Проектная работа на тему: "Лобачевский и его геометрия"  

                                                                     Подготовил:  ученик 8-го класса

                                                                                           Гаглоев Мурат  

                                                                           Руководитель: учитель математики

Ахполова Заира Торбековна.

МБОУ СОШ с.Нарт 2018.

                         Цели проекта:

– Расширить границы восприятия мира.

– Показать существование других геометрий и других миров.

– Познакомиться с основными понятиями геометрии Лобачевского.

– Сравнить геометрию Лобачевского и геометрию Евклида.

– Повысить интерес к математике.

Реализация.

I. Рассуждение.

 Сообщение о том, что такое философия, кто такой философ. Биография Николая Ивановича Лобачевского.

II. Погружение.

С помощью стихов  в мир чувств, эмоций, переживаний.  Стихи о Лобачевском.

В. Фирсов. Н.И. Лобачевскому

Высокий лоб, нахмуренные брови.
В холодной бронзе – отраженный луч…
Но, даже неподвижный и суровый,
Он, как живой, - спокоен и могуч.
Когда-то здесь, на площади широкой,
На этой вот казанской мостовой,
Задумчивый, неторопливый, строгий,
Он шел на лекции – великий и живой.
Пусть новых линий не начертят руки,
Он здесь стоит, взнесенный высоко,
Как утверждение бессмертья своего,
Как вечный символ торжества науки.
Владимир Михановский. Пути параллелей

(Страницы жизни великого геометра. Отрывки из поэмы)

Восстание мысли.

…Снасти ветхие рвёт и ревёт непогода.
Поспешая по белым снегам,
Наступает декабрь двадцать пятого года,
Кривотолков встревоженный гам,
Гнев, тревога, надежда, тоска, ожиданье…
Параллели рядов, параллели времён.
В Петербурге восстанье! Восстанье! Восстанье!
Розоватыми вспышками снег озарён.
Псов дорассветный лай. Душа изнемогла.
Отныне Николай вершит свои дела.
Оперся на штыки, заткнул России рот.
Одних – на рудники, других – на эшафот.
Вновь над Россией мгла в неверном постоянстве.
Такие вот дела в евклидовом пространстве.
Скоро порохом вспыхнет рассветная тишь.
Ты на четкий чертёж неотрывно глядишь.
После встал, потянулся устало,
Вечность тайну тебе нашептала,
И умом изумленным постигнул ты то,
Что доселе не знал и не ведал никто:
Параллели стрелою нацелены ввысь,
Параллели пронзают межзвездные дали.
Параллели – ты чуешь! – стремятся сойтись,
Только сразу такое постигнешь едва ли.
Гений, гений, просторы вселенной исчисли!
Это – тоже восстанье – восстание мысли.
…И всё громче, как будто свершая обряд,
Ты, мол, разум утратил, - коллеги твердят.
-Чушь, - кричат, - Лобачевский, нелепица, бред.
Ничего смехотворней и в мире-то нет!
Параллели не встретятся – это же просто,
Как дорога от города и до погоста!
Ну, хоть рельсы возьми: пересечься им, что ли,
Хоть сто лет рассекая раздольное поле?
Не понять им: коль к звездам протянутся рельсы, -
Окунуться с разбега в иные законы.
Там, где в нуль обращается зябнувший Цельсий,
Аксиомы пространства пока потаенны…

Сумерки гения

Где-то Волга блестит, зеленеют луга,
Разнотравьем шелковым манят берега,
Здесь же – мраком налит кабинет до краёв.
Приговор катаракты бесстрастно суров.
Темнота подступает волной,
Нависает зловещей стеной.
Мир окрестный, геометр, ты больше не видишь.
О, как тьму бессердечную ты ненавидишь!
Жизнь – на ощупь: вот книга, вот стол, вот перо,
Вот подсвечник – чеканное серебро.
Прежде всех ты почуял – сквозь стылую млечность
Параллели, сливаясь, спешат в бесконечность.
Слишком рано…Других убедить ты не в силе.
И тебя осмеяли, при жизни забыли.
Просто видел ты дальше, чем видит иной.
Просто видел ты больше, чем видит любой.
…Всё труднее шаги, всё короче дыханье.
Паралич… И в простор отлетает душа.
В тот простор, где звезды путеводной мерцанье,
Где бегут параллели, столкнуться спеша…

3. Удивление.

