Трудно перечислить всех учёных, открытия которых изучаются в современной «школьной» математике. Но есть два математика, которые сделали для неё больше других: это Евклид и Виет.

Французский математик Франсуа Виет вошёл в историю науки создателем системы алгебраической символики, на основе которой он усовершенствовал теорию алгебраических уравнений. Учёного даже называют «отцом современной алгебры».

Виет первым стал обозначать буквами не только неизвестные величины, но и данные, т.е. коэффициенты уравнений. Тем самым ему удалось внедрить в науку великую мысль о возможности выполнять алгебраические преобразования над символами, т. е. ввести понятие математической формулы.

Этим он внёс решающий вклад в создание буквенной алгебры, чем завершил развитие математики эпохи Возрождения и подготовил почву для появления фундаментальных результатов титанов науки Нового времени – Декарта, Ферма, Ньютона и Лейбница.

«Гении рождаются в провинции, а умирают в столице»

Франсуа Виет родился в 1540 году на юге Франции в небольшом городке Фантене-ле-Конт, что находится в 60 км от Ла-Рошели, бывшей в то время оплотом французских протестантов-гугенотов. Большую часть жизни он прожил рядом с виднейшими руководителями этого движения, хотя сам оставался католиком. По-видимому, религиозные разногласия учёного не волновали.

Отец Виета был прокурором. По традиции сын выбрал профессию отца и стал юристом, окончив университет в Пуату. В 1560 году двадцатилетний адвокат начал свою карьеру в родном городе, но через три года перешёл на службу в знатную гугенотскую семью де Партене. Он стал секретарём хозяина дома и учителем его дочери, двенадцатилетней Екатерины. Именно преподавание пробудило в молодом юристе интерес к математике.

Когда ученица выросла и вышла замуж, Виет не расстался с её семьёй, и переехал с нею в Париж, где ему было легче узнать о достижениях ведущих математиков Европы.

С некоторыми учёными Виет познакомился лично. Так, он общался с видным профессором Парижского университета Пьером Рамусом, а с крупнейшим математиком Италии Рафаэлем Бомбелли вёл дружескую переписку.

В 1571 году Виет перешёл на государственную службу, став советником парламента, а затем советником короля Франции Генриха III.

В ночь на 24 августа 1572 года в Париже произошла массовая резня гугенотов католиками, так называемая Варфоломеевская ночь. В ту ночь вместе со многими гугенотами погибли муж Екатерины де Партене и математик Пьер Рамус. Во Франции началась гражданская война.

Через несколько лет Екатерина де Партене снова вышла замуж. На сей раз её избранником стал один из видных руководителей гугенотов – принц де Роган. По его ходатайству в 1580 году Генрих III назначил Виета на важный государственный пост рекетмейстера, который давал право контролировать от имени короля выполнение распоряжений в стране и приостанавливать приказы крупных феодалов.

Находясь на государственной службе, Виет оставался учёным. Он прославился тем, что во время франко-испанской войны сумел расшифровать код перехваченной переписки короля Испании с его представителями в Нидерландах, благодаря чему король Франции был полностью в курсе действий своих противников. Код был сложным, содержал до 600 различных знаков, которые периодически менялись. Испанцы не могли поверить, что кому-то удалось расшифровать их код, и обвинили французского короля в связях с нечистой силой. Они даже жаловались римскому папе и просили его уничтожить эту «дьявольскую силу», а также казнить того, кто раскрыл их тайны.

К этому времени относятся свидетельства современников Виета о его огромной трудоспособности. Будучи чем-то увлечён, учёный мог работать по трое суток без сна.

В 1584 году из-за придворных интриг (по настоянию герцога Гиза, претендента на трон короля Франции) Виета отстранили от должности и выслали из Парижа. Именно на этот период приходится пик его научного творчества.

Обретя неожиданный покой и отдых, учёный поставил своей целью создание всеобъемлющей математики, позволяющей решать любые задачи. У него сложилось убеждение в том, «что должна существовать общая, неизвестная ещё наука, обнимающая и остроумные измышления новейших алгебраистов, и глубокие геометрические изыскания древних».

