Joseph-Louis Lagrange

Bilimsel Katkıları

İşlevsellerin maksimum ve minimumları için olan Euler-Lagrange denklemlerinin türetilmesi ile ortaya çıkan değişkenler kalkülüsünün yaratıcılarındandır. Bu yöntemi, muhtemel kısıtlamaları da hesaba katarak genişletmiş ve Lagrange çarpanlarını üretmiştir. Langrange türevsel denklemleri çözmek için bir yöntem olan değişken değiştirme yöntemini bulmuş, türevsel kalkülüsü olasılıklar kuramına uygulayarak denklem çözümleri alanında önemli çalışmalar ortaya koymuştur. Her doğal sayının dört adet sayının karesinin toplamı olduğunu kanıtlamıştır.  Theorie des fonctions analytiquesadlı çalışması grup teorisini oluşturan temellerindendir. Kalkülüs alanında Taylor serilerine ve içkestirim’e özgün bir yaklaşım geliştirmiştir. Dünya, Ay ve Güneş için üç cisim problemi ve Jüpiter’in uydularının hareketleri üzerinde çalışmıştır ve 1772 yılında, günümüzde Lagrange noktaları olarak bilinen kavramı içeren bu probleme özel durum çözümleri bulmuştur. En önemli katkıları mekanik alanında yaptıklarıdır. Newton mekaniğini bugün Lagrange mekaniği olarak bilinen analiz branşına dönüştürmüş ve mekanik prensipler olarak adlandırılan prensiplerin aslında değişkenler kalkülüsünün basit sonuçları olduğunu göstermiştir.

İlk Yılları

Langrange, Lodovico Lagrangia doğum adına sahip İtalyan ve Fransız kökenli bir bilim adamıdır. Büyük dedesi Torino’ya taşınmış ve İtalyan bir kadınla evlenmiş bir Fransız ordusu subayıydı. Büyük dedesi gibi babası ve dedesi de İtalyan bir kadın ile evlendi. Annesi Torino’nun kırsal kesimlerinden gelmektedir. Roma Katolik’i olarak yetiştirildi ancak daha sonra Agnostik oldu.
Babası Kralın askeri hazinesinde yetkili ve Torino’da Bayındırlık ve Tahkimat Ofisi saymanı olarak görev yapıyordu. Toplumda iyi bir yere ve zenginliğe sahipti ancak oğlu henüz erişkinliğe ulaşmadan elindeki zenginliğin büyük bir kısmını kaybetti. Lagrange için babası tarafından belirlenen kariyer avukatlık oldu ve Langrange bunu istekli bir şekilde kabul etti. College of Turin’de eğitim gördü ve en sevdiği ders klasik Latince idi. Başlarda matematiğe ilgisi yoktu hatta Yunan geometrisini sıkıcı buluyordu.
İlk olarak on yedi yaşında matematiğe ilgi göstermeye başladı. Bu ilgisi tamamen rastlantı eseri karşılaştığı Edmund Halley’in bir çalışması sonucu ortaya çıktı. Tek başına ve hiçbir yardım almadan matematik alanında çalışmaya başladı. Çalışmalarına başladığı yılın sonunda başarılı bir matematikçi haline gelmişti. III. Charles Emmanuel Lagrange’ı “ Sostituto del Maestro di Matematica” ( yardımcı matematik profesörü) unvan ile kalkülüs ve Piedmontese ordusunun Benjanim Robins ve Leonard Euler’in balistik kuramlarını ilk uygulamalarına destek olması için mekanik dersi vermesi amacıyla 1755 yılında “Kraliyet Teorik ve Pratik Topçuluk Akademisi” ’ne tayin etti. Lagrange bir mühendislik okulunda kalkülüs dersi veren ilk kişiydi. Akademinin ünlü askeri komutanı ve topçuluk teorisyeni Papacino D’Antoni’ye göre Lagrange, ihmalkâr öğretme şekli, soyut kanıtlamaları ve topçuluk ve istihkâm mühendisliği uygulamalarında gösterdiği sabırsızlık nedeniyle sorun yaratan bir profesör olmuştu.

