約翰·伯努利 - 介紹
約翰·伯努利(Johann Bernoulli)是老尼古拉·伯努利(Nikolaus Bernoulli，1623—1708)的第三個兒子，雅格布·伯努利(Jakob Bernoulli)的弟弟．幼年時他父親象要求雅格布一樣，試圖要他去學(xué)經(jīng)商，他認(rèn)為自己不適宜從事商業(yè)，拒絕了父親的勸告．1683年進入巴塞爾大學(xué)學(xué)習(xí)，1685年通過邏輯論文答辯，獲得藝術(shù)碩士學(xué)位．接著他攻讀醫(yī)學(xué)，1690年獲醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位，1694年又獲博士學(xué)位．約翰·伯努利 - 詳細信息
約翰在巴塞爾大學(xué)學(xué)習(xí)期間，懷著對數(shù)學(xué)的熱情，跟其哥哥雅格布秘密學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，并開始研究數(shù)學(xué)．兩人都對無窮小數(shù)學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們首先熟悉了G．W．萊布尼茲(Leibniz)的不易理解的關(guān)于微積分的簡略論述．正是在萊布尼茲的思想影響和激勵下，約翰走上了研究和發(fā)展微積分的道路．
1691年6月，約翰在《教師學(xué)報》(Acta eruditorum)上發(fā)表論文，解決了雅格布提出的關(guān)于懸鏈線的問題．這篇論文的發(fā)表，使他加入了C．惠更斯(Huygens)、萊布尼茲和I．牛頓(Newton)等數(shù)學(xué)家的行列．
1691年秋天，約翰到達巴黎．在巴黎期間他會見了G．F．A．de洛比達(L’Hospital)，并于1691—1692年間為其講授微積分．二人成為親密的朋友，建立了長達數(shù)十年之久的通信聯(lián)系．洛比達以后成為法蘭西最有才能的數(shù)學(xué)家之一．
1691—1692年間，約翰寫了世界上第一本關(guān)于微積分的教科書，積分學(xué)部分于1742年出版，微分學(xué)部分直到1924年才出版．
1693年約翰開始與萊布尼茲建立了通信聯(lián)系，信中就一些數(shù)學(xué)問題交換意見．約翰是萊布尼茲的忠實擁護者，以至被卷入了萊布尼茲與牛頓關(guān)于微積分優(yōu)先權(quán)的爭論，他極力為萊布尼茲辯護，并猛烈地批評甚至嘲笑英國人．法國巴黎科學(xué)院院士P．瓦里尼翁(Varignon)也是約翰的密友，二人之間也進行了通信聯(lián)系．
1695年，約翰獲得荷蘭格羅寧根大學(xué)數(shù)學(xué)教授的職務(wù)．他接受職務(wù)后，工作特別努力，一面認(rèn)真教學(xué)，一面在微積分方面做出了許多新的貢獻．1705年，約翰的哥哥雅格布去世，他去巴塞爾大學(xué)繼任數(shù)學(xué)教授的職務(wù)，致力于數(shù)學(xué)教學(xué)，直到1748年去世．
由于約翰長期的教學(xué)活動和他對數(shù)學(xué)的貢獻，受到當(dāng)時科學(xué)界的高度評價．1699年被選為巴黎科學(xué)院的國外院士；1701年被接受為柏林科學(xué)協(xié)會(即后來的柏林科學(xué)院)的會員；1712年被選為英國皇家學(xué)會的會員；1724年被選為意大利波倫亞科學(xué)院的國外院士；1725年被選為彼得堡科學(xué)院的國外院士．他還在巴塞爾擔(dān)任名譽官職，是地方教育委員會的成員，成為當(dāng)時巴塞爾的知名人物．
約翰由于在力學(xué)、天體力學(xué)、流體力學(xué)方面的研究成果，曾分別于1724年、1730年和1735年三次獲得巴黎科學(xué)院的獎賞．特別是1735年與他的兒子丹尼爾·伯努利(Daniel Bernoulli)共同完成的關(guān)于行星軌道理論的獲獎文章，受到人們的高度重視．
約翰生活在17世紀(jì)下半葉到18世紀(jì)上半葉．這一時期數(shù)學(xué)上最突出的成就就是微積分的發(fā)明與發(fā)展．由微積分的創(chuàng)立，又產(chǎn)生了數(shù)學(xué)的一些重要分支，如微分方程、無窮級數(shù)、微分幾何、變分法等．18世紀(jì)數(shù)學(xué)家的主要任務(wù)是致力于這些學(xué)科分支的發(fā)展，而要完成這些任務(wù)，首先必須發(fā)展、完善微積分本身．約翰就是一個對微積分和與其相關(guān)的許多數(shù)學(xué)分支都做過重要貢獻的人，是18世紀(jì)分析學(xué)的重要奠基者之一．