В 1589 году, после убийства Генриха Гиза по приказу короля, Виет возвратился в Париж. Но в том же году король Генрих III был убит монахом – приверженцем Гизов. Формально французская корона перешла к Генриху Наваррскому – главе гугенотов. Но лишь после того, как в 1593 году этот правитель принял католичество, в Париже его признали королем Генрихом IV. Так был положен конец кровавой и истребительной религиозной войне, долгое время оказывавшей влияние на жизнь каждого француза, даже вовсе не интересовавшегося ни политикой, ни религией.

Подробности жизни Виета в тот период неизвестны, что само по себе говорит о его желании оставаться в стороне от кровавых дворцовых событий. Известно только, что он перешёл на службу к Генриху IV, находился при дворе, был ответственным правительственным чиновником и пользовался огромным уважением как математик.

Умение решать алгебраические задачи при помощи геометрии и тригонометрии принесло Виету славу победителя турнира лучших математиков того времени. Голландский математик Адриан ван Роомен предложил математикам всего мира решить уравнение 45-й степени с числовыми коэффициентами. Французским математикам он не послал свой вызов, как бы намекая на то, что во Франции нет математиков, способных справиться с этой задачей.

По преданию, посол Нидерландов сказал об этом на приёме у короля Франции Генриха IV. Это был интеллектуальный вызов всем французам, и король, на службе у которого в то время состоял Виет, воскликнул: «И всё же у меня есть математик, и весьма выдающийся. Позовите Виета!».

Наступил момент истины для Виета – учёный тут же, в присутствии короля и посла, нашёл один корень, а на следующий день нашёл ещё 22 положительных корня предложенного уравнения. Это был настоящий успех мирового уровня, принесший славу Франции и Виету.

В последние годы жизни Виет ушёл с государственной службы, но продолжал интересоваться наукой. Известно, например, что он вступил в полемику по поводу введения нового, григорианского календаря в Европе. И даже хотел создать свой календарь.

В мемуарах некоторых придворных Франции есть указание, что Виет был женат, что у него была дочь, единственная наследница имения, по которому Виет звался сеньор де ла Биготье.

Незадолго до смерти Виет заболел и отошёл от работы. Существует версия, согласно которой агенты инквизиции всё-таки отомстили за расшифрованные коды и тайно убили учёного...

В придворных новостях маркиз Летуаль писал «…13 декабря 1603 г. господин Виет, рекетмейстер, человек большого ума и рассуждения и один из самых учёных математиков века умер в Париже, имея, по общему мнению, 20 тысяч экю в изголовье. Ему было более 60 лет».

Юрист увлекается математикой и становится «отцом алгебры»

 

Хотя по образованию Виет был юристом, но всё же по призванию он, несомненно, был учёным. Его увлекали естественные науки, прежде всего астрономия, и он начал совершенствовать систему мира, созданную Птолемеем. Для этого нужно было хорошо знать математику. Поэтому вся работа над математикой должна была стать подготовкой к созданию большого астрономического трактата, который в силу разных причин так и не был написан. Мир математики оказался безграничным и таил в себе не меньше загадок, чем космос. Их хватило на всю жизнь.

Виет всё свободное время отдавал математике, которой увлекался настолько, что иногда, решая какую-то проблему, не спал несколько суток подряд.

В своих математических трудах Виет, кроме усовершенствования алгебраической символики, развил теорию решения уравнений, расширил круг применения алгебры в геометрии, а также тригонометрии в алгебре и значительно содействовал развитию тригонометрии.

Ещё с конца 15 столетия происходил переход от словесной (риторической) алгебры к алгебре символической, вначале при помощи сокращения слов, а затем и введения специальных символов. Виет, изучая труды итальянских математиков Тартальи и Кардано, ощутил практическое неудобство их формул и несовершенство существующей символики. Недостатком предшественников было также большое количество отдельных случаев. Например, Кардано при решении кубического уравнения рассматривал 66 отдельных случаев, что вызывало огромные трудности для постигающих науку решения уравнений.

Виет обратил внимание на то, что Эвклид в своих трудах иногда обозначал длину отрезка буквой. Это натолкнуло учёного на смелую мысль: подразумевать под буквой также и число как количественную характеристику длины отрезка. Отсюда он сделал вывод, что можно выполнять разные действия не только над числами, но и над величинами, обозначенными буквами.

