Riemann’s work on defining the concept of a fractional calculus

Stéphane Dugowson

Revue d'histoire des mathématiques (1997)

  • Volume: 3, Issue: 1, page 49-97
  • ISSN: 1262-022X

Abstract

top
This paper examines the content, and subsequent reception, of Riemann’s early, and little-noted, memoir Versuch einer allgemeinen Auffassung der Integration und Differentiation (An attempt at a general conception of integration and differentiation), in which he propounded his concept of a fractional calculus. Taking his cue from Lagrange’s contribution to the treatement of the calculus, and bringing in divergent series, he adopted a stance directly at odds with Cauchy’s. A century further on, Hardy showed that, in some respects, Riemann’s arguments may be reinterpreted on the lines of Borel’s theory of divergent series. It is still an open question, however, whether this calculus is altogether amenable to such a reading – most notably regarding the matter of complementary functions. Appended to this reappraisal is the first-ever translation into French of Riemann’s paper.

How to cite

top

Dugowson, Stéphane. "L’élaboration par Riemann d’une définition de la dérivation d’ordre non entier." Revue d'histoire des mathématiques 3.1 (1997): 49-97. <http://eudml.org/doc/252077>.

@article{Dugowson1997,
abstract = {Cet article étudie le contenu et la réception du mémoire peu connu Versuch einer allgemeinen Auffassung der Integration und Differentiation (Essai d’une conception générale de l’intégration et de la dérivation) que Riemann a consacré dans sa jeunesse à la dérivation d’ordre non entier. En revendiquant l’héritage de Lagrange et en utilisant des séries divergentes, il s’y oppose directement à Cauchy. Un siècle plus tard, Hardy montre qu’une partie des considérations développées par Riemann peut être interprétée à la lumière de la théorie des séries divergentes de Borel. La question reste toutefois en partie ouverte de savoir si cela est possible pour l’ensemble des calculs de Riemann et notamment ceux concernant les fonctions complémentaires. On trouvera en appendice le texte de Riemann traduit pour la première fois en français.},
author = {Dugowson, Stéphane},
journal = {Revue d'histoire des mathématiques},
keywords = {fractional calculus; Riemann; Hadamard; Lévy; Hardy; Cayley; divergent series},
language = {fre},
number = {1},
pages = {49-97},
publisher = {Société mathématique de France},
title = {L’élaboration par Riemann d’une définition de la dérivation d’ordre non entier},
url = {http://eudml.org/doc/252077},
volume = {3},
year = {1997},
}

TY - JOUR
AU - Dugowson, Stéphane
TI - L’élaboration par Riemann d’une définition de la dérivation d’ordre non entier
JO - Revue d'histoire des mathématiques
PY - 1997
PB - Société mathématique de France
VL - 3
IS - 1
SP - 49
EP - 97
AB - Cet article étudie le contenu et la réception du mémoire peu connu Versuch einer allgemeinen Auffassung der Integration und Differentiation (Essai d’une conception générale de l’intégration et de la dérivation) que Riemann a consacré dans sa jeunesse à la dérivation d’ordre non entier. En revendiquant l’héritage de Lagrange et en utilisant des séries divergentes, il s’y oppose directement à Cauchy. Un siècle plus tard, Hardy montre qu’une partie des considérations développées par Riemann peut être interprétée à la lumière de la théorie des séries divergentes de Borel. La question reste toutefois en partie ouverte de savoir si cela est possible pour l’ensemble des calculs de Riemann et notamment ceux concernant les fonctions complémentaires. On trouvera en appendice le texte de Riemann traduit pour la première fois en français.
LA - fre
KW - fractional calculus; Riemann; Hadamard; Lévy; Hardy; Cayley; divergent series
UR - http://eudml.org/doc/252077
ER -

