。 1816年3月、科学アカデミーが再建された。ラザール・カルノーとガスパール・モンジュは政治的な理由でアカデミーから追放され、国王は彼らの後任としてコーシーを任命した。コーシーの同僚たちの反応は厳しく、アカデミーへの入会は暴挙とみなされ、科学界に多くの敵を作った。
1815年11月、エコール・ポリテクニークの准教授であったルイ・ポワンソは、健康上の理由で教職を免除された。コーシーは当時、数学界の新星として目覚ましい活躍を見せていた。当時の彼の偉大な業績の一つは、フェルマーの多角形定理の証明であった。彼はエンジニアの職を辞し、エコール・ポリテクニークの2年生に数学を教える1年間の契約を得た。1816年、このボナパルティストの非宗教的な学校は再編され、数人のリベラルな教授が解雇された。コーシーは教授に昇進した。
コーシーは28歳になってもまだ両親と暮らしていた。父は息子の結婚を決意し、5歳年下のアロイーズ・ド・ビュールというふさわしい花嫁を見つけた。ド・ビュール家は印刷業と書籍商を営み、コーシーの作品のほとんどを出版していた。[ 8 ]アロイーズとオーギュスタンは1818年4月4日、サン=シュルピス教会で盛大なローマ・カトリックの儀式をもって結婚した。1819年に長女マリー・フランソワーズ・アリシアが生まれ、1823年には次女で最後の娘マリー・マチルドが生まれた。[ 9 ]
1830年まで続いた保守的な政治情勢は、コーシーにとってまさにうってつけだった。1824年、ルイ18世が崩御し、さらに保守的な弟のシャルル10世が後を継いだ。この間、コーシーは非常に多くの数学の著作を残し、重要な数学論文を次々と発表した。彼はコレージュ・ド・フランスとパリ科学学部の兼任教員も務めた。
1830年7月、フランスで七月革命が勃発した。シャルル10世は国外に逃亡し、ルイ・フィリップ1世が後を継いだ。パリのコーシー邸の近くでは、エコール・ポリテクニークの制服を着た学生たちが積極的に参加する暴動が勃発した。
これらの出来事はコーシーの人生の転機となり、彼の数学的生産性に中断をもたらした。政府の崩壊に動揺し、権力を握った自由主義者への深い憎悪に突き動かされたコーシーは、家族を残してフランスを離れ、国外へ向かった。[ 10 ]彼はスイスのフリブールで短期間過ごし、そこで新政権に対する必要な忠誠の宣誓を行うかどうかを決めなければならなかった。彼はこれを拒否したため、誓いの必要のないアカデミー会員以外のパリでの地位をすべて失った。1831年、コーシーはイタリアの都市トリノに行き、しばらく滞在した後、トリノと周辺のピエモンテ州を統治していたサルデーニャ王から、彼のために特別に設けられた理論物理学の教授職のオファーを受け入れた。彼は1832年から1833年までトリノで教鞭をとった。 1831年にスウェーデン王立科学アカデミーの外国人会員に選出され、翌年にはアメリカ芸術科学アカデミーの外国人名誉会員に選出された。[ 11 ]
1833年8月、コーシーはトリノを離れプラハに向かい、13歳のボルドー公爵アンリ・ダルトワ(1820年 - 1883年)の科学の家庭教師となった。ダルトワは亡命中の皇太子でシャルル10世の孫であった。 [ 12 ]エコール・ポリテクニークの教授として、コーシーは悪名高い下手な講義をしていた。彼の教え子のうち最も優秀な数人しか到達できないレベルの理解力を想定し、割り当てられた時間にあまりに多くの教材を詰め込んでいた。アンリ・ダルトワには数学にも科学にもセンスも才能もなかった。コーシーは自分の使命を非常に真剣に受け止めていたが、非常に不器用で、アンリ・ダルトワに対する権威が驚くほど欠如していた。土木技術者だった頃、コーシーはパリの下水道の修繕を短期間担当したことがあり、そのことを生徒に話すというミスを犯した。アンリ・ダルトワは、コーシーがパリの下水道でキャリアをスタートさせたと、悪意を持って言いふらした。コーシーの家庭教師としての役割は、アンリ・ダルトワが18歳になる1838年9月まで続いた。[ 10 ]コーシーはこの5年間ほとんど研究を行わず、一方、アンリ・ダルトワは生涯にわたる数学嫌いとなった。コーシーは男爵に叙せられ、この称号を非常に重視した。
1834年、妻と二人の娘はプラハに移り、コーシーは4年間の亡命生活を経て家族と再会した。
コーシーは1838年後半にパリに戻り、科学アカデミーの職に就いた。[ 10 ]彼は依然として忠誠の誓いを拒否していたため、教職に復帰することはできなかった。
