อองรี เลอเบสก์ | |
---|---|
เกิด | ( 28 มิถุนายน 2418 )28 มิถุนายน 2418 |
เสียชีวิตแล้ว | 26 กรกฎาคม 2484 (26 ก.ค. 2484)(อายุ 66 ปี) |
สัญชาติ | ภาษาฝรั่งเศส |
โรงเรียนเก่า | École Normale Supérieure มหาวิทยาลัยปารีส |
เป็นที่รู้จักสำหรับ | การบูรณาการเลอเบสก์ การวัดเลอเบสก์ |
รางวัล | สมาชิกราชสมาคม[1] รางวัล Ponceletประจำปี 1914 [2] |
อาชีพทางวิทยาศาสตร์ | |
ทุ่งนา | คณิตศาสตร์ |
สถาบัน | มหาวิทยาลัยแรนส์ มหาวิทยาลัยปัวตีเย มหาวิทยาลัยปารีส วิทยาลัยเดอฟรองซ์ |
ที่ปรึกษาปริญญาเอก | เอมีล โบเรล |
นักศึกษาปริญญาเอก | พอล มอนเตล ซิก มุนท์ ยานิสซิวสกี้ จอร์จ เดอ รัม |
Henri Léon Lebesgue ForMemRS [1] ( ฝรั่งเศส: [ɑ̃ʁi leɔ̃ ləbɛɡ] ; 28 มิถุนายน 1875 – 26 กรกฎาคม 1941) เป็นนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสที่รู้จักจากทฤษฎีอินทิกรัลซึ่งเป็นการสรุปแนวคิดอินทิกรัลในศตวรรษที่ 17 ซึ่งเป็นการรวมพื้นที่ระหว่างแกนและเส้นโค้งของฟังก์ชันที่กำหนดสำหรับแกนนั้น ทฤษฎีของเขาได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกในวิทยานิพนธ์เรื่องIntégrale, longueur, aire ("อินทิกรัล ความยาว พื้นที่") ที่มหาวิทยาลัยน็องซีในช่วงปี 1902 [3] [4]
อองรี เลอเบกเกิดเมื่อวันที่ 28 มิถุนายน ค.ศ. 1875 ในเมืองโบเวส์รัฐอวซพ่อของเลอเบกเป็นช่างเรียงพิมพ์ส่วนแม่เป็นครู โรงเรียน พ่อแม่ของเขาได้รวบรวมห้องสมุดที่บ้านเพื่อให้อองรีสามารถใช้งานได้ พ่อของเขาเสียชีวิตด้วยวัณโรคเมื่อเลอเบกยังเด็กมาก และแม่ของเขาต้องเลี้ยงดูเขาเพียงลำพัง ขณะที่เขาแสดงพรสวรรค์ด้านคณิตศาสตร์ที่โดดเด่นในโรงเรียนประถมศึกษา ครูคนหนึ่งของเขาได้จัดหาการสนับสนุนจากชุมชนเพื่อให้เขาศึกษาต่อที่Collège de Beauvaisจากนั้นจึงไปเรียนที่Lycée Saint-LouisและLycée Louis-le-Grandในปารีส[5 ]
ในปี 1894 Lebesgue ได้รับการยอมรับที่École Normale Supérieureซึ่งเขาได้มุ่งเน้นพลังงานของเขาไปที่การศึกษาคณิตศาสตร์อย่างต่อเนื่อง สำเร็จการศึกษาในปี 1897 หลังจากสำเร็จการศึกษา เขายังคงอยู่ที่École Normale Supérieure เป็นเวลาสองปี โดยทำงานในห้องสมุด ซึ่งเขาได้ตระหนักถึงการวิจัยเกี่ยวกับความไม่ต่อเนื่องที่ทำในขณะนั้นโดยRené-Louis Baireซึ่งเพิ่งสำเร็จการศึกษาจากโรงเรียน ในเวลาเดียวกัน เขาเริ่มการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่Sorbonneซึ่งเขาได้เรียนรู้เกี่ยวกับงานของÉmile Borel เกี่ยวกับ ทฤษฎีการวัด เบื้องต้น และงานของCamille Jordan เกี่ยวกับ การวัดของ Jordanในปี 1899 เขาได้ย้ายไปดำรงตำแหน่งอาจารย์ที่Lycée Central ในเมือง Nancyในขณะที่ยังคงทำงานในระดับปริญญาเอกของเขา ในปี 1902 เขาได้รับปริญญาเอกจาก Sorbonne ด้วยวิทยานิพนธ์สำคัญเรื่อง "Integral, Length, Area" ซึ่งส่งให้กับ Borel ซึ่งอายุมากกว่าสี่ปี เป็นที่ปรึกษา[6]
