解析几何出现以前,代数已有了相当大的进展,因此解析几何不是一个巨大的成就,但在方法论上却是一个了不起的创建. 科学的需要和对方法论的兴趣,推动了笛卡尔对坐标几何的研究.
笛卡尔(Descartes)首先是一位杰出的近代哲学家. 他也是近代生物学的奠基人、第一流的物理学家,同时又是一位数学家. 他的父亲是一位相当富有的律师. 笛卡尔大学毕业后去巴黎当律师,在那里他花了一年时间跟两位神父一起研究数学,其后九年中,他曾在军队中服役,但一直研究数学.
笛卡尔是通过三个途径来研究数学的,作为一个哲学家,他把数学方法看成是在一切领域建立真理的方法来研究. 作为自然科学的研究者,他广泛地研究了力学、水静力学、光学和生物学等各个方面. 作为一个关心科学用途的人,他强调把科学成果付之应用,他不推崇纯粹数学,他认为数学不是思维训练,而是一门建设性的有用的科学. 他认为把数学方法用到数学本身是没有价值的,因为这不算研究自然. 那些为数学而搞数学的人,是白费精力的盲目研究者.
《几何》是他所写的唯一一本数学书,他关于坐标几何的思想,就包括在这本书中. 在该书第一卷的前一半中,笛卡尔用代数解决的只是古典的几何作图题,这只不过是代数在几何上的一个应用,并不是现代意义下的解析几何. 进一步,笛卡尔考虑了不确定的问题,就是变数(变量)问题,如长度变化而方向不变的线段,又如连续经过坐标面上某些点的数学变量,即曲线. 关于曲线的描出,根据最后得到的不定方程,笛卡尔指出:对于每一个,长度
满足一个确定的方程,因而可以描出. 笛卡尔的做法,是选定一条直线作为基线,以点
为原点,
值是基线上从
量起一条线段的长度,
是由基线出发与基线作成一个固定角度的一条线段的长度. 这个坐标系我们现在称之为斜坐标系. 笛卡尔的
,
只取正值,即图形在第一象限内.
有了曲线方程的思想之后,笛卡尔进一步发展了他的思想:
(1)曲线的次数与坐标轴的选择无关.
(2)同一坐标系中两个曲线方程联立,可解出交点.
(3)曲线概念的推广. 古希腊人认为平面曲线是可以用直尺和圆规画出的曲线,而笛卡尔则不赞成这种观点,他提出,那些可用唯一的含和
的有限次代数方程表示的曲线,都是几何曲线.
笛卡尔希望通过解析几何引进一个新的方法,在代数的帮助下,能迅速地证明关于曲线的某些事实. 解析几何把代数和几何结合起来,把数学造成一个双面的工具. 一方面,几何概念可以用代数表示,几何的目的通过代数来达到. 另一方面,解析几何给代数概念以几何解释,可以直观地掌握这些概念的意义. 解析几何的显著优点在于它是数量工具,这个数量工具是科学发展久已迫切需要的,也是17世纪一直公开要求的. 例如当开普勒发现行星沿椭圆轨道绕着太阳运动,伽利略发现抛出的石子沿着抛物线的轨道飞出去时,就必须计算这些椭圆和抛物线,这些都需要提供数量工具. 研究物理世界,似乎首先对几何有所需求. 物体基本上是几何的形象,物体运动的路线是曲线,研究它们都需要数量知识,而解析几何能把形象和路线表示为代数形式,从而导出数量知识.
解析几何的重要性在于其方法——建立坐标系,用方程来表示曲线,通过研究方程来研究曲线. 因此我们学习解析几何,主要是掌握它的基本思想、基本方法,而不仅仅在于记住它的某些具体结论. 解析几何的基本方法,包括两个方面:一是从图形到方程;二是从方程到图形. 也就是选择坐标系,建立图形方程;通过对方程的研究得到图形的性质,了解图形的形状.学习中要特别注意,培养自己的几何直观能力,这种能力对于数学的学习是极为重要的.