法國數學家、物理學家:傳立葉
如果是讀工科的人在微分方程(或者工程數學)中會常常用到他的一個轉換就名為傅立葉轉換。
傅立葉轉換用途有多廣呢?傳聞傅立葉曾誇口說他可以用sin及cos這兩個函數就模擬出世界上的所有函數。
儘管對於“所有”這是做不到的,但卻也是幾乎了,而這樣的轉換也處處藏身在我們生活中。例如mp3之所以可以將5、60mb的音樂壓成3-5mb的大小,就是拜此轉換所賜
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約瑟夫·傅立葉男爵
(法語:Joseph Fourier,1768年3月21日-1830年5月16日),法國數學家、物理學家,提出傅立葉級數,並將其應用於熱傳導理論與振動理論,傅立葉變換也以他命名。他被歸功為溫室效應的發現者。
生平
約瑟夫·傅立葉於1768年3月21日在法國約訥省歐塞爾出生。幼年時父母雙亡,所以很小便被送入天主教本篤會接受教育,之後考入巴黎高等師範學校,畢業後在軍隊中教授數學。1795年他到巴黎高等師範學校教書,之後又任聘為巴黎綜合理工學院教授。
1798年他跟隨拿破崙東征,被任命為下埃及的總督。由於英國艦隊對法國人進行了封鎖,所以他受命在當地生產軍火為遠征部隊提供軍火。這個時期,他向開羅埃及學院遞交了幾篇有關數學的論文。1801年,拿破崙遠征軍隊失敗後,他便被任命為伊澤爾省長官。1809年被封為男爵。1816年他回到巴黎,六年後他當選了科學院的秘書,並發表了《熱的分析理論》一文,此文是建立在牛頓的熱傳導理論的速率和溫度差成正比的基礎上。
1830年5月16日他病逝於巴黎,1831年他的遺稿被整理出版成書。
熱的解析理論
1822年傅立葉提出了他在熱流上的作品:《熱的解析理論》(Théorie analytique de la chaleur)。他的推理的基礎是牛頓冷卻定律,即兩相鄰分子的熱流和它們之間非常小的溫度差成正比。56年後,於1878年,這本書被Freeman翻譯與校正成英文版本。讓·加斯東·達布又將這本書加以編輯校對,於1888年重新以法文出版。
這本著作有三個重要貢獻,一個是純粹的數學,兩個實質上是物理。在數學中,傅立葉聲明,一個變數的任意函數,不論是否連續或不連續,都可展開為正弦函數的級數,而這正弦函數的參數為變數的倍數。雖然這個結果是不正確的,傅立葉正確地察覺,有些不連續函數是無窮級數的總和。這察覺是一個重大數學突破。約瑟夫·拉格朗日曾給予了這個(錯誤的)定理一些特別的例子,並暗示這是一般的方法,但他沒有繼續跟蹤這題目。約翰·狄利克雷最先給出,在有限制條件下,對於這結果滿意的示範。
這本書的一個物理貢獻是方程式兩邊必須具有相同量綱的概念,即指當方程式兩邊的量綱匹配時,方程式才有可能正確。這樣,傅立葉在量綱分析做出重要貢獻。另外一個物理貢獻是傅立葉給出的關於熱能的傳導擴散的偏微分方程式。現在,每一位學習數學物理的學生都會學到這方程式。
確定的方程式
傅立葉關於確定方程式的著作並未完成,克勞德-路易·納維將這著作加以編輯,並且在1831年出版。在這著作裡面有許多原創的研究。弗朗索瓦·布丹(François Budan)於1807年和1811年發表的布丹定理(Budan's theorem)並沒有給出令人滿意���示範,這定理後來是以傅立葉為命名。傅立葉的證明與通常在教科書裏給出的一模一樣。1829年,雅克·施圖姆給出這問題的最終解答。
「溫室效應」的發現
1820年,傅立葉計算出,一個物體,如果有地球那樣的大小,以及到太陽的距離和地球一樣,如果只考慮太陽輻射的加熱效應,那這物體應該比地球實際的溫度更冷。他試圖尋找其它熱源。[2][3]雖然傅立葉最終建議,星際輻射或許佔了其它熱源的一大部分,但他也考慮到另一種可能性:地球大氣層可能是一種隔熱體。這種看法被廣泛公認為是有關現在廣為人知的「溫室效應」第一次被提出。[4]
傅立葉在他的文章提到了奧拉斯-貝內迪克特·德索敘爾的實驗。在一個瓶子內部,黏貼滿了黑色軟木,在軟木間,德索敘爾平擺置入幾片透明的玻璃,在玻璃與玻璃之間有用來隔熱的空氣。正午的陽光可以從透明玻璃的頂部射入。這個裝置內部的溫度變得更高。傅立葉認為在大氣中的氣體可形成穩定的隔熱氣,如同玻璃之間的空氣。這結論可能導致後來使用溫室效應明指決定大氣溫度的過程。傅立葉指出,在實際決定溫度的機制裏,會存在大氣對流因素,但在德索敘爾的實驗裝置裏不會出現對流。[5]
- Aug 28 Wed 2013 14:50
數學家的故事
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參考資料
约瑟夫·傅里叶
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