.jpg/440px-Augustin_Louis_Cauchy_Litho_(cropped).jpg)
1839年8月、経度局に欠員が生じました。この局はアカデミーに類似した点があり、例えば、委員の選任権を有していました。また、局員は正式にはアカデミー会員とは異なり、忠誠の誓いを「忘れる」ことができると考えられていましたが、正式には誓約の義務がありました。経度局は、海上における位置決定、特に経度座標の決定という問題を解決するために1795年に設立された組織です。緯度は太陽の位置から容易に決定できるためです。海上における位置決定には天文観測が最も効果的であると考えられていたため、経度局は天文学アカデミーに似た組織へと発展しました。
1839年11月、コーシーは天文局に選出されたが、宣誓の問題はそう簡単には済まされないことがわかった。宣誓がなければ、国王は選出を承認しなかった。4年間、コーシーは選出されたものの承認されない立場に置かれ、したがって、天文局の正式なメンバーではなく、報酬も受け取れず、会議に参加できず、論文も提出できなかった。それでもコーシーは宣誓を拒否したが、天体力学の研究に研究を向けるだけの忠誠心は持っていた。1840年、彼はこのテーマに関する12本の論文をアカデミーに提出した。彼は、1727年にイギリスでジョン・コルソンによって発表された新機軸である符号付き数字表記について説明し、図示した。この混乱した天文局のメンバーシップは、コーシーがポアンソに代わった1843年末まで続いた。
19世紀を通じて、フランスの教育制度は政教分離をめぐって苦闘していた。公教育制度の支配力を失ったカトリック教会は、独自の教育部門を確立しようと模索し、コーシーを強力かつ著名な盟友と見なした。彼は、パリにあるイエズス会が運営する学校のエコール・ノルマル・エクレジアスティークに、その名声と知識を注ぎ込み、大学の教員を養成した。また、アンスティチュ・カトリックの設立にも参加した。この学校の目的は、フランスにおけるカトリックの大学教育の不在の影響に対抗することだった。こうした活動は、フランス革命の啓蒙主義的理想を総じて支持していた同僚たちの間でコーシーの人気を博すことはなかった。1843年にコレージュ・ド・フランスの数学教授職が空席になったとき、コーシーはそれに応募したが、45票中わずか3票しか得られなかった。
1848年、ルイ・フィリップ国王はイングランドへ逃亡した。忠誠の誓いは廃止され、コーシーにとって学術職への道は開けた。1849年3月1日、彼は理学部の数理天文学教授として復職した。1848年を通して政治的混乱が続いた後、フランスはナポレオン3世大統領の下、共和国となることを選択した。1852年初頭、大統領はフランス皇帝を名乗り、ナポレオン3世を称した。
官僚の間では、大学教授を含むすべての国家公務員に忠誠の誓いを再び義務付けることが有益であるという考えが浮上した。今回は閣僚が皇帝を説得し、コーシーをこの誓いから免除することに成功した。1853年、コーシーはアメリカ哲学協会の国際会員に選出された。[ 13 ]コーシーは67歳で亡くなるまで大学教授を務めた。彼は臨終の儀式を受け、1857年5月23日午前4時に気管支疾患で亡くなった。[ 10 ]
彼の名前はエッフェル塔に刻まれた72の名前のうちの1つです。
コーシーの天才性は、 1805年に彼が発見したアポロニウスの問題(与えられた3つの円に接する円を描画する問題)のシンプルな解法、1811年の多面体に関するオイラーの公式の一般化、そしてその他数々の洗練された問題に表れています。さらに重要なのは、1816年にフランス科学アカデミー大賞を受賞した波動伝播に関する彼の回想録です。コーシーの著作は注目すべきテーマを網羅しています。級数論において彼は収束の概念を発展させ、 q級数の基本公式の多くを発見しました。数と複素量の理論において、彼は複素数を実数の対として初めて定義しました。彼はまた、群論と置換論、関数論、微分方程式と行列式についても著作を残しました。[ 4 ]
光理論においては、フレネルの波動理論と光の分散および偏光に関する研究を行った。また、物質の連続性の原理に代えて幾何学的変位の連続性の概念を導入し、力学の研究にも貢献した。 [ 14 ]棒と弾性膜の平衡、弾性媒体中の波動について著作を残した。彼は、現在コーシー応力テンソルとして知られる3×3対称行列を導入した。[ 15 ]弾性分野では、応力理論の創始者であり、その成果はシメオン・ポアソンの成果に匹敵するほど価値がある。[ 4 ]