เลอเบกแต่งงานกับน้องสาวของเพื่อนนักเรียนคนหนึ่ง และเขากับภรรยามีลูกด้วยกัน 2 คน คือ ซูซานน์และฌัก
หลังจากเผยแพร่วิทยานิพนธ์ของเขาแล้ว ในปี 1902 Lebesgue ได้รับการเสนอตำแหน่งที่มหาวิทยาลัย Rennesโดยเป็นอาจารย์ที่นั่นจนถึงปี 1906 เมื่อเขาย้ายไปที่คณะวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยPoitiersในปี 1910 Lebesgue ย้ายไปที่ Sorbonne ในฐานะmaître de conférencesและได้รับการเลื่อนตำแหน่งเป็นศาสตราจารย์ตั้งแต่ปี 1919 ในปี 1921 เขาออกจาก Sorbonne เพื่อเป็นศาสตราจารย์ด้านคณิตศาสตร์ที่ Collège de Franceซึ่งเขาได้บรรยายและทำวิจัยตลอดชีวิตที่เหลือของเขา[7]ในปี 1922 เขาได้รับเลือกให้เป็นสมาชิกของAcadémie des Sciences Henri Lebesgue เสียชีวิตเมื่อวันที่ 26 กรกฎาคม 1941 ในปารีส[6]
บทความฉบับแรกของเลอเบสก์ตีพิมพ์ในปี 1898 และมีชื่อว่า "Sur l'approximation des fonctions" ซึ่งกล่าวถึงทฤษฎีบทของไวเออร์สตราส เกี่ยวกับการประมาณค่าฟังก์ชันต่อเนื่องด้วยพหุนาม ระหว่างเดือนมีนาคม 1899 ถึงเดือนเมษายน 1901 เลอเบสก์ได้ตีพิมพ์บันทึก 6 ฉบับใน Comptes Rendusบันทึก ฉบับแรกซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอินทิกรั ลเลอเบสก์ของเขา กล่าวถึงการขยายทฤษฎีบทของแบร์ไปยังฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว บันทึก 5 ฉบับถัดไปกล่าวถึงพื้นผิวที่ใช้ได้กับระนาบ พื้นที่ของรูปหลายเหลี่ยม เบ้ อินทิ กรัลพื้นผิวของพื้นที่ต่ำสุดที่มีขอบเขตที่กำหนด และบันทึกสุดท้ายให้คำจำกัดความของอินทิกรัลเลอเบสก์สำหรับฟังก์ชัน f(x) บางฟังก์ชัน วิทยานิพนธ์สำคัญของ Lebesgue เรื่องIntégrale, longueur, aireซึ่งมีเนื้อหาครบถ้วนเกี่ยวกับงานนี้ ปรากฏอยู่ใน Annali di Matematica ในปี 1902 บทแรกกล่าวถึงทฤษฎีการวัด (ดูการวัดของ Borel ) ในบทที่สอง เขาให้คำจำกัดความของปริพันธ์ทั้งในเชิงเรขาคณิตและเชิงวิเคราะห์ บทต่อไปจะขยาย ความบันทึกของ Comptes Rendusที่เกี่ยวข้องกับความยาว พื้นที่ และพื้นผิวที่เกี่ยวข้อง บทสุดท้ายจะกล่าวถึงปัญหาของ Plateau เป็นหลัก วิทยานิพนธ์นี้ถือเป็นวิทยานิพนธ์ที่ดีที่สุดชิ้นหนึ่งที่นักคณิตศาสตร์เคยเขียน[1]
บทบรรยายของเขาตั้งแต่ปี 1902 ถึง 1903 ถูกรวบรวมไว้ใน " Borel tract" Leçons sur l'intégration et la recherche des fonctions primitivesปัญหาของอินทิเกรตที่ถือเป็นการค้นหาฟังก์ชันดั้งเดิมเป็นประเด็นสำคัญของหนังสือเล่มนี้ Lebesgue นำเสนอปัญหาของอินทิเกรตในบริบททางประวัติศาสตร์ โดยกล่าวถึงAugustin-Louis Cauchy , Peter Gustav Lejeune DirichletและBernhard Riemann Lebesgue นำเสนอเงื่อนไขหกประการที่พึงประสงค์ว่าอินทิเกรตจะต้องเป็นไปตาม ซึ่งเงื่อนไขสุดท้ายคือ "หากลำดับ f n (x) เพิ่มขึ้นจนถึงลิมิต f (x) อินทิเกรตของ f n (x) จะโน้มไปทางอินทิเกรตของ f (x)" Lebesgue แสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขของเขาทำให้เกิดทฤษฎีของการวัดและฟังก์ชันที่วัดได้รวมถึงคำจำกัดความเชิงวิเคราะห์และเชิงเรขาคณิตของอินทิเกรต
