解析几何
现在我们转向解析几何在这一时期所取得的成就 。 正如蒙日大概是第一个专攻一般意义上的几何学的现代数学家 , 尤利乌斯·普吕克成了第一个专攻特殊意义上的解析几何的数学家 。 他坚定地相信 , 代数学方法大大优于蓬斯莱和施泰纳的纯几何方法 。 19世纪初 , 很多人都认识到了 , 解析几何被代数计算
的交点的圆族简单地写作:
使用了两个参数或乘数m和m' 。 拉梅似乎是通过简记法来研究单参数族解析几何的创始者 , 但正是普吕克 , 把这项研究带到了最远 。
普吕克还发现了一种新的坐标系 , 就是我们所说的齐次坐标 , 费尔巴哈是它的发明者之一 。 另一个发明者是A.F.莫比乌斯 , 他是这样提出了自己的“重心坐标”:考虑一个给定的三角形ABC , 定义点P的坐标 , 使得当你把一个质点放在A、B和C上时 , P是这些质点的重心 。 莫比乌斯对变换进行了分类 , 所依据的是全等、相似、仿射(对应图形保持平行线)和直射 , 并暗示了在每一个变换族下不变性的研究 。 然而 , 莫比乌斯之所以被人们记住 , 是因为“莫比乌斯带” 。
齐次坐标是在几何算术化的方向上跨出的一大步 , 但在1829年 , 普吕克提出了一个革命性的观点 , 与笛卡尔把坐标视为线段的古老观点彻底决裂 。 齐次坐标系中一条直线的方程具有这样的形式:
三个参数系数(a , b , c)决定了平面上的唯一一条直线 , 正如齐次坐标(x , y , t)对应于平面上的唯一一点一样 。 由于这些坐标是数 , 因此跟系数并无不同 , 普吕克认识到 , 可以修改通常的语言 , 把齐次坐标(a , b , c)称作一条直线 。 最后 , 如果把笛卡尔的惯例颠倒过来 , 用字母表中开头的字母代表变量 , 用末尾的字母代表常量 , 则方程ax+by+ct=0就代表了一束通过固定点(x , y , t)的直线 , 而不是固定直线(a , b , c)上的一束点 。 现在 , 如果你考虑意义不明确的方程pu+qv+rw=0 , 则有一点很清楚:你可以毫不在乎地把这个方程视为固定直线(p , q , r)上的点(u , v , w)的总和 , 或者视为通过固定点(u , v , w)的直线(p , q , r)的总和 。
普吕克发现了几何学对偶原理的分析学等价物;现在 , 有一点已经很清楚:纯几何曾经徒然寻找的理由在这里已由代数学的观点提供 。 “点”和“直线”这两个词的互换 , 只不过相当于关于量p、q、r和u、v、w的“常量”和“变量”这两个词的互换而已 。 从代数位置的对称性来看 , 很显然 , 关于pu+qv+rw=0的每一个定理都直接以两种形式出现 , 互为对偶 。
此外 , 普吕克还证明了 , 每一条曲线(不同于直线)都可以被视为有双重来源:它是一条由一个移动的点所产生的轨迹并被一条移动的直线所包围 , 该点不断沿着该直线移动 , 同时该直线继续围绕该点旋转 。 说来也怪 , 在点坐标中一条曲线的次数(曲线的“阶”)未必跟线坐标中曲线的次数(曲线的“类”)一样 , 而且 , 普吕克的伟大成就之一是4个用他的名字命名的方程的发现 , 把曲线的类和阶与曲线的奇点联系起来了:
式中m是类 , n是阶 , δ是节点数 , κ是歧点数 , ι是平稳切线(拐点)数 , τ是双切线数 。 从这些方程一眼就可以看出:一条圆锥曲线(或二阶曲线)可以没有奇点 , 因此必定也是二类曲线 。
在1831年 , 普吕克把对偶原理扩展到了三维 , 在三维空间里 , 一个平面的齐次坐标(a , b , c , d)与一个点的齐次坐标(x , y , z , t)之间的关系表明 , 三维空间里一个定理的对偶定理是通过“点”和“平面”这两个词的互换而得到的 , “直线”这个词保持不变 。 在后来的论文和专著中 , 普吕克把他的工作扩展到包括笛卡尔虚坐标系和齐次虚坐标系 。 现在 , 证明蓬斯莱定理(所有圆都相交于无穷远处的两个虚点)就是小事一桩了 , 因为 , 点(1 , i , 0)和(i , 1 , 0)都满足方程
不管a、b、c取什么值 。 普吕克还证明 , 圆锥曲线的焦点有这样一个属性:从这些焦点到曲线的虚切线通过上述圆的交点;因此 , 他把高次平面曲线的焦点定义为一个有这一属性的点 。
在笛卡尔和费马的时代 , 以及在蒙日和拉格朗日的时代 , 法国都是解析几何发展的中心 , 但因为普吕克的工作 , 这一领域的领袖地位便跨过了莱茵河 , 转移到了德国 。 然而 , 普吕克在很大程度上是一个在本国没有获得什么荣誉的先知 。 在德国 , 综合方法的捍卫者施泰纳受到了过度的赞美 。 莫比乌斯在解析—综合论战中一直保持中立 , 但雅可比 , 尽管本人是一个运算法则的构建者 , 却加入了施泰纳的阵营 , 反对普吕克 。 灰心丧气的普吕克在1847年从几何学转向了物理学 , 在这一领域 , 他发表了一连串论述磁学和光谱学的论文 。