References

top
  1. [1] ABEL ( N.) [1826] Lettre à Holmboë du 16 janvier 1826, dans Œuvres complètes de Niels Henrik Abel, t.2, Christiana, 1881 (réimp. New York : Johnson Reprint, 1965), p. 256–257. 
  2. [2] ALINHAC ( S.) et GERARD ( P.) [1991] Opérateurs pseudo-différentiels et théorème de Nash-Moser, Paris-Meudon : InterÉditions et Éditions du CNRS, 1991. Zbl0791.47044MR1172111
  3. [3] BOREL ( E.) [1901] Leçons sur les séries divergentes, Paris : Gauthier-Villars, 1901. JFM32.0248.01
  4. [4] CAUCHY ( A.L.) [Œuvres] Œuvres complètes, 27 vol. en deux séries, Paris : Gauthier-Villars, 1882–1974. Zbl1204.00001MR472451
  5. [5] CAUCHY ( A.L.) [1823] Résumé des leçons données à l’École royale polytechnique sur le calcul infinitésimal, Paris, 1823 ; Œuvres (II) 4, p.5–261. 
  6. [6] CAUCHY ( A.L.) [1829] Leçons sur le calcul différentiel, Paris, 1829 ; Œuvres (II) 4, p.263–609. 
  7. [7] CAYLEY ( A.) [CMP] The collected mathematical papers of Arthur Cayley, 13 vol. + Index, Cambridge : Cambridge University Press, 1889–1898. Zbl0628.34008MR2866656JFM27.0021.01
  8. [8] CAYLEY ( A.) [1851] On a doubly infinite series, Cambridge and Dublin Mathematical Journal, 6 (1851), p.45–47 ; CMP 2, p.8–10. 
  9. [9] CAYLEY ( A.) [1880] Note on Riemann’s paper “Versuch einer allgemeinen Auffasung der Integration und Differentiation", Mathematische Annalen, 16 (1880), p.81–82 ; CMP 11, p.235–236. MR1510014JFM12.0206.03
  10. [10] DUGOWSON ( S.) [1994] Les différentielles métaphysiques : histoire et philosophie de la généralisation de l’ordre de dérivation, Thèse, Université Paris 13, 1994. 
  11. [11] ERDÉLYI ( A.) [1962] Operational calculus and generalized functions, New York : Holt, Rinehard and Winston, 1962. Trad. fr., Paris : Dunod, 1971. Zbl0123.09502MR142990
  12. [12] EULER ( L.) [1730] De progressionibus transcendentibus, seu quarum termini generales algebraice dari nequeunt, Commentarii Academiae scientiarum imperialis Petropolitanae, 5 (1738), p.36–57 ; Opera omnia (I) 14, p. 1–24. 
  13. [13] FOURIER ( J.) [1822] Théorie analytique de la chaleur, Paris, 1822 ; Œuvres de Fourier, t. 1, Paris, 1888. 
  14. [14] HADAMARD ( J.) [1892] Essai sur l’étude des fonctions données par leur développement de Taylor, Journal de mathématiques pures et appliquées, (IV) 8 (1892), p.101–186. JFM24.0359.01
  15. [15] HARDY ( G.H.) [Papers] Collected papers of G.H. Hardy, 7 vol., Oxford : Clarendon Press, 1966–1979. 
  16. [16] HARDY ( G.H.) [1935] Remarks on some points in the theory of divergent series, Annals of Mathematics, (II) 36 (1935), p.167–181 ; Papers VI, p.774–789. Zbl0011.01902MR1503216JFM61.0277.01
  17. [17] HARDY ( G.H.) [1945] Riemann’s form of Taylor’s series, Journal of the London Mathematical Society, 20 (1945), p.48-57 ; Papers VI, p.825–834. Zbl0063.01925
  18. [18] HEAVISIDE ( O.) [1899] Electromagnetic theory, vol. II, London, 1899. JFM30.0801.03
  19. [19] LAGRANGE ( J.L.) [Œuvres] Œuvres de Lagrange, 14 vol., Paris, 1867–1892. 
  20. [20] LAGRANGE ( J.L.) [1772] Sur une nouvelle espèce de calcul relatif à la differentiation et à l’intégration des quantités variables, Nouveaux mémoires de l’Académie des sciences et des belles-lettres de Berlin, 1772 ; Œuvres 3, p.441–476. 