微積分學(xué) 約翰首先使用“變量”這個詞，并且使函數(shù)概念公式化．1698年他從解析的角度提出了函數(shù)的概念：“由變量x和常數(shù)所構(gòu)成的式子叫做x的函數(shù)”，記作X或ξ，1718年他又改用φx表示x的函數(shù)．記號f(x)是歐拉于1734年才引進的．約翰對一些具體函數(shù)進行過研究，除一般的代數(shù)函數(shù)外，他還引入了超越函數(shù)，即三角函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、變量的無理數(shù)次冪函數(shù)及某些用積分表達的函數(shù)．指出對數(shù)函數(shù)是指數(shù)函數(shù)的反函數(shù)．
約翰對微積分的貢獻主要是對積分法的發(fā)展．他曾采用變量替換來求某些函數(shù)的積分，在1699年的《教師學(xué)報》上給出了用變量替換計算積分
約翰還提出了現(xiàn)在微積分中的一個著名定理——洛比達定理(或法則)，它是用導(dǎo)數(shù)求一個分式當(dāng)分子和分母都趨于零(或無窮大)時的極限的．這個定理是由他的學(xué)生洛比達在1696年編寫的一本非常有影響的微積分教材《無窮小分析》(Analyse des infi－niment petits)中引入的，后稱為洛比達法則．這個法則實際上是1694年約翰給洛比達的信中告訴洛比達的．
1742年約翰出版了他的著作《積分學(xué)教程》(Lections mathe－maties de method integralium)，在這本書中約翰匯集了他在微積分方面的研究成果，他不僅給出了各種不同的積分方法的例子，還給出了曲面的求積，曲線的求長和不同類型的微分方程的解法，使微積分更加系統(tǒng)化．這部著作成為微積分學(xué)發(fā)展中的一本重要著作，在當(dāng)時對于推動微積分的發(fā)展和普及微積分的知識都起了積極的作用．
微分方程 微積分的迅速發(fā)展和應(yīng)用，必然導(dǎo)致了微分方程這門新學(xué)科的誕生．其實微分方程的發(fā)展是與微積分的發(fā)展交織在一起的．約翰在這方面也是一位開拓者．
1691年6月約翰在《教師學(xué)報》上發(fā)表文章，解決了他哥哥雅格布提出的“懸鏈線”問題，即“一根柔軟而不能伸長的繩子自由懸掛于兩固定點，求這繩所形成的曲線”．約翰設(shè)法列出了該問題的微分方程
其中s是由B點到任一點A之間的弧長，而a是A點處繩的張力在水平方向的分量與單位繩長重力的比值．通過解此方程就得到懸鏈線的方程
在此基礎(chǔ)上，約翰與雅格布還在1691—1692年間解決了懸掛著的變密度非彈性軟繩、等厚度的彈性繩、以及在每一點上的作用力都指向一個固定中心的細繩所形成的形狀的問題．
約翰和萊布尼茲在1694年引進了找等交曲線族的問題，即找一曲線或曲線族，使得與已知曲線族相交成給定的角．約翰稱等交曲線為軌線．他將這個問題作為向雅格布的一個挑戰(zhàn)．雅格布只解決了一些特殊的實例，約翰導(dǎo)出了一特殊曲線族的正交軌線的微分方程，并在1698年找到了它的解．這個問題后來由萊布尼茲與雅格布的學(xué)生J．赫曼(Jacob Hermann)得到較完美的解決．
在求解1695年雅格布給出的“伯努利方程”
y′+P(x)y+Q(x)yn=0
1727年，約翰在一篇論文中研究了弦振動問題，考慮一根無重量的彈性弦，在弦上等間隔地放置著n個等質(zhì)量的質(zhì)點，當(dāng)放置6個質(zhì)點時，從而證明了在任何時刻弦的形狀必定是正弦曲線．這一事實也出現(xiàn)在約翰給他的兒子丹尼爾的信中．約翰后來還解決了一個拋射體在阻力正比于速度的任何次冪的介質(zhì)中運動的問題。
變分法 變分法的產(chǎn)生和發(fā)展，最初來自三大問題：最速降線問題，等周問題和測地線問題．約翰在這些問題的研究中都做出了貢獻．
約翰在1696年6月號的《教師學(xué)報》上提出了一個作為向雅格布和歐洲數(shù)學(xué)家挑戰(zhàn)的題目：設(shè)不在同一鉛直線上的兩點A與B，使一質(zhì)點只在重力的影響下從A點滑向B點，求所需時間最短的途徑(摩擦和空氣阻力不計)．這就是最速降線問題．對這個問題，牛頓、萊布尼茲、洛比達、雅格布·伯努利和約翰·伯努利都得到了正確的解答．最速降線是一條聯(lián)結(jié)A，B兩點的上凹的旋輪線(又稱圓滾線或擺線)．他們的答案相同，而解法各異．除雅格布的解法外，其他人的解法都發(fā)表在1697年5月號的《教師學(xué)報》上．后來歐拉和J．L．拉格朗日(Lagrange)給出了這類問題的一般解法．在這個問題的解決過程中，顯示了約翰的才能，他是通過機靈的直覺解決這個問題的．他將這一機械問題，通過已有的費馬最小時間原理的分析轉(zhuǎn)化為光學(xué)問題，從光的折射定律推出了旋輪線的微分方程．雅格布從另一個角度給出了一個較麻煩但更一般的解法．伯努利兄弟對旋輪線是最速降線問題的解感到驚奇和振奮，約翰說：“我們之所以欽佩惠更斯，是因為他首先發(fā)現(xiàn)了在一個旋輪線上的大量質(zhì)點下落，它們總是同時到達，與質(zhì)點的起始位置無關(guān)緊要．然后，當(dāng)你聽到我肯定說旋輪線就是惠更斯的等時曲線的時候，可能驚訝得簡直發(fā)呆．等時曲線是最速降線我們看得很清楚．”