その他の重要な貢献としては、フェルマーの多角形定理を初めて証明したことが挙げられます。
コーシーは、複素関数論を独力で発展させたことで最も有名です。コーシーが証明した最初の重要な定理(現在ではコーシーの積分定理として知られています)は次の通りです。
ここでf ( z ) は、複素平面にある自己交差しない閉曲線C ( 輪郭 ) 上およびその内部で正則な複素数値関数である。輪郭積分は輪郭Cに沿って行われる。この定理の基礎は、1814年8月11日に当時24歳だったコーシーが科学アカデミー(当時はまだ「研究所第一期生」と呼ばれていた)に提出した論文に既に見出すことができる。この定理の完全な形は1825年に示された。[ 16 ]
1826年、コーシーは関数の留数の正式な定義を与えた。 [ 17 ]この概念は、極、つまり孤立した特異点、つまり関数が正または負の無限大に向かう点を持つ関数に関するものである。複素数値関数f ( z )が 特異点aの近傍で次のように 展開できるとすれば、
ここで φ( z ) は解析的(すなわち、特異点がなく振る舞いが良い)であるとき、fは点aにn位の極を持つという。n = 1 のとき、極は単純極と呼ばれる。係数B 1は、コーシーによって関数fのaにおける留数と呼ばれる。fがaにおいて特異でないとき、 fの留数はaにおいて 0 である。明らかに、単純極の場合の留数は
ここで、 B 1 を剰余の現代的な表記法に 置き換えました。
1831年、トリノ滞在中にコーシーはトリノ科学アカデミーに2つの論文を提出した。最初の論文[ 18 ]では、現在コーシーの積分公式として知られる公式を提案した。
ここでf ( z ) はC上で解析的であり、かつCの輪郭線で囲まれた領域内にあり、複素数aはこの領域内のどこかにある。輪郭線積分は反時計回りに行われる。明らかに、被積分関数はz = aに単極を持つ。2番目の論文[ 19 ]では、彼は留数定理を提示した。
ここで、和は曲線 C上および曲線C内のf ( z )のn極すべてにわたってとります。コーシーのこれらの結果は、今日でも物理学者や電気技術者に教えられている複素関数論の中核を成しています。コーシーの同時代人は、彼の理論が複雑すぎると考え、長い間無視していました。1840年代になってようやくこの理論は反響を呼び始め、ピエール・アルフォンス・ローランがコーシー以外で初めて実質的な貢献を果たした数学者となりました(1843年に出版された、現在ローラン級数として知られるものに関する研究)。

コーシーは著書「解析学講座」で解析における厳密さの重要性を強調した。この場合の厳密さとは、代数学の一般性原理(オイラーやラグランジュといった先人たちの原理)を否定し、幾何学と無限小に置き換えることを意味した。[ 20 ]ジュディット・グラビナーはコーシーを「ヨーロッパ中に厳密な解析を教えた人物」と書いた。[ 21 ] この本は、不等式や議論が微積分学に初めて導入された本としてよく知られている。ここでコーシーは連続性を次のように定義した。関数 f(x) が与えられた極限値の間で x に関して連続であるとは、これらの極限値の間で変数の無限小増分が常に関数自体の無限小増分を生み出すことを意味する。
M.バラニーは、エコールがコーシーの良識に反して微小手法の導入を義務付けたと主張している。[ 22 ]ジランは、1825年に代数解析 のカリキュラムの部分が削減されたとき、コーシーは連続関数(したがって微小数も)の話題を微分積分学の冒頭に置くことを主張したと指摘している。[ 23 ]ラウグヴィッツ(1989)とベニス・シナサー(1973)は、コーシーが1853年まで自身の研究で微小数を使い続けていたことを指摘している。
コーシーは、ゼロに向かう数列を用いて無限小を明示的に定義しました。コーシーの「無限小量」という概念については、膨大な文献が書かれており、それらは通常の「イプシロンティック」定義から非標準解析の概念に至るまで、あらゆるものから導かれると主張しています。コーシーは、自身が用いた無限小量の正確な意味を明確にするために、重要な概念を省略、あるいは暗黙のうちに残したというのが、コンセンサスです。[ 24 ]
彼はテイラーの定理を厳密に証明した最初の人物であり、剰余のよく知られた形を確立した。[ 4 ]彼はエコール・ポリテクニークの学生のために教科書[ 25 ](図を参照)を執筆し、その中で数学解析学の基本定理を可能な限り厳密に展開した。この本で彼は、現在でも教えられている形で極限の存在のための必要十分条件を与えた。また、コーシーの絶対収束の有名なテストである「コーシー凝縮テスト」もこの本に由来する。 1829年、彼は別の教科書で複素変数の複素関数を初めて定義した。[ 26 ]それにもかかわらず、コーシー自身の研究論文では、厳密な方法ではなく直感的な方法がよく使用されていた。[ 27 ]そのため、彼の定理の1つはアーベルによる「反例」にさらされ、後に一様連続性の概念の導入によって修正された。
コーシーの死の2年前の1855年に発表された論文で、彼はいくつかの定理を論じました。そのうちの一つは、現代の複素解析の多くの教科書に記載されている「議論の原理」に類似しています。現代の制御理論の教科書では、コーシーの議論の原理はナイキスト安定条件の導出に頻繁に用いられており、この条件は負帰還増幅器や負帰還制御系の安定性を予測するために用いられます。このように、コーシーの研究は純粋数学と実用工学の両方に大きな影響を与えました。

コーシーは非常に多作で、論文数ではレオンハルト・オイラーに次ぐものでした。彼の著作すべてを27冊の大巻にまとめるのに、ほぼ1世紀を要しました。
彼が数学科学にもたらした最大の貢献は、彼が導入した厳密な手法にあります。これらは主に、彼の 3 つの偉大な論文にまとめられています。
その他の作品は以下のとおりです。
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク){{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)オーギュスタン=ルイ・コーシーは、熱心な王党派の家庭で育ちました。そのため、フランス革命の際、父親は家族と共にアルクイユへ逃れました。当時の生活は苦しかったようで、オーギュスタン=ルイの父ルイ・フランソワは、当時、米、パン、クラッカーだけで暮らしていたと語っています。ルイ・フランソワがルーアンの母に宛てた日付不明の手紙には、次のような一節があります。[ 28 ]
パンは半ポンド(230グラム)以上食べたことがありませんでした。時にはそれさえない時もありました。私たちは割り当てられた少量のハードクラッカーと米でそれを補っています。それ以外は、私たちはうまくやっています。それが重要なことであり、人間は少ないものでやっていけるということを示しています。子供たちのおやつ用に、自分の土地で育てた小麦から作った上質の小麦粉がまだ少し残っています。3ブッシェル持っていました。また、ジャガイモのでんぷんも数ポンドあります。それは雪のように白くて、特に小さな子供たちにとても良いです。これもまた自分の土地で育てたものです。[ 29 ]
いずれにせよ、彼は父の頑固な王権主義を受け継いでいたため、シャルル10世の打倒後はいかなる政府にも宣誓することを拒否した。
彼は同様に熱心なカトリック教徒であり、聖ヴァンサン・ド・ポール会の会員でもありました。[ 30 ]彼はイエズス会とも繋がりがあり、政治的に賢明でないとされた時期にはアカデミーでイエズス会を擁護しました。彼の信仰への熱意は、シャルル・エルミートの病床を看病し、エルミートを敬虔なカトリック教徒へと導いたことにつながったのかもしれません。また、アイルランド大飢饉の際にアイルランド人のために弁護するコーシーの心にも影響を与えました。
彼の王党派と宗教的熱意は彼を論争好きにさせ、同僚との軋轢を招いた。彼は自分の信念ゆえに不当に扱われていると感じていたが、反対派は彼が宗教問題で人々を非難したり、弾圧されたイエズス会を擁護したりすることで、意図的に人々を挑発していると感じていた。ニールス・ヘンリク・アーベルは彼を「偏屈なカトリック教徒」[ 31 ]と呼び、「狂っていて、どうすることもできない」と付け加えたが、同時に数学者としては称賛していた。コーシーの見解は数学者の間で広く不評であり、彼より前に数学教授に就任したグリエルモ・リブリ・カルッチ・ダラ・ソマヤが教授職に就いた際、彼をはじめとする多くの人々は彼の見解が原因だと感じていた。リブリが書籍窃盗の容疑で告発されると、コーシーではなくジョゼフ・リウヴィルが教授職に就き、これがリウヴィルとコーシーの間に亀裂を生じさせた。政治的な色合いを帯びたもう一つの論争は、ジャン=マリー・コンスタン・デュアメルと非弾性衝撃に関する主張をめぐるものであった。コーシーは後にジャン=ヴィクトル・ポンスレによって誤りであることが証明された。
{{citation}}: CS1 maint: ISBNによる作業パラメータ(リンク)