Знакомлюсь с геометрией Лобачевского, возможно ли такое? Эта новая информация , восстание мысли, сдвинула точку восприятия , заставила ощутить мир по-другому.

 История создания геометрии Лобачевского, является историей попыток доказать пятый постулат Евклида. Пятый постулат – это одна из самых важных аксиом в аксиоматике Евклида. Сам 5П: если две прямые пересекаются третьей так, что по какую-либо сторону от нее сумма внутренних углов меньше двух прямых углов, то по эту же сторону исходные прямые пересекаются. . <Рисунок1>

Многие математики, жившие после Евклида, пытались доказать, что эта аксиома – лишняя, то есть она может быть доказана как теорема на основании остальных аксиом. Допустив, что 5П неверен, математики пытались прийти к логическому противоречию. Они приходили к утверждениям, чудовищно противоречащим нашей геометрической интуиции, но логического противоречия не получалось.

Не может ли быть так, что, заменив 5П Евклида его отрицанием, мы придем к новой, неевклидовой геометрии, которая во многом не согласуется с нашими привычными наглядными представлениями, но и не содержит логических противоречий? Эту простую, но очень дерзкую мысль математики не могли выстрадать в течение двух тысячелетий после появления “Начал” Евклида.

Первым был К. Гаусс. Это обнаружили после его смерти. Он не рискнул опубликовать свои результаты по неевклидовой геометрии, опасаясь быть непонятым.

ХIХ век принес решение загадки 5П. К этому открытию независимо от Гаусса пришел и наш соотечественник – профессор Казанского Университета Николай Иванович Лобачевский.

Он тоже выводил различные следствия из отрицания 5П, надеясь, что рано или поздно он придет к противоречию. Он доказал множество теорем, не обнаруживая логических противоречий. И тогда Лобачевскому пришла в голову догадка о непротиворечивости геометрии, в которой 5П заменен его отрицанием. Лобачевский назвал эту геометрию воображаемой. Свои исследования он изложил в ряде сочинений, начиная с 1829 года. Но математический мир не принял идеи Лобачевского. Ученые не были готовы к мысли о том, что может существовать геометрия, отличная от евклидовой. И лишь Гаусс выразил свое отношение к научному подвигу русского ученого: он добился избрания в 1842 году Н.И. Лобачевского член-корреспондентом Геттингенского королевского научного общества. Эта единственная научная почесть, выпавшая на долю Лобачевского при жизни. Он умер, так и не добившись признания своих идей.

В геометрии Лобачевского сохраняются все теоремы, которые в евклидовой геометрии можно доказать без использования 5П. Например:

-вертикальные углы равны;

-углы при основании равнобедренного треугольника равны;

-из данной точки можно опустить на данную прямую только один перпендикуляр;

-сохраняются признаки равенства треугольников.

Но теоремы, при доказательстве которых применяется аксиома параллельности, изменяются.

Теорема о равенстве углов треугольника – первая теорема школьного курса, при доказательстве которой используется аксиома параллельности.

Первый сюрприз: в геометрии Лобачевского сумма углов треугольника меньше 1800.

В геометрии Лобачевского не существует подобных треугольников.

В геометрии Лобачевского существует 4 признак равенства треугольника: если углы одного треугольника соответственно равны углам другого треугольника, тогда эти треугольники равны.

Разность (1800 – сумма углов треугольника АВС)>0° в геометрии Лобачевского - дефект этого треугольника. SАВС=k DАВС. D – дефект треугольника. Число k зависит от выбора единиц измерения площади и углов. <Рисунок2>

Пусть угол АOВ – острый. В геометрии Лобачевского можно выбрать такую точку М на стороне ОВ, что перпендикуляр MQ к сторонам ОВ не пересекается с другой стороной угла.

