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LEONHARD EULER:
BIOGRAPHIE &
ELLIPTISCHE INTEGRALE
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Institut für Mathematik
Hauptseminar „Euler“ – Sommersemester 2015
Dozent: Prof. Dr. Duco van Straten
Referentin: Jennifer Pütz
28.04.2015
EULER: BIOGRAPHIE & ELLIPTISCHE INTEGRALE
1. Zur Person Eulers
i. Historischer Hintergrund
ii. Biographische Details
iii. Errungenschaften um die Mathematik und Werke
2. Elliptische Integrale
i. Ein Beispiel
ii. Definitionen und Normalformen
3. Euler und elliptische Integrale
i. Elliptische Integrale vor Euler: Die Lemniskate
ii. Additionstheoreme
iii. Weitere Erkenntnisse Eulers
4. Relevanz und Anwendung2
1. ZUR PERSON EULERS
Leonhard Euler: 1707 – 1783
„Lest Euler, lest Euler: Er ist unser aller Meister.“ (Pierre-Simon Laplace)
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1. ZUR PERSON EULERS: HISTORISCHER HINTERGRUND
Europa im 18. Jahrhundert:
� Absolutismus noch immer vorherrschende Staatsform
� Merkantilismus als führendes Wirtschaftsmodell
� Koloniale Expansion
� Graduelles Aufstreben des Bürgertums
� Aufstieg Preußens zur fünften Großmacht neben
Frankreich, Großbritannien, Russland und Österreich
4
1. ZUR PERSON EULERS: HISTORISCHER HINTERGRUND
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Europa um 1700
1. ZUR PERSON EULERS: HISTORISCHER HINTERGRUND
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Europa um 1800
1. ZUR PERSON EULERS: HISTORISCHER HINTERGRUND
Zeitalter der Aufklärung (ca. 1650-1800):
� Gegenbewegung zu Krone und Kirche; Fortschritt durch
rationales Denken im Zentrum
� Wichtige Vertreter: Hobbes, Locke, Rousseau, Voltaire,
Kant
� Kernideen: Politische Emanzipation, religiöse Toleranz
� Amerikanische und Französische Revolution
� Impulse auch für Literatur und schöne Künste
� Hinwendung zu Naturwissenschaften und technologischem
Fortschritt � Industrielle Revolution 7
1. ZUR PERSON EULERS: HISTORISCHER HINTERGRUND
Wissenschaft im 18. Jahrhundert:
� Hauptsächlich an staatlichen Akademien
� Wichtige Institutionen:
� Royal Society (London, 1660)
� Académie Francaise mit Académie des Sciences (Paris, 1635
bzw. 1666)
� Preußische Akademie der Wissenschaft (Berlin, 1700)
� Russische Akademie der Wissenschaften (St. Petersburg, 1724)
� Wissenschaftliche Journale8
1. ZUR PERSON EULERS: HISTORISCHER HINTERGRUND
Wissenschaft im 18. Jahrhundert:
� Mathematik: Analysis und Wahrscheinlichkeitsrechnung
� Wichtige Zeitgenossen Eulers:
� Johann und Daniel Bernoulli
� Joseph-Louis Lagrange
� Pierre-Simon Laplace
� Blaise Pascal
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1. ZUR PERSON EULERS: BIOGRAPHISCHE DETAILS
1707 – 1727: Basel
� *15. April 1707 in Basel
� 1720: Studium an der Universität Basel
� 1723: Magisterwürde in Philosophie und Beginn des
Theologie Studiums
� 1725: Abbruch des Theologie Studiums, Wechsel zur
Mathematik
� 1726: Absolvierung des Mathematik Studiums und
Veröffentlichung seiner ersten Arbeiten
� Winter 1726: Berufung an die Russische Akademie der
Wissenschaften in Sankt Petersburg
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1. ZUR PERSON EULERS: BIOGRAPHISCHE DETAILS
1727-1741: Sankt Petersburg
� Mai 1727: Ankunft in Sankt Petersburg; Beginn der Arbeit
am Lehrstuhl für Mathematik und Physik
� 1730: Professur der Physik und damit offizielles Mitglied
der Akademie
� 1733: Professur der Mathematik
� 1734: Heirat mit Katharina Gsell
� 1740: Verlust des rechten Auges nach einer Infektion
� 1740: Berufung an die Preußische Akademie der
Wissenschaften in Berlin 11
1. ZUR PERSON EULERS: BIOGRAPHISCHE DETAILS
1741-1766: Berlin
� Juli 1741: Ankunft in Berlin, Ernennung zum Direktor des
Mathematischen Institutes der Preußischen Akademie der
Wissenschaften
� 1759: Tod des Präsidenten der Akademie, Eulers (de facto)
Beförderung zu dessen Nachfolger
� Zerwürfnis mit Friedrich dem Großen
� 1766: Einladung nach Sankt Petersburg
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1. ZUR PERSON EULERS: BIOGRAPHISCHE DETAILS
1766-1783: Sankt Petersburg
� 1766: Rückkehr an die Akademie in Sankt
Petersburg
� 1771: völlige Erblindung; dennoch Fortführung
seiner Arbeiten
� + 18. August 1783 an einer Hirnblutung
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1. ZUR PERSON EULERS: ERRUNGENSCHAFTEN UND WERKE
Eulers Errungenschaften um die Mathematik umfassen viele
Teilgebiete:
Geometrie:
� Grundstein für die analytische Geometrie, wichtige Beiträge
zur Differentialgeometrie und Topologie
� Betrachtung von Sinus und Kosinus als Funktionen
Zahlentheorie:
� Beweise zu verschiedenen Vermutungen Fermats,
beispielsweise zu Fermats Letztem Satz für den Fall n=3
�� + �� = ��, �, �, � 14
1. ZUR PERSON EULERS: ERRUNGENSCHAFTEN UND WERKE
Zahlentheorie:
� Einführung der Eulerschen φ-Funktion
� � = | � 1 ≤ � ≤ �, ��� �, � = 1 |Analysis:
� Introductio in Analysin Infinitorum (1748): Erste
Definition einer Funktion,
��� = cos � + � ∙ sin (�)� Aufbau der Differential- und Integralrechnung
(Institutiones Calculi Differntialis, 1755 bzw. Institutiones
Calculi Integralis, 1768-70)15
1. ZUR PERSON EULERS: ERRUNGENSCHAFTEN UND WERKE
Analysis:
� Einführung der Beta- und Gamma-Funktion
� Gründliches Studium von Differentialgleichungen,
Logarithmen,
ln −1 = !�.� Studium von Reihen und Lösung des Basler Problems:
∑ $�²
&�'$ = (²) und ∑ $
�* = ζ(,)&�'$16
1. ZUR PERSON EULERS: ERRUNGENSCHAFTEN UND WERKE
Andere Gebiete:
� Physik, bes. Mechanik
� Astronomie, bes. Mondbewegungen
� Kartographie
� Musiktheorie
Mathematische Symbolik:
f(x), e, i, ̟, Σ, sin, cos, ... 17
1. ZUR PERSON EULERS: ERRUNGENSCHAFTEN UND WERKE
Werke:
� 866 Publikationen: ca. 40 Bücher, ca. 700 Aufsätze
� Gängigste Referenz: Eneström-Index (E-001 bis E-
866)
� Bis heute nicht alle Manuskripte veröffentlicht
� Opera Omnia: seit 1911 durch Euler-Kommission im
Birkhäuser-Verlag (bisher über 75 Bände)
� Briefwechsel18
2. ELLIPTISCHE INTEGRALE:EIN BEISPIEL
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Ellipse mit Halbachsen a und b
2. ELLIPTISCHE INTEGRALE:EIN BEISPIEL
Umfang der Ellipse:
- = 4� ∙ / 1 − 01 sin² � 2�( 13
4
� Diese Formel lässt sich nicht durch elementare
Funktionen darstellen.
� Einfachere Näherungsformeln
� Hierbei handelt es sich um ein sog. elliptisches
Integral. 20
3. ELLIPTISCHE INTEGRALE BEI EULER:ELLIPTISCHE INTEGRALE VOR EULER
Anfänge der Theorie elliptischer Integrale:
� 1655: John Wallis untersucht den Ellipsenbogen
(Arithmetica Infinitorum, 1656)
� 1679: Jacob Bernoulli stößt bei seinen Untersuchungen der
Spirale auf ein elliptisches Integral.
� 1694: Bernoulli führt die Lemniskate ein:
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�1 + 51 1 = 2�² ∙ (�² − 5²)
Lemniskate von Bernoulli
3. ELLIPTISCHE INTEGRALE BEI EULER:ELLIPTISCHE INTEGRALE VOR EULER
Anfänge der Theorie elliptischer Integrale:
� In der Bogenlänge der Lemniskate steckt das elliptische Integral
/ 11 − �7 2�
$
4� Etwas später untersucht Bernoulli
/�²
1 − �7 2�8
422
3. ELLIPTISCHE INTEGRALE BEI EULER:ELLIPTISCHE INTEGRALE VOR EULER
Anfänge der Theorie elliptischer Integrale:
� 1750: Produzioni Matematiche von Fagnano mit
Verdopplungsformel des Lemniskatebogens:
/ 11 − �7 2� = 2 ∙ / 1
1 − �7 2�9
4
8
4,
: = 19∙ $;9<$=9< , >² ≤ 2 − 1
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3. ELLIPTISCHE INTEGRALE BEI EULER:ELLIPTISCHE INTEGRALE VOR EULER
Anfänge der Theorie elliptischer Integrale:
� 1751: Euler liest Fagnanos Werk und
verallgemeinert dessen Ergebnisse
� Geburtsstunde der Theorie elliptischer Integrale
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3. ELLIPTISCHE INTEGRALE BEI EULER:ELLIPTISCHE INTEGRALE BEI EULER
Weitere Resultate Eulers:
Vergleich von Ellipsen- bzw. Hyperbelbogen
� Lösung von Problemen der Art
� Zu einem Ellipsenbogen fg von einem festen Punkt p auf der
Ellipse einen Bogen pq abzutrennen, so dass die Differenz fg-
pq dieser Bogen geometrisch angebbar ist.
� Zu einem Ellipsenbogen fg einen Bogen pqr angeben, welcher
genau doppelt so groß ist.
25Ellipsenbogen
4. RELEVANZ UND ANWENDUNGEN
Relevanz:
� Dank Euler können wir mit elliptischen Integralen
umgehen!
� Weiterführung: Theorie der elliptischen Funktionen durch
Abel und Jacobi
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Niels Henrik Abel
Carl Gustav Jacob
Jacobi
4. RELEVANZ UND ANWENDUNGEN
Anwendungen:
� Anwendungen in der Mathematik:
� Oberfläche des Ellipsoids
� Anwendungen in der Physik bzw. dem Ingenieurswesen
� Bahn eines schwingenden Pendels
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Vielen Dank für eure
Aufmerksamkeit!
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