Для этого он разработал символику, в которой, кроме символов переменных, впервые вводились символы для произвольных величин, т.е. параметров. Виет ввёл термин «коэффициент». Его символика была ещё не вполне совершенной, весьма громоздкой. В ней много сокращённых и даже несокращённых слов, сохранилось влияние геометрических представлений.

Однако это был громадный шаг вперёд. Ведь впервые стало возможным записывать уравнения и их свойства с помощью формул. Изложение Виета – это уже не собрание рецептурных правил, а общая теория, связанная, например, с решением уравнений первых четырёх степеней.

Виет показал, что, оперируя символами, можно получить результат, который применяется к любым величинам, т.е. доказал, что возможно решение задачи в общем виде. Это положило начало коренному перелому в развитии алгебры – стало возможным буквенное исчисление, и потому учёного вполне справедливо называют творцом современной алгебры.

Чтобы отчетливее представить себе, в чём суть буквенного исчисления Виета, и почему оно так важно для всей современной алгебры, посмотрим, что представляла собой алгебра до него. Почти все действия и знаки записывались словами, не было и намека на те удобные, почти автоматические правила, которыми сейчас умеет пользоваться каждый ученик.

Из-за отсутствия удобной символики нельзя было записывать и, следовательно, изучать в общем виде алгебраические уравнения или какие-нибудь другие алгебраические выражения. Необходимо было доказать, что существуют такие общие действия над всеми числами, которые от этих самых чисел не зависят.

Виет и его последователи установили, что не имеет значения, будет ли рассматриваемое число количеством предметов или длиной отрезка. Главное, что с этими числами можно производить алгебраические действия и в результате снова получать числа того же рода. Не имеет значения также, известно ли нам число или неизвестно. А если нам не важны цифровая запись или геометрическое истолкование каждого рассматриваемого числа, то все числа как бы однородны, и их можно обозначать какими-нибудь отвлечёнными знаками, например буквами латинского алфавита.

Виет не только ввёл своё буквенное исчисление, но сделал принципиально новое открытие, поставив перед собой цель: изучать не числа, а действия над ними.

Это была удачная мысль, и она стала сразу приносить обильные плоды. Например, вскоре был доказан общий алгебраический закон умножения: умножение отрезков есть та же операция, что и умножение чисел. Появилась возможность записывать алгебраические выражения в виде формул.

Однако у самого Виета алгебраические обозначения, или, как сейчас говорят, алгебраические символы, были мало похожи на наши. Сравните современную запись кубического уравнения: A³ + 3B²A = 2D³ и запись этого же уравнения в обозначениях Виета:

A cubus + B planum 3 in A aequatur D solidum 2.

Как видите, здесь еще очень много слов, но ясно, что эти слова уже играют роль наших символов – так, латинское слово cubus после неизвестного А (неизвестное обозначалось гласной буквой) означает наше «в кубе». Слово aequatur (в переводе на русский – «равный») написано вместо нашего знака «=», умножение обозначено предлогом in (этот предлог – всё, что осталось после сокращения от выражения «взять во столько-то раз больше»). Остальные слова – это следы прошлого, следы того, что и у Виета алгебра ещё не полностью освободилась от посторонних для неё влияний геометрии.

Употребляя для обозначения величин прописные, а не строчные буквы, Виет следовал традиции древних греков. Своей символикой учёный пользовался регулярно; очень часто решение задачи в буквенном виде он сопровождал числовыми примерами. Его символику применяли и некоторые другие математики вплоть до середины 17 ст., среди них знаменитый Пьер Ферма.

Для нас очевидны недостатки обозначений Виета. Неудобным было словесное обозначение степеней; к тому же по-разному обозначались степени неизвестных и степени коэффициентов. Для степеней неизвестных использовались слова: quadratum (квадрат), cubus (куб), а для тех же степеней коэффициентов использовались другие слова: planum (плоскость), solidum (тело).

Трудность, связанная с обозначением степеней, непригодным для распространения на произвольные показатели, выявилась несколько позднее. Но уже и такой способ записи позволил Виету сделать важные открытия при изучении общих свойств алгебраических уравнений.