-Değişkenler Kalkülüsü

Lagrange değişkenler kalkülüsünü ortaya çıkaranlardan biriydi. 1754 yılından itibaren önce Tautochrone eğrisi üzerinde çalıştı daha sonra da işlevsellerin maksimize ve minimize edilmesi için bir işlevselin en büyük ve en küçük değerlerini bulmak için kullanılan yönteme benzer bir yol keşfetti. Lagrange 1754 ve 1756 yılları arasında Leonard Euler’e bulduğu sonuçları anlatan mektuplar yazdı. Daha sonradan bulunacak olan Euler-Lagrange değişkenler kalkülüsü denklemlerinin önünü açan ve Euler’in daha önceki analizlerini basitleştiren “δ-algoritmasını” özetledi. Lagrange bu çalışmalarını klasik mekanik problemlerine uyguladı ve Euler ve Maupertius’un sonuçlarını genelleştirdi.

-Miscellanea Taurinensia

1758 yılında öğrencilerinin de yardımı ile daha sonradan Torino Bilim Akademisi olarak adlandırılan bir topluluk kurdular. İlk zamanlarda yazdığı yazıların birçoğu bu topluluğun tutanaklarının beş cildinde bulunmaktadır. Bu yazılar oldukça ayrıntılı şekilde yazılmışlardır. İlk cilt, sesin yayılımı ile ilgili kuramı barındırır. Bu yazılarda Lagrange, Newton’un yaptığı bir hataya dikkat çeker ve hareket için türevsel bir denklem bulur ardından bu denklemin düzgün doğrusal hareket için integralini alır. Bu cilt ayrıca enine titreşen yay probleminin tam çözümünü de içermektedir. Çalışmalarında Euler, Brook Taylor, D’Alembert tarafından ortaya atılan çözümlerdeki genellenebilirlik eksikliğinden söz eder ve herhangi bir t anında eğrinin şeklinin  eşitliği ile bulunacağını gösterir. Makalesi vuruş ve yankılar hakkında ustaca bir tartışma ile sona erer. Bu ciltteki diğer makaleler, yinelenen seriler, olasılık ve değişkenler kalkülüsü üzerinedir. 
İkinci cilt, değişkenler kalkülüsü üzerine yazılmış ve birinci ciltte bulunan birkaç makalenin sonuçlarını, kuramlarını ve gösterimlerini içeren uzun yazılardan oluşmaktadır. Ayrıca değişkenler kalkülüsünün az eylem prensibine ve bazı dinamik problemlerine uygulanışını da içermektedir. 
Üçüncü cilt değişkenler kalkülüsü kullanılarak çözülmüş dinamik problemlerini ve integral kalkülüsü üzerine bazı yazılar içermektedir. Ayrıca yukarıda bahsi geçen Fermat’ın problemine, tam kare olmayan bir  n tam sayı ele alarak x²n + 1 ifadesini tam kare yapan x değerini bulduran bir çözüm ve karşılıklı etkileşimler altında hareket eden üç cisim için genelleştirilmiş türevsel denklemler bulundurmaktadır.
Yayımladığı bir diğer çalışması 1764 yılına aittir içeriği, ayın salınım hareketi ve neden sürekli aynı yüzünün göründüğüdür. Bu çalışmalarında görsel içerikler yer almaktadır. Bu çalışmaları daha sonra 1780 yılında ispatlayacağı genel hareket denklemlerinin temellerini atması açısından önemlidir.

-Ölçüm Birimleri

Lagrange 1790’larda ölçümler için yeni bir birim sistemi oluşturma çalışmalarında yer aldı. Fransa’dan kaçmayı planladığı sıralarda  la Commission des Poids et Mesures ‘ın başkanlık görevi ona teklif edildi. Lavoiser’in 1794 yılındaki ölümünden sonra metre ve kilogram birim sisteminin ve ondalık basamak sisteminin 1799 yılında komisyon tarafından kabulünde en büyük pay Lagrange’ın oldu. Ayrıca Lagrange 1795 yılında kurulan  Bureau des Longitudes ‘ın kurucularındandır.