เขาหันมาสนใจ ฟังก์ชัน ตรีโกณมิติด้วยเอกสารของเขาในปี 1903 เรื่อง "Sur les séries trigonométriques" เขาได้เสนอทฤษฎีบทสำคัญสามประการในงานนี้ ได้แก่ ว่าอนุกรมตรีโกณมิติที่แสดงฟังก์ชันที่มีขอบเขตคืออนุกรมฟูริเยร์ ว่า สัมประสิทธิ์ฟูริเยร์ ตัว ที่ n มีค่าเข้าใกล้ศูนย์ ( เล็มมาของรีมันน์–เลอเบก ) และว่าอนุกรมฟูริเยร์สามารถอินทิเกรตได้ทีละเทอม ในปี 1904-1905 เลอเบกได้บรรยายอีกครั้งที่Collège de Franceในครั้งนี้เกี่ยวกับอนุกรมตรีโกณมิติ และเขาได้ตีพิมพ์บทบรรยายของเขาใน "เอกสาร Borel" อีกฉบับหนึ่ง ในเอกสารนี้ เขาได้กล่าวถึงหัวข้อนี้ในบริบททางประวัติศาสตร์อีกครั้ง เขาอธิบายเกี่ยวกับอนุกรมฟูริเยร์ ทฤษฎีของแคนเตอร์-รีมันน์ อินทิกรัลของปัวซองและปัญหาของดีริชเลต์
ในเอกสารปี 1910 เรื่อง "Représentation trigonométrique approchée des fonctions satisfaisant a une condition de Lipschitz" กล่าวถึงอนุกรมฟูเรียร์ของฟังก์ชันที่ตอบสนองเงื่อนไขลิปชิตซ์โดยประเมินลำดับขนาดของเทอมที่เหลือ นอกจากนี้ เขายังพิสูจน์ว่าเล็มมาของรีมันน์–เลอเบกเป็นผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับฟังก์ชันต่อเนื่อง และให้แนวทางบางส่วนสำหรับค่าคงที่ของเลอเบก
Lebesgue เคยเขียนว่า "Réduites à des théories générales, les mathématiques seraient une belle forme sans contenu" ("ลดเหลือเพียงทฤษฎีทั่วไป คณิตศาสตร์จะเป็นรูปแบบที่สวยงามโดยไม่มีเนื้อหา")
ในการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีการวัดและสาขาที่เกี่ยวข้องของคณิตศาสตร์อินทิกรัลเลอเบสก์–สตีลต์เจสจะทำให้การอินทิกรัลของรีมันน์–สตีลต์เจสและเลอเบสก์เป็นแบบทั่วไป โดยรักษาข้อดีหลายประการของการอินทิกรัลเลอเบสก์ไว้ในกรอบทฤษฎีการวัดทั่วไปยิ่งขึ้น
ในช่วงอาชีพการงานของเขา เลอเบกยังได้บุกเบิกในอาณาจักรของการวิเคราะห์เชิงซ้อนและโทโพโลยีเขายังมีความเห็นไม่ลงรอยกับเอมีล โบเรลเกี่ยวกับอินทิกรัลของใครที่มีลักษณะทั่วไปมากกว่า[8] [9] [10] [11]อย่างไรก็ตาม การโจมตีเล็กน้อยเหล่านี้ดูเล็กน้อยเมื่อเทียบกับผลงานของเขาในการวิเคราะห์จริงผลงานของเขาในสาขานี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อรูปแบบของสาขาในปัจจุบัน และวิธีการของเขาได้กลายมาเป็นส่วนสำคัญของการวิเคราะห์สมัยใหม่ สิ่งเหล่านี้มีความหมายในทางปฏิบัติที่สำคัญสำหรับฟิสิกส์พื้นฐานซึ่งเลอเบกจะไม่รู้เลย ดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง
อินทิเกรตเป็นการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่สอดคล้องกับแนวคิดที่ไม่เป็นทางการของการหาพื้นที่ใต้กราฟของฟังก์ชันทฤษฎีอินทิเกรตแรกได้รับการพัฒนาโดยอาร์คิมิดีสในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสตกาลโดยใช้วิธีการหาค่ากำลังสองแต่สามารถใช้ได้ในสถานการณ์จำกัดที่มีความสมมาตรทางเรขาคณิตในระดับสูงเท่านั้น ในศตวรรษที่ 17 ไอแซก นิวตันและกอตต์ฟรีด วิลเฮล์ม ไลบ์นิซค้นพบแนวคิดที่ว่าอินทิเกรตมีความเกี่ยวข้องโดยเนื้อแท้กับการหาอนุพันธ์โดยหลังเป็นวิธีการวัดว่าฟังก์ชันเปลี่ยนแปลงเร็วเพียงใดในจุดใดจุดหนึ่งบนกราฟ ความสัมพันธ์ที่น่าประหลาดใจระหว่างการดำเนินการทางเรขาคณิตหลักสองประการในแคลคูลัส ซึ่งก็คือการหาอนุพันธ์และอินทิเกรต ปัจจุบันเรียกว่าทฤษฎีบทพื้นฐานของแคลคูลัส ทฤษฎีบทนี้ทำให้นักคณิตศาสตร์สามารถคำนวณอินทิเกรตกลุ่มกว้างๆ ได้เป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตาม นักคณิตศาสตร์รู้สึกว่า แคลคูลัสอินทิเกรตของนิวตันและไลบ์นิซไม่มีรากฐานที่เข้มงวด ซึ่งต่างจากวิธีของอาร์คิมิดีสซึ่งมีพื้นฐานมาจากเรขาคณิตแบบยูคลิด
แนวคิดทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับลิมิตและแนวคิดที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดเกี่ยวกับการลู่เข้าถือเป็นหัวใจสำคัญของคำจำกัดความของอินทิเกรตสมัยใหม่ ในศตวรรษที่ 19 คาร์ล ไวเออร์สตราสได้พัฒนาคำจำกัดความเอปซิลอน-เดลต้าที่เข้มงวดของลิมิต ซึ่งยังคงได้รับการยอมรับและใช้โดยนักคณิตศาสตร์ในปัจจุบัน เขาสร้างผลงานก่อนหน้านี้แต่ไม่เข้มงวดของออกัสติน เคาชีซึ่งใช้แนวคิดที่ไม่เป็นมาตรฐานของจำนวนที่เล็กมาก แต่ปัจจุบันถูกปฏิเสธในการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ มาตรฐาน ก่อนที่เคาชีจะมาถึงเบอร์นาร์ด โบลซาโนได้วางรากฐานพื้นฐานของคำจำกัดความเอปซิลอน-เดลต้า ดูข้อมูลเพิ่มเติม ได้ที่นี่
Bernhard Riemannได้ดำเนินการตามนี้โดยทำให้สิ่งที่เรียกกันในปัจจุบันว่าอินทิกรัลรีมัน น์เป็นทางการ ในการกำหนดอินทิกรัลนี้ เราต้องเติมพื้นที่ใต้กราฟด้วยรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ที่เล็กลงเรื่อยๆ และกำหนดขอบเขตของผลรวมพื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าในแต่ละขั้นตอน อย่างไรก็ตาม สำหรับบางฟังก์ชัน พื้นที่ทั้งหมดของรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเหล่านี้จะไม่เข้าใกล้ตัวเลขเดียว ดังนั้น จึงไม่มีอินทิกรัลรีมันน์
เลอเบสก์คิดค้นวิธีการอินทิกรัลใหม่เพื่อแก้ปัญหานี้ แทนที่จะใช้พื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าซึ่งเน้นที่โดเมนของฟังก์ชัน เลอเบสก์พิจารณาโคโดเมนของฟังก์ชันสำหรับหน่วยพื้นฐานของเขาของพื้นที่ แนวคิดของเลอเบสก์คือการกำหนดขนาดสำหรับทั้งเซตและฟังก์ชันบนเซตเหล่านั้นก่อน จากนั้นเขาจึงดำเนินการสร้างอินทิกรัลสำหรับสิ่งที่เขาเรียกว่าฟังก์ชันง่าย ๆซึ่งเป็นฟังก์ชันที่วัดได้ซึ่งรับ ค่าจำนวน จำกัด เท่านั้น จากนั้นเขาจึงกำหนดให้เป็นขอบเขตบนที่น้อยที่สุดของอินทิกรัลทั้งหมดของฟังก์ชันง่าย ๆ ที่เล็กกว่าฟังก์ชันที่กำลังพิจารณา
การอินทิเกรตเลอเบสก์มีคุณสมบัติคือฟังก์ชันทุกฟังก์ชันที่กำหนดในช่วงที่มีขอบเขตด้วยอินทิกรัลรีมันน์จะมีอินทิกรัลเลอเบสก์ด้วยเช่นกัน และสำหรับฟังก์ชันเหล่านี้ อินทิกรัลทั้งสองตัวจะสอดคล้องกัน นอกจากนี้ ฟังก์ชันที่มีขอบเขตทุกฟังก์ชันในช่วงที่มีขอบเขตปิดจะมีอินทิกรัลเลอเบสก์ และยังมีฟังก์ชันที่มีอินทิกรัลเลอเบสก์หลายฟังก์ชันที่ไม่มีอินทิกรัลรีมันน์
เป็นส่วนหนึ่งของการพัฒนาอินทิเกรตเลอเบสก์ เลอเบสก์ได้คิดค้นแนวคิดของการวัดซึ่งขยายแนวคิดของความยาวจากช่วงไปจนถึงชุดขนาดใหญ่ที่เรียกว่าชุดที่วัดได้ (ดังนั้นจะพูดได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นว่าฟังก์ชันง่าย ๆคือฟังก์ชันที่รับค่าจำนวนจำกัด และแต่ละค่าจะถูกรับจากชุดที่วัดได้) เทคนิคของเลอเบสก์ในการเปลี่ยนการวัดเป็นอินทิกรัลสามารถนำไปใช้กับสถานการณ์อื่น ๆ ได้มากมาย นำไปสู่สาขาทฤษฎีการวัดสมัยใหม่
อินทิกรัลเลอเบสก์มีข้อบกพร่องในแง่มุมหนึ่ง อินทิกรัลรีมันน์สามารถสรุปผลเป็นอินทิกรัลรีมันน์ไม่เหมาะสมเพื่อวัดฟังก์ชันที่มีโดเมนของคำจำกัดความไม่ใช่ช่วงปิด อินทิกรัลเลอเบสก์จะรวมฟังก์ชันเหล่านี้หลายฟังก์ชัน (โดยให้คำตอบเดียวกันเสมอเมื่อทำ) แต่ไม่ใช่ทั้งหมด สำหรับฟังก์ชันบนเส้นจริง อินทิกรัลเฮนสต็อคเป็นแนวคิดทั่วไปของอินทิกรัล (โดยอิงตามทฤษฎีของรีมันน์มากกว่าของเลอเบสก์) ซึ่งรวมอินทิกรัลเลอเบสก์และอินทิกรัลรีมันน์ไม่เหมาะสมไว้ด้วยกัน อย่างไรก็ตาม อินทิกรัลเฮนสต็อคขึ้นอยู่กับคุณลักษณะการจัดลำดับเฉพาะของเส้นจริงดังนั้นจึงไม่สามารถสรุปผลเป็นพื้นที่ทั่วไปได้ (เช่นท่อร่วม ) ในขณะที่อินทิกรัลเลอเบสก์ขยายไปยังพื้นที่ดังกล่าวได้อย่างเป็นธรรมชาติ
ในปี 1947 Norbert Wienerอ้างว่าอินทิกรัลของเลอเบสก์มีนัยสำคัญที่คาดไม่ถึงในการสร้างความถูกต้องของ งานของ วิลลาร์ด กิบบ์สเกี่ยวกับรากฐานของกลศาสตร์สถิติ[12]แนวคิดเรื่องค่าเฉลี่ยและการวัด มีความจำเป็นอย่างเร่งด่วนในการให้การพิสูจน์สมมติฐาน เออร์โกดิกของกิบบ์สอย่างเข้มงวด[ 13]
ที่ว่าอินทิกรัลของเขามีลักษณะทั่วไปมากกว่าอินทิกรัลของ Lebesgue เป็นสาเหตุของการโต้แย้งระหว่าง Borel และ Lebesgue ในหน้าAnnales de l'École Supérieure 35 (1918), 36 (1919), 37 (1920)