Виет изложил программу своих исследований в изданном в 1591 году знаменитом трактате «Введение в аналитическое искусство». В нём он перечислил труды, объединённые общим замыслом, которые должны быть изложены на математическом языке новой буквенной алгебры.

Перечисление шло в том порядке, в каком эти труды должны были издаваться, чтобы составить единое целое — новое направление в науке. К сожалению, единого целого не получилось. Трактаты публиковались в совершенно случайном порядке, и многие увидели свет только после смерти Виета. Один из трактатов вообще не найден.

Однако главный замысел учёного замечательно удался – началось преобразование алгебры в мощное математическое исчисление. Само название «алгебра» Виет в своих трудах заменил словами «аналитическое искусство». Он писал в письме к де Партене «Все математики знали, что под алгеброй скрыты несравненные сокровища, но не умели их найти. Задачи, которые они считали наиболее трудными, совершенно легко решаются десятками с помощью нашего искусства».

Основу своего подхода Виет называл видовой логистикой. Следуя примеру древних, он четко разграничивал числа, величины и отношения, собрав их в некую систему «видов». В эту систему входили, например, переменные, их корни, квадраты, кубы, квадрато-квадраты и т.д., а также множество скаляров, которым соответствовали реальные размеры – длина, площадь или объём. Для этих видов Виет дал специальную символику, обозначив их прописными буквами латинского алфавита. Для неизвестных величин применялись гласные буквы, для произвольных коэффициентов – согласные.

Демонстрируя силу своего метода, учёный привел в своих работах запас формул, которые могли быть использованы для решения конкретных задач. Из знаков действий он использовал «+» и «–», знак радикала и горизонтальную черту для деления. Умножение обозначал словом «in». Виет первым стал применять скобки, которые, правда, у него имели вид не скобок, а черты над многочленом. Но многие знаки, введённые до него, он не использовал. Так квадрат, куб и т. д. обозначал словами или первыми буквами слов.

Формулы, пронизывающие века

В теории уравнений, решая уравнения высших степеней, Виет применил метод сведения данного уравнения к неполному уравнению при помощи некоторых подстановок. Он искал только положительные корни и использовал знак черты, поставленной над числовыми или буквенными выражениями, которая имела значение современных скобок.

Развивая результаты Кардано, учёный открыл теорему о зависимости между корнями и коэффициентами уравнения. Виет нашёл соотношение для уравнения произвольной степени, хотя и с условием – для положительных корней. Этой теоремой учёный особенно гордился. Отдельным случаем открытой зависимости является теорема для квадратного уравнения.

Эта знаменитая теорема (формулы Виета), устанавливающая связь коэффициентов многочлена с его корнями, была обнародована в 1591 году. Теперь она носит имя Виета, а сам автор формулировал её так:

«Если В+D, умноженное на А, минус А в квадрате равно ВD, то А равно В или А равно D»

(гласная А в современных обозначениях отвечает неизвестной x, а согласные В и D – коэффициентам p и q квадратного уравнения x² + px + q = 0).

Теорема Виета стала ныне самым знаменитым утверждением школьной алгебры. Если в школьной геометрии первое место прочно удерживает теорема Пифагора, то в школьной алгебре ведущая роль принадлежит формулам Виета: x₁ + x₂ = - p; x₁ x₂ = q.

Эти формулы достойны восхищения, тем более что Виет обобщил их на многочлены любой степени.

Виет не вводил отрицательных и комплексных чисел, но построил своеобразное исчисление треугольников, выдержанное в стиле античной строгости и одновременно равносильное исчислению комплексных чисел. Введённые учёным операции построения по двум данным треугольникам третьего треугольника, как было установлено позже, отвечают операциям умножения и деления комплексных чисел.

Больших успехов достиг учёный и в области геометрии. Применительно к ней он сумел разработать весьма интересные методы. В трактате «Дополнения к геометрии» он стремился создать по примеру древних некую геометрическую алгебру, используя геометрические методы для решения уравнений третьей и четвёртой степеней. Любое уравнение третьей и четвёртой степени, утверждал Виет, можно решить геометрическим методом трисекции угла или построением двух средних пропорциональных.