Этот факт как раз подтверждает, что не выполняется 5П: сумма углов α и β меньше развернутого угла, но прямые ОА и MQ не пересекаются. Если начать приближать точку М к точке О, то найдется такая “критическая” точка М0, что перпендикуляр M0Q0 к стороне ОА все еще не пересекается со стороной ОА, но для любой точки М', лежащей между О и М0, соответствующий перпендикуляр М'Q' пересекается со стороной ОА.

Прямые ОА и М0Q0 все более приближаются друг к другу, но общих точек не имеют. <Рисунок3>

Именно такие, неограниченно приближающиеся друг к другу прямые, Лобачевский называет в своей геометрии параллельными. А два перпендикуляра к одной прямой (которые неограниченно удаляются друг от друга) Лобачевский называет расходящимися прямыми.<Рисунок4>

Этим и ограничиваются все возможности расположения двух прямых на плоскости Лобачевского: две несовпадающие прямые либо пересекаются в одной точке, либо параллельны, либо являются расходящимися (в этом случае они имеют единственный общий перпендикуляр).

Интересный вариант расположения трех прямых на плоскости Лобачевского: каждые две из них параллельны (только в разных направлениях).<Рисунок5>

Все прямые параллельны друг другу в одном направлении (пучок параллельных прямых). Эта линия перпендикулярна всем прямым. Эта линия называется предельной окружностью или орициклом.<Рисунок6>

Прямые пучка являются как бы ее “радиусами”, а “центр” предельной окружности в бесконечности, поскольку “радиусы” параллельны. В то же время предельная окружность – не прямая линия – она “искривлена”.

Это некоторые факты из геометрии Лобачевского.

Возникает убежденность, что эта теория, богатая удивительно красивыми результатами и содержательными фактами, в самом деле, непротиворечива. Но эта убежденность не заменяет доказательства непротиворечивости. Чтобы получить доказательство, надо было построить модель. И Лобачевский это хорошо понимал и пытался ее найти.

Но сам Лобачевский уже не смог сделать. Построение такой модели (т.е. доказательство непротиворечивости геометрии Лобачевского) выпало на долю математиков следующего поколения.

В 1868 г. итальянский математик Э. Бельтрами исследовал вогнутую поверхность, называемую псевдосферой и доказал, что на ней действует геометрия Лобачевского. Но на ней реализуется не вся плоскость Лобачевского, а лишь ее пучок, но все же этим была пробита первая брешь в глухой стене непризнания Лобачевского.

Через два года немецкий математик Ф. Клейн (1849-1925) предлагает другую модель плоскости Лобачевского. “Плоскостью” он назвал внутренность круга К. <Рисунок7>

Еще существует модель А. Пуанкаре (1859-1912).

Здесь дано задание желающим подготовить сообщения по темам: детство и юность Николая, К. Гаусс, А. Пуанкаре, Ф. Клейн, Э. Бельтрами, Я. Бойяи, Риман.

4. Размышления вслух.

Для того чтобы, выйти из тупика и найти правильный путь решения вопроса, нужно было не бояться авторитетов, обладать революционным духом, выдающейся научной смелостью; нужен был гений математического мышления, способный порвать с многовековыми предубеждениями, по-новому понять и решить проблему.

Таким гением и революционером в науке был наш великий соотечественник Н. И. Лобачевский.

 Каким мог быть человек способный пойти против общества? Что позволило сделать открытие? Что особенного было у него? Чем отличался от других? Как пришло открытие? Мысли о времени, смысле жизни, зачем она дана нам. О выборе своего пути. О своих способностях. О невежестве. О качествах человека, идущего к цели – трудолюбии, устремленности, смелости, дерзости …

Лобачевский говорит, что овладение специальными знаниями (умственное образование) еще не завершает воспитания, так как человек еще должен учиться уметь наслаждаться жизнью, понимать красоту и быть счастливым. А счастливому человеку доступно все.

Список литературы:

1. Д. Тарджеманов “Юность Лобачевского”, Казань –1987
2. Б.Л. Лаптев “Н.И. Лобачевский и его геометрия”, М.: “Просвещение” - 1976
3. О.А. Казанский “Педагогика как любовь”, М-1996
4. Г.И. Глейзер “История математики в школе”, М.: “Просвещение”-1982
5. Б.А. Кордемский “Увлечь школьников математикой”, М.: “Просвещение” - 1981
6. Н.К. Рерих “Живая этика” о школе и воспитании. Пособие для преподавателей
7. Л.С. Атанасян “Доп. главы к школьному учебнику геометрии”, М.: “Просвещение”1996
8. Е.Е. Семенов “За страницами учебника геометрии”, М.: “Просвещение” -1999
9. Журнал “Квант”, №4,1992
10. С. Акимова “Занимательная математика. Нескучный учебник”, СПб.: “Тригон”-1998
11. “100 великих имен”. Энциклопедия, “Слово” - 1998
12. Энциклопедический словарь юного математика, “Педагогика - пресс” - 1997
13. М. Колесников “Н.И. Лобачевский”
14. А. Ливанова “Три судьбы” Постижение мира”

Биография Лобачевского

Николай Иванович Лобачевский (1792-1856 гг.) – великий русский математик, один из создателей неевклидовой геометрии. Также был народным просветителем и ярким деятелем университетского образования. Знакомый с биографией Лобачевского У. Клиффорд назвал своего коллегу “Коперником геометрии”.

Детские и юные годы

Николай Иванович Лобачевский родился 20 ноября (1 декабря) 1792 г., в Нижнем Новгороде, в семье чиновника геодезического департамента, И. М. Лобачевского.

В 1802 г. поступил в Казанскую гимназию и закончил ее в 1806 г. Особенно хорошие знания он показал в области математики, а также французского, немецкого и латинского языков.

В те годы в гимназии преподавал Г. И. Карташевский. Именно благодаря ему у Николая пробудился интерес к математике.

В феврале 1807 г. юный Лобачевский стал студентом Императорского Казанского училища.

Начало научной деятельности

Университет Лобачевский закончил в 1811 г. Получив степень магистра по физике, он был оставлен при университете. Летом 1811 г. он, совместно с И. М. Симоновым, наблюдал комету. В октябре этого же года принялся за изучение работ Гаусса и Лапласа. Это способствовало началу самостоятельных поисков.

В конце 1811 г. Лобачевский Николай Иванович представил свою работу “Теория эллиптического движения небесных тел”.

В 1813 г. он написал еще одно исследование – “О разрешении алгебраического уравнения”.

Основные научные открытия

Лобачевский считал Евклидову аксиому параллельности произвольным ограничением. По его мнению, это требование было чересчур жестким. Оно существенно ограничивало возможности теории, которая описывала пространственные свойства.

Николай Иванович изменил существующую аксиому на другую. Она звучит так: “через точку, не лежащую на прямой, может проходить множество прямых параллельных с первой”.

В 1826 г. ученым было сделано устное заявление о своем открытии. После этого он опубликовал несколько трудов, посвященных этой теме.

Современники Лобачевского отнеслись прохладно к его идеям. В 1832 г. он представил свой труд “О началах геометрии”. Эта работа была отрицательно оценена М. В. Остроградским.

Пытаясь найти понимание за границей, в 1837 г. Лобачевский опубликовал свою статью “Воображаемая геометрия” в немецком журнале “Крелле”. Идеи русского ученого удалось продвинуть “королю математиков”, К. Ф. Гауссу. Заинтересованный его трудами, он даже начал изучать русский язык, чтобы ознакомиться с ними в оригинале.

Лобачевский сделал и иные открытия. Независимо от Ж. Данделена, он разработал метод приближенного решения уравнений. В мат.анализе им было получено несколько теорем о тригонометрических рядах. Также Лобачевский дал понятие о признаке сходимости рядов и о непрерывной функции.

Смерть

Николай Иванович Лобачевский ушел из жизни 12 (24) февраля 1856 г. В этот же день тридцать лет назад он впервые опубликовал свою теорию неевклидовой геометрии. Выдающийся русский математик был похоронен на казанском Арском кладбище.

Отважный зодчий и ваятