Józef Fourier –Joseph Fourier
Józef Fourier | |
|---|---|
 Jean-Baptiste Joseph Fourier
| |
| Urodzić się |
21 marca 1768 |
| Zmarł | 16 maja 1830 (w wieku 62) |
| Narodowość | Francuski |
| Alma Mater | École Normale Supérieure |
| Znany z |
(patrz lista) liczba Fouriera szereg Fouriera transformata Fouriera prawo przewodzenia Fouriera eliminacja Fouriera-Motzkina efekt cieplarniany |
| Kariera naukowa | |
| Pola | Matematyk , fizyk , historyk |
| Instytucje |
École Normale Supérieure École Polytechnique |
| Doradcy akademiccy | Jean-Baptiste Biot Joseph-Louis Lagrange |
| Znani studenci |
Peter Gustav Lejeune Dirichlet Claude-Louis Navier Giovanni Plana |
Jean-Baptiste Joseph Fourier ( / f ʊr i eɪ , - i ər / ; francuski: [fuʁje] ; 21 marca 1768 - 16 maja 1830) był francuskim matematykiem i fizykiem urodzonym w Auxerre i najbardziej znanym z zainicjowania dochodzenia w sprawie Fouriera szeregi , które ostatecznie przekształciły się w analizę Fouriera i analizę harmoniczną oraz ich zastosowanie w problemach wymiany ciepła i wibracji . Na jego cześć nazwano również transformatę Fouriera i prawo przewodnictwa Fouriera . Fourierowi przypisuje się również ogólnie odkrycie efektu cieplarnianego .
Biografia
Fourier urodził się w Auxerre (obecnie w departamencie Yonne we Francji), jako syn krawca . Został sierotą w wieku dziewięciu lat. Fourier został polecony biskupowi Auxerre i dzięki temu wprowadzeniu kształcił się w Zakonie Benedyktynów klasztoru św. Marka. Komisje w korpusie naukowym armii były zarezerwowane dla dobrze urodzonych, a ponieważ nie kwalifikował się, przyjął wojskowy wykładowca z matematyki. Brał znaczący udział w swoim własnym okręgu w promowaniu rewolucji francuskiej , służąc w miejscowym Komitecie Rewolucyjnym. Był krótko więziony podczas Terroru , ale w 1795 roku został powołany do École Normale , a następnie zastąpił Josepha-Louisa Lagrange'a w École Polytechnique .
Fourier towarzyszył Napoleonowi Bonaparte w jego wyprawie do Egiptu w 1798 roku jako doradca naukowy i został mianowany sekretarzem Institut d'Égypte . Odcięty od Francji przez flotę brytyjską, zorganizował warsztaty, w których armia francuska musiała polegać na swojej amunicji wojennej. Wniósł także kilka prac matematycznych do Instytutu Egipskiego (zwanego także Instytutem Kairskim), który Napoleon założył w Kairze , mając na celu osłabienie wpływów brytyjskich na Wschodzie. Po zwycięstwach Brytyjczyków i kapitulacji Francuzów pod dowództwem generała Menou w 1801 r. Fourier wrócił do Francji.
.jpg)
W 1801 roku Napoleon mianował Fouriera prefektem (gubernatorem) departamentu Isère w Grenoble , gdzie nadzorował budowę dróg i inne projekty. Jednak Fourier wcześniej wrócił do domu z wyprawy napoleońskiej do Egiptu, aby wznowić swoje stanowisko akademickie jako profesor w École Polytechnique , kiedy Napoleon zdecydował inaczej w swojej uwadze
... niedawno zmarł prefekt departamentu Isère, chciałbym wyrazić moje zaufanie do obywatela Fouriera, mianując go na to miejsce.
Będąc więc wiernym Napoleonowi, objął urząd prefekta. W Grenoble zaczął eksperymentować z rozchodzeniem się ciepła. Przedstawił swój artykuł O propagacji ciepła w ciałach stałych w Instytucie Paryskim 21 grudnia 1807 r. Przyczynił się także do powstania monumentalnego Description de l'Égypte .
W 1822 roku Fourier zastąpił Jeana Baptiste Josepha Delambre na stanowisku stałego sekretarza Francuskiej Akademii Nauk . W 1830 został wybrany członkiem zagranicznym Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk .
Fourier nigdy się nie ożenił.
W 1830 roku jego podupadłe zdrowie zaczęło zbierać żniwo:
Fourier doświadczył już w Egipcie i Grenoble kilku ataków tętniaka serca. W Paryżu nie można było pomylić się co do pierwotnej przyczyny częstych uduszeń, których doświadczał. Jednak upadek, którego doznał 4 maja 1830 r. podczas schodzenia ze schodów, zaostrzył chorobę w stopniu przekraczającym wszelkie obawy.
Wkrótce po tym wydarzeniu zmarł w swoim łóżku 16 maja 1830 r.
Fourier został pochowany na cmentarzu Père Lachaise w Paryżu, grobowcu ozdobionym motywem egipskim, aby odzwierciedlić jego stanowisko jako sekretarza Instytutu Kairskiego oraz zestawienie Description de l'Égypte . Jego imię jest jednym z 72 nazwisk wyrytych na wieży Eiffla .
Pomnik z brązu został wzniesiony w Auxerre w 1849 roku, ale został przetopiony na potrzeby zbrojeń podczas II wojny światowej. Jego imieniem nazwano Uniwersytet Josepha Fouriera w Grenoble.
Analityczna teoria ciepła
W 1822 roku Fourier opublikował swoją pracę na temat przepływu ciepła w Théorie analytique de la chaleur ( The Analytical Theory of Heat ), w której oparł swoje rozumowanie na prawie chłodzenia Newtona , a mianowicie, że przepływ ciepła między dwiema sąsiednimi cząsteczkami jest proporcjonalny do bardzo mała różnica ich temperatur. Ta książka została przetłumaczona, z „poprawkami” redakcyjnymi, na język angielski 56 lat później przez Freemana (1878). Książka została również zredagowana, z wieloma poprawkami redakcyjnymi, przez Darboux i ponownie opublikowana w języku francuskim w 1888 roku.
W tej pracy były trzy ważne wkłady, jeden czysto matematyczny, dwa zasadniczo fizyczne. W matematyce Fourier twierdził, że każdą funkcję zmiennej, ciągłą lub nieciągłą , można rozwinąć w szeregu sinusów wielokrotności zmiennej. Chociaż wynik ten nie jest poprawny bez dodatkowych warunków, przełomem było spostrzeżenie Fouriera, że niektóre funkcje nieciągłe są sumą nieskończonych szeregów. Kwestia określenia, kiedy szereg Fouriera jest zbieżny, była fundamentalna od wieków. Joseph-Louis Lagrange podał konkretne przypadki tego (fałszywego) twierdzenia i zasugerował, że metoda jest ogólna, ale nie zajmował się tym tematem. Peter Gustav Lejeune Dirichlet był pierwszym, który dał zadowalającą demonstrację tego z pewnymi restrykcyjnymi warunkami. Ta praca stanowi podstawę tego, co jest dziś znane jako transformata Fouriera .
Jednym z ważnych fizycznych wkładów w książkę była koncepcja jednorodności wymiarowej w równaniach; tj. równanie może być formalnie poprawne tylko wtedy, gdy wymiary są zgodne po obu stronach równości; Fourier wniósł ważny wkład w analizę wymiarową . Innym fizycznym wkładem była propozycja Fouriera dotycząca jego równania różniczkowego cząstkowego dla przewodzącej dyfuzji ciepła. Tego równania uczy się teraz każdy student fizyki matematycznej.
Pierwiastki rzeczywiste wielomianów
Fourier pozostawił niedokończoną pracę dotyczącą określania i lokalizowania pierwiastków rzeczywistych wielomianów, którą zredagował Claude-Louis Navier i opublikował w 1831 r. Praca ta zawiera wiele oryginalnych treści - w szczególności twierdzenie Fouriera o pierwiastkach rzeczywistych wielomianów , opublikowane w 1820 r. François Budan , w 1807 i 1811, opublikował niezależnie swoje twierdzenie (znane również pod nazwą Fouriera), które jest bardzo zbliżone do twierdzenia Fouriera (każde twierdzenie jest następstwem drugiego). Dowód Fouriera jest tym, który był zwykle podawany w XIX wieku w podręcznikach teorii równań. Całkowite rozwiązanie problemu podał w 1829 roku Jacques Charles François Sturm .
Odkrycie efektu cieplarnianego
W latach dwudziestych XIX wieku Fourier obliczył, że obiekt wielkości Ziemi i znajdujący się w takiej odległości od Słońca powinien być znacznie zimniejszy niż planeta w rzeczywistości, jeśli zostanie ogrzany tylko przez wpływ napływającego promieniowania słonecznego. W artykułach opublikowanych w 1824 i 1827 roku zbadał różne możliwe źródła dodatkowego obserwowanego ciepła. Ostatecznie jednak, z powodu dużej 33-stopniowej różnicy między jego obliczeniami a obserwacjami, Fourier błędnie sądził, że istnieje znaczny udział promieniowania z przestrzeń międzygwiezdna. Mimo to rozważania Fouriera dotyczące możliwości, że ziemska atmosfera może działać jako swego rodzaju izolator, są powszechnie uznawane za pierwszą propozycję tego, co jest obecnie znane jako efekt cieplarniany, chociaż Fourier nigdy tego tak nie nazwał .
W swoich artykułach Fourier odniósł się do eksperymentu de Saussure'a , który wyłożył wazon poczerniałym korkiem. Do korka włożył kilka tafli przezroczystego szkła, oddzielonych odstępami powietrza. Południowe światło słoneczne mogło wpadać przez górną część wazonu przez szklane tafle. Temperatura stała się bardziej podwyższona w bardziej wewnętrznych przedziałach tego urządzenia. Fourier doszedł do wniosku, że gazy w atmosferze mogą tworzyć stabilną barierę, taką jak tafle szkła. Wniosek ten mógł przyczynić się do późniejszego użycia metafory „efektu cieplarnianego” w odniesieniu do procesów determinujących temperatury atmosferyczne. Fourier zauważył, że rzeczywiste mechanizmy określające temperaturę atmosfery obejmowały konwekcję , której nie było w eksperymentalnym urządzeniu de Saussure'a.
Pracuje
- „Sur l'usage du théorème de Descartes dans la recherche des limites des racines” . Bulletin des Sciences, Par la Société Philomatique de Paris : 156 –165. 1820.
-
Théorie analytique de la chaleur (w języku francuskim). Paryż: Firmin Didot Père et Fils. 1822. OCLC 2688081 .
- Théorie analitique de la chaleur (w języku francuskim). Tom. 1. Paryż: Gauthier-Villars. 1888.
- „Remarques Générales Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires” . Annales de Chimie et de Physique . 27 : 136–167. 1824a.
- Gay-Lussac, Joseph Louis ; Arago, François , wyd. (1824b). „Resume theorique des Proprietes de la chaleur rayonette” . Annales de Chimie et de Physique . Paryż. 27 : 236–281.
- Mémoire sur la température du globe terrestre et des espaces planétaires . Tom. 7. Mémoires de l'Académie Royale des Sciences. 1827a. s. 569–604. Tłumaczenie WM Connolley
- Mémoire sur la distribution des racines imaginaires, et sur l'application des théorèmes d'analyse algébrique aux équations transcendantes qui dépendant de la théorie de la chaleur . Tom. 7. Wspomnienia Królewskiej Akademii Nauk Institut de France. 1827b. s. 605–624.
- Analyze des équations déterminées . Tom. 10. Firmin Didot frères. 1827c. s. 119–146. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2011-09-30 . Źródło 2011-04-20 .
- Remarques générales sur l'application du principe de l'analyse algébrique aux équations transcendantes . Tom. 10. Paryż: Memoirs of the Royal Academy of Sciences of the Institut de France. 1827d. s. 119–146.
- Mémoire d'analyse sur le mouvement de la chaleur dans les fluides . Tom. 12. Paryż: Memoirs of the Royal Academy of Sciences of the Institut de France. 1833. s. 507–530.
- Rapport sur les tontines . Tom. 5. Paryż: Memoirs of the Royal Academy of Sciences of the Institut de France. 1821. s. 26–43.
Zobacz też
- Analiza Fouriera
- Transformata Fouriera-Deligne'a
- Równanie ciepła
- Analiza widmowa metodą najmniejszych kwadratów
- Lista rzeczy nazwanych na cześć Josepha Fouriera
Bibliografia
Dalsza lektura
- Początkowy tekst z domeny publicznej Rouse History of Mathematics
- Fourier, Józef. (1822). Theorie Analytique de la Chaleur . Firmin Didot (wznowione przez Cambridge University Press , 2009; ISBN 978-1-108-00180-9 )
- Fourier, Józef. (1878). Analityczna teoria ciepła . Cambridge University Press (wznowione przez Cambridge University Press , 2009; ISBN 978-1-108-00178-6 )
- Fourier, J.-B.-J. (1824). Mémoires de l'Académie Royale des Sciences de l'Institut de France VII . 570–604 ( Mémoire sur Les Temperatures du Globe Terrestre et Des Espaces Planetaires - esej o efekcie cieplarnianym opublikowany w 1827 r.)
- Fourier, J. Éloge historique de Sir William Herschel, prononcé dans la séance publique de l'Académie royale des sciences le 7 czerwca 1824. Historie de l'Académie Royale des Sciences de l'Institut de France, tom VI., Année 1823 , P. lxi. [str. 227]
Linki zewnętrzne
-
Media związane z Josephem Fourierem w Wikimedia Commons
- O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. , „Joseph Fourier” , archiwum MacTutor History of Mathematics , University of St Andrews
- Fourier, JBJ, 1824, Remarques Générales Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires., w Annales de Chimie et de Physique, tom. 27, s. 136–167 – przekład Burgessa (1837).
- Université Joseph Fourier, Grenoble, Francja
- Joseph Fourier i Vuvuzela na MathsBank.co.uk
- Joseph Fourier w Mathematics Genealogy Project
- Joseph Fourier – Œuvres complètes, tom 2 Gallican-Math
- „Odcinek 2 - Joseph Fourier” . YouTube . École polytechnique. 16 stycznia 2019 r. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 15.12.2021 r.