在1697年5月號的《教師學(xué)報》上，雅格布·伯努利提出了一個含幾種情形的相當(dāng)復(fù)雜的等周問題(即在給定周長的所有封閉曲線中求一條曲線，使得它所圍的面積最大)，作為向約翰的挑戰(zhàn)．約翰開始過低地估計了這個問題的復(fù)雜性，沒有弄清這個變量問題的特性，所以在1697年和1701年兩次給出的解答都沒有得到成功，這受到了雅格布無情的批評．1700年5月雅格布在《教師學(xué)報》上發(fā)表了關(guān)于等周問題的解，指出這條曲線是一個圓．1718年，約翰繼續(xù)研究了等周問題，他沿著雅格布的思路，改進了雅格布的解法，在《科學(xué)院論文集》(Memoires de l’Académie dessciences)中約翰的論文給出了一個精確的、形式上漂亮的等周問題的解法．這篇論文包含了關(guān)于變分法的現(xiàn)代方法的核心，提出了變分法的一些概念，奠定了變分法的基礎(chǔ)．
約翰與他的哥哥雅格布還對測地線問題進行了研究．測地線是指曲面上兩點間長度最短的路徑．1697年，約翰在《博學(xué)雜志》(Journal des scavans)中，提出了在凸曲面上求兩點間的最短弧問題，1698年8月26日，他還寫信給萊布尼茲，談到他覺察到的測地線的特有的性質(zhì)．1698年，雅格布解決了錐面和旋轉(zhuǎn)面上的測地線問題，1728年約翰又用雅格布的方法取得了一些進展，并且求得了另外幾類曲面的測地線．由于在最速降線問題、等周問題及測地線問題的研究中約翰的出色工作，使之成為變分法的先驅(qū)者之一．
此外，約翰在數(shù)學(xué)的其他領(lǐng)域，如解析幾何等學(xué)科中，也做過一些有益的工作．1715年約翰在給萊布尼茲的信中引進了現(xiàn)在通用的用三個坐標(biāo)平面建立空間坐標(biāo)系的方法，提出了用三個坐標(biāo)變量的方程表示曲面的方法．
力學(xué) 約翰不僅在純數(shù)學(xué)方面做了大量的工作，而且他在把微積分應(yīng)用到物理學(xué)特別是力學(xué)和天體力學(xué)方面所作的著述，也有很高的價值．
約翰對一些力學(xué)上的概念作出了準(zhǔn)確的解釋．1714年，他發(fā)表了《軍艦操作技術(shù)原理》(Theorie de la manoeuvre des vaisse-aux)，在這本書中，他澄清了笛卡兒理論中關(guān)于力與“能量”(當(dāng)時稱為vis viva)的混亂．1715年，他又提出了所謂虛擬(virtual)速度原理。
727年，他發(fā)表了論文“論運動的交換規(guī)律”(Discourssur leslois de la communication du mouvement)，在這篇論文中，討論了行星的橢圓軌道和行星軌道的傾斜度．但是在引力理論方面，由于他的偏見，不支持牛頓的理論，而且為笛卡兒的旋渦理論辯護，推遲了牛頓力學(xué)在歐洲大陸的傳播．
在實驗物理方面，他研究了光學(xué)現(xiàn)象，提出了焦散面理論．在1692年的《教師學(xué)報》中，他得到了某些焦散面方程，例如當(dāng)一束平行光線投射到球面鏡上時，從球面上反射出來的光線的焦散面方程．他還把最速降線問題的研究擴展到了可以確定光線在各種不同密度的介質(zhì)中所通過的路徑．他還研究了弦振動問題及水力學(xué)等問題，提出過二階甚至三階的方程．
約翰·伯努利是17—18世紀(jì)在歐洲有影響的數(shù)學(xué)家．約翰在他的科學(xué)生涯中，采用通信等方式與其他科學(xué)家建立了廣泛的聯(lián)系，交流學(xué)術(shù)成果，討論和辯論一些問題，這是他學(xué)術(shù)活動的一大特點．他與110位學(xué)者有通信聯(lián)系，進行學(xué)術(shù)討論的信件大約有2500封，這大大促進了學(xué)術(shù)的發(fā)展．約翰一生另一特點是致力于教學(xué)和培養(yǎng)人才的工作，他培養(yǎng)出一批出色的數(shù)學(xué)家，其中包括18世紀(jì)數(shù)學(xué)界中心人物歐拉，這不能不說是約翰·伯努利的功績之一．