- École normale

1795 yılında Lagrange yeni kurulan ve sadece dört ay boyunca çalışmaktan zevk aldığı École normale’de matematik öğretmenliğine atandı. Derslerinin oldukça temel konuları içermesine ve özel bir öneme sahip olmamalarına rağmen “ profesörlerin halkın temsilcilerine ve kendilerine karşı hiçbir zaman sadece akıllarından tekrarlamayacaklarına ve bir yerden okumayacaklarına dair söz vermeleri” nedeniyle bu dersleri de yayımlandı ve yaptığı söylevler çıkarılan emir gereği kayıt altına alındı.

- École Polytechnique

1794 yılında Lagrange profesör olarak École Polytechnique’e atandı ve dersleri kendinden ders alma şansına sahip matematikçiler tarafından mükemmel olarak nitelendiriliyordu. En basit konulardan başlayarak neredeyse öğrencileri için tamamen bilinmez olan konulara geliyordu. Konuların bu derece ilerlemesini sağlayan öğrencilerin kendisiydi. Hepsinden önemlisi öğrencilerini simetrik gösterimle ifade edilen genel yöntemleri kullanmanın avantajı konusunda etkilemesiydi.

- Sonraki Yıllar

1810 yılında Lagrange, Mécanique Analytique üzerinde bazı yenilemelere gitti ancak 1813 yılındaki ölümünden önce sadece üçte ikilik bir kısmını tamamlayabildi. Ölümünden iki gün önce Napolyon onu Grand Croix of the Ordre Impérial de la Réunion unvanı ile onurlandırdı. Aynı yıl Paris’teki Panthéon’a gömüldü.

Berlin’deki Çalışmaları

Lagrange, Berlin’de geçirdiği yirmi yıl boyunca bilimsel çalışmalar açısından oldukça aktifti. Başyapıtı Mécanique Analytique ‘i yayımlamasının yanı sıra katkıda bulunduğu veya kendi yayımladığı yüz ila iki yüz çalışmayı Torino Akademisi, Belin Akademisi ve Fransız Akademilerine gönderdi. Bunlardan bazıları tam bir bilimsel eser niteliği taşıyordu ve hepsi tam anlamıyla mükemmeldiler.
Berlin’de yaptığı çalışmalara ilk olarak Miscellanea Taurinensia ‘nın dört ve beşinci ciltlerine yaptığı önemli katkılar ve bunların arasında en önemlileri olarak görülen Miscellanea Taurinensia ‘ya eklenen birçok astronomik gözlemi tartıştığı yazıları örnek olarak verilebilir. Ayrıca Torino Akademisinde bulunan topluluk tutanaklarının ilk iki cildine yaptığı akışkanların hareketi ve sonsuz seriler konularında yaptığı katkılar da önemli çalışmaları arasındadır.
Paris’e gönderilen yazılarının çoğu astronomik sorular üzerineydi. Bu yazıları arasında bahsedilmesi gerekenler, 1766 yılında Jovian sistemi üzerine, 1772 yılında üç cisim problemi üzerine, 1773 yılında ayın köksel denklemi üzerinde ve 1778 yılında kuyruklu yıldızların yörüngelerindeki sapmalar üzerine olanlardır. Her bir çalışması bir ödüle layık görülmüştür.

Lagrange mekaniği

1772 ve 1788 yılları arasında Lagrange, formülleri basitleştirmek ve hesaplamaları kolaylaştırmak amacıyla Klasik/Newton mekaniğini yeniden düzenledi. Lagrange’ın yaptığı düzenlemeleri içeren mekaniğe Lagrange mekaniği adı verilir.