Математиков в течение столетий интересовал вопрос решения треугольников, т.е. вопрос: как по одним элементам треугольника найти все его другие элементы (стороны и углы). Такого рода задачи диктовались нуждами астрономии, архитектуры, геодезии. У Виета применявшиеся ранее методы решения треугольников приобрели более законченный вид.

Так он первым явно сформулировал в словесной форме теорему косинусов, хотя положения, эквивалентные ей, эпизодически применялись с первого века до нашей эры. Виет дал полное решение треугольников по трём данным элементам. Известный ранее своей трудностью случай решения треугольника по двум данным сторонам и одному из противолежащих им углов получил у Виста исчерпывающий разбор. Было ясно показано, что в этом случае решение не всегда возможно. Если же решение существует, то может быть одно или два.

Глубокое знание алгебры давало Виету большие преимущества. Причём интерес его к алгебре первоначально был вызван приложениями к тригонометрии и астрономии. И тригонометрия щедро отблагодарила автору за оказанную ей помощь. Не только каждое новое применение алгебры давало импульс новым исследованиям по тригонометрии, но и полученные тригонометрические результаты являлись источником важных успехов алгебры.

Виету, в частности, принадлежит вывод формул для синусов и косинусов кратных углов, т.е. формул для sin(mx) и cos(mx), дающих разложения по степеням sinx и cosx.

При составлении обширных таблиц тригонометрических функций Виет с большим искусством применил десятичные дроби. Глубокий интерес к тригонометрии у него был вызван желанием сделать астрономию более точной. Эти знания из тригонометрии Виет с успехом применял как в алгебре, так и в геометрии.

Используя представление о круге как о пределе вписанных в него многоугольников при увеличении числа их сторон, Виет вычислил число π до 18-го знака после запятой (из них 11 знаков оказались верными).

В 1579 г. учёный издал «Математический канон», который содержал таблицы синусов, косинусов, тангенсов, котангенсов, секансов и косекансов.

Виет решил знаменитую задачу, сформулированную геометром Древней Греции Аполлонием Пергcким. По условию этой задачи надо было построить на плоскости окружность, касающуюся к трем данным окружностям, лежащим в этой же плоскости.

Виет опубликовал красивое решение этой задачи, используя лишь циркуль и линейку. Считают, что эту задачу первым решил сам Аполлоний, но, к сожалению, его труд не дошёл до нашего времени. Гордясь найденным решением, Виет называл себя «Аполлонием из Галлии».

Значительным достижением учёного было представление числа π в виде бесконечного произведения. Это был первый случай использования бесконечных произведений, которыми спустя почти два столетия блестяще пользовался Леонард Эйлер.

Как талантливый вычислитель, Виет разработал метод приближённого решения алгебраических уравнений с числовыми коэффициентами, который применялся до конца 17 ст., пока Ньютон не нашёл более совершенный метод.

Непосредственно применение трудов Виета очень затруднялось тяжёлым и громоздким изложением. Из-за этого они полностью не изданы до сих пор. Более или менее полное собрание трудов Франсуа Виета было издано в 1646 году в Лейдене нидерландским профессором математики Франсом ван Схоутеном под названием «Математические сочинения Виета».

Чтение работ Виета, по мнению многих историков науки, затрудняется несколько изысканной формой, в которой повсюду сквозит его большая эрудиция, а также большое количество изобретённых им и совершенно не прижившихся греческих терминов. Потому влияние Виета, столь значительное по отношению ко всей последующей математике, распространялось по Европе и всему миру сравнительно медленно.

Бурно развивающаяся математика наших дней, конечно, использует идеи и методы, во много раз превосходящие по глубине и общности идеи и методы, которые разработал Виет. Но и сейчас для нас интересна и весьма ценна острая и глубокая алгебраическая мысль Виета, который широко распахнул перед математикой двери в новый мир современной алгебры. Будем помнить, что в её основе лежит буквенное исчисление выдающегося математика Франсуа Виета.

Литература:
История математики с древнейших времён до начала ХІХ столетия / Под ред. А.П. Юшкевича. Т.1–3. – М., 1970–1972.
Конфорович А.Г. Колумби математики. – К., 1982.
Шмигевський М.В. Видатні математики. – Х., 2004.

М.В. Шмигевский, кандидат физико-математических наук