  21. [21] LAGRANGE ( J.L.) [1797] Théorie des fonctions analytiques, Paris, 1797 ; 2e éd., Paris, 1813 ; Œuvres 9. 
  22. [22] LAUGWITZ ( D.) [1996] Bernhard Riemann 1826–1866, Basel : Birkhäuser, 1996. MR1487377
  23. [23] LAURENT ( H.) [1884] Sur le calcul des dérivées à indices quelconques, Nouvelles annales de mathématiques, (III) 3 (1884), p.240–252. JFM16.0228.03
  24. [24] LEIBNIZ ( G.) [1695] Lettre à Jean Bernoulli datée du 28 février 1695 à Hanovre, Leibnizens Mathematische Schriften, III 1 , Halle, 1855 (réimp.Hildesheim : Olms, 1962), p.166–168. 
  25. [25] LE MÉHAUTÉ ( A.) [1990] Les géométries fractales : l’espace-temps brisé, Paris : Hermès 1990. Zbl0834.58002
  26. [26] LE MÉHAUTÉ ( A.) et Oustaloup ( A.) (éd.) [1994] Géométrie fractale et hyperbolique. Dérivation fractionnaire et fractale (applications dans les sciences de l’ingénieur et en économie), Le Mans : Institut supérieur des matériaux, prépublication, 1994. 
  27. [27] LÉVY ( P.) [1923] Sur la dérivation et l’intégration généralisées, Bulletin des sciences mathématiques, (II) 47 (1923), p.307–320 et p.343–352. Zbl49.0245.01JFM49.0245.01
  28. [28] LÉVY ( P.) [1970] Quelques aspects de la pensée d’un mathématicien, Paris : Blanchard, 1970. Zbl0219.01020
  29. [29] LIOUVILLE ( J.) [1832a] Mémoire sur quelques questions de géométrie et de mécanique, et sur un nouveau genre de calcul pour résoudre ces questions, Journal de l’École polytechnique, t. XIII, 21e cahier (1832), p.1–69. 
  30. [30] LIOUVILLE ( J.) [1832b] Mémoire sur le calcul des différentielles à indices quelconques, Ibid., p.71–162. 
  31. [31] LIOUVILLE ( J.) [1832c] Mémoire sur l’intégration de l’équation ( m x 2 + n x + p ) d 2 y / d x 2 + ( q x + r ) d y / d x + s y = 0 à l’aide des différentielles à indice quelconque, Ibid., p.163–186. 
  32. [32] LIOUVILLE ( J.) [1834] Mémoire sur le théorème des fonctions complémentaires, Journal für die reine und angewandte Mathematik, 11 (1834), p.1-19. 
  33. [33] LÜTZEN ( J.) [1990] Joseph Liouville 1809-1882 : master of pure and applied mathematics, New York : Springer, 1990. Zbl0701.01015MR1066463
  34. [34] MCBRIDE ( A.C.) et ROACH ( G.F.) (éd.) [1985] Fractional calculus, Boston : Pitman, 1985. Zbl0595.00008MR860081
  35. [35] NISHIMOTO ( K.) [1984–1991] Fractional calculus : integrations and differentiations of arbitrary order, 4 vol., Koriyama : Descartes Press, 1984, 1987, 1989, 1991. Zbl0605.26006MR781539
  36. [36] NISHIMOTO ( K.) [1992] Preface, Journal of Fractional Calculus, 1 (1992). Zbl0787.33011MR2573076
  37. [37] NISHIMOTO ( K.) et TU ( S.T.) [1993] Complementary functions in Nishimoto’s fractional calculus, J. Frac. Calculus, 3 (1993), p.39–48. Zbl0781.34009MR1218091
  38. [38] OLDHAM ( K.) et SPANIER ( J.) [1974] The fractional calculus : theory and applications of differentiation and integration to arbitrary order, New York : Academic Press (Mathematics in science and engineering, 111), 1974. Zbl0292.26011MR361633
  39. [39] OUSTALOUP ( A.) [1995] La dérivation non entière : théorie, synthèse et applications, Paris : Hermès, 1995. Zbl0864.93004
  40. [40] OVAERT ( J.L.) [1976] La thèse de Lagrange et la transformation de l’analyse, dans Houzel (C.), Ovaert (J.L.), Raymond (P.) et Sansuc (J.J.), éd., Philosophie et calcul de l’infini, Paris : Maspero, 1976, p.157–200. MR532017
  41. [41] PARMENTIER ( M.) [1989] Leibniz. La naissance du calcul différentiel (26 articles des Acta Eruditorum), Introduction, traduction et notes par M.Parmentier, Paris : Vrin, 1989. MR1217251
  42. [42] RAMIS ( J.-P.) [1993] Séries divergentes et théories asymptotiques, collection “Panoramas et synthèses”, Supplément au Bulletin de la Société Mathématique de France, 121 (1993). Zbl0830.34045MR1272100
  43. [43] RIEMANN ( B.) [1847] Versuch einer allgemeinen Auffassung der Integration und Differentiation (14 janvier 1847), dans Gesammelte mathematische Werke (H.Weber éd. avec le concours de R.Dedekind), Leipzig, 1876, p.353–366 ; 2e éd. 1892 ; rééd. Berlin-Heidelberg : Springer, 1990, p.385–398. MR1129633
  44. [44] RIESZ ( M.) [1949] L’intégrale de Riemann-Liouville et le problème de Cauchy, Acta mathematica, 81 (1949), p.1–223 ; Collected papers, Berlin-Heidelberg : Springer, 1988, p.571–793. Zbl0033.27601MR30102
  45. [45] ROSS ( B.) [1974] Chronological bibliography on fractional calculus, dans [Oldham et Spanier 1974, p.3-15]. MR361633
  46. [46] ROSS ( B.) [1975a] (éd.) Fractional calculus and its applications, Berlin-Heidelberg : Springer (Lecture Notes in Mathematics, 457), 1975. Zbl0293.00010MR367127
  47. [47] ROSS ( B.) [1975b] A brief history and exposition of the fundamental theory of fractional calculus, dans [Ross 1975 a, p.1–37]. Zbl0303.26004
  48. [48] ROSS ( B.) [1977] The development of fractional calculus (1695–1900), Historia mathematica, 4 (1977), p.75–89. Zbl0358.01008MR444394
  49. [49] ROUSSEL ( G.) [1985] Intégration et dérivation d’ordre non entier, Paris : Blanchard, 1985. 
  50. [50] SAMKO ( S.G), KILBAS ( A.A.) et MARICHEV ( O.I.) [1993] Fractional integrals and derivatives : theory and applications, New York : Gordon and Breach, 1993. Zbl0818.26003MR1347689
  51. [51] SCHWARTZ ( L.) [1966] Théorie des distributions, Paris : Hermann, 1966. Zbl0962.46025MR209834
  52. [52] SRIVASTAVA ( H.M.) et OWA ( S.) (éd.) [1989] Univalent functions, fractional calculus and their applications, Chichester : Ellis Horwood, 1989. Zbl0683.00012MR1199135
  53. [53] TRICOT ( C.) [1988] Dérivation fractionnaire et dimension fractale, Rapport technique 1532, CRM, Université de Montréal, 1988. 

NotesEmbed ?

top

You must be logged in to post comments.

To embed these notes on your page include the following JavaScript code on your page where you want the notes to appear.

Only the controls for the widget will be shown in your chosen language. Notes will be shown in their authored language.

Tells the widget how many notes to show per page. You can cycle through additional notes using the next and previous controls.

    
                

Note: Best practice suggests putting the JavaScript code just before the closing </body> tag.