Diğer matematiksel çalışmaları

Lagrange ayrıca analitik geometrinin birçok alanı ile ilgili çalışmalar yapmıştır. 1792 ve 1793 yıllarında yayımladığı çalışmalarının ikisinde konik denklemlerini doğal hallerine dönüştürdü.
1772 ve 1785 yılları arasında kısmi türevsel denklemler denilen alanı ortaya çıkaran çalışmalar yaptı. Lagrange’ın bu çalışmalarının büyük bir kısmı Euler’in 1794 yılında yayımlanan integral kalkülüsünde bir araya getirildi.

Türevsel kalkülüs ve değişkenler kalkülüsü

Lagrange’ın École Polytechnique’te verdiği dersler daha sonradan ortaya koyacağı 1797 yılında yayımlanan  Théorie des fonctions analytiques adlı eserinin temelini oluşturdu. Bu çalışma 1772 yılında Berlin’e gönderdiği bir başka çalışmasının genişletilmiş haliydi ve cebirin genelleştirilmesi prensibine dayanıyordu.
Lagrange’ın bu çalışmasına oldukça benzer bir başka eser de John Laden tarafından 1758 yılında  Redidual Analysis adı altında yayımlandı. Lagrange, filozofların birçoğunun türevsel kalkülüs alanında sıklıkla kullandığı sonsuz küçük ve sonsuz büyüklükteki miktarları kullanarak karşılaştığı zorlukların üstesinden gelebileceğine inanıyordu. Kitap üç bölümden oluşmaktaydı. İlk bölüm, işlevsellerin genel kuramı üzerineydi ve Taylor kuramına geçerliliği tartışmaya açık cebirsel bir ispat sunmaktaydı. İkinci kısım çalışmasının geometriye, üçüncü kısım da mekaniğe uygulanmasını anlatıyordu.
Aynı konuları ele alan  Leçons sur le des fonctions 1804 yılında yayımlandı. İki yıl sonra da ikinci baskısı yayımlandı. Bu kitapta Lagrange, ünlü yöntemi Lagrange çarpanlarını formüle döktü. Lagarge’ın bu alanda yaptığı çalışmalar Cauchy, Jacobi ve Weierstrass’ın çalışmalarının temelini oluşturduğu söylenenilir.

Gök mekaniği

Gezegen hareketleri Lagrange’ın Berlin’de yaptığı çalışmaların temelini oluşturmuştur. 1806 yılında bu konular Poisson tarafından tekrar gündeme getirilmiştir ve Lagrange’ın kuramlarının gezegenlerin yörüngelerindeki kararlı olmaları belirli sınırların olduğunu gösterdiğini belirtmiştir. Lagrage, 1808 yılında Akademiye yazdığı bir mektup ile rastgele seçilmiş sabitlerin değiştirilmesi ile karşılıklı etkileşen sistemlerin yinelenen ya da köksel eşitsizliğinin nasıl belirlenebileceğini açıkladı.

Ödüller ve Şöhreti

Euler, Lagrange’ı Berlin Akademisi seçimlerinde aday gösterdi ve Lagrange 2 Eylül 1756 yılında Akademi başkanlığına seçildi. Ayrıca 1790 yılında Edinburgh Kraliyet Topluluğu’na, 1806 yılında İsveç Kraliyet Bilim Akademisine yabancı üye olarak seçildi. 1808’de Lagrange’a birçok onur rütbesi ve unvan verdi.
1764 yılında Fransız Bilim Akademisi tarafından Ayın salınımı üzerine yaptığı çalışmalar sonucunda ödüle layık görüldü. 1766 yılında ise Jüpiter’in uydularının hareketine dair yaptığı çalışma ile tekrar ödüllendirildi. Ayrıca 1772, 1774 ve 1778 yıllarında verilen ödülleri de başkaları ile paylaşmıştır.
Lagrange, Eiffel Kulesi’ne adları işlenen 72 ünlü Fransız bilim insanı arasında yer almaktadır. Paris’teki bir sokağa ve Ay’daki bir kratere Lagrange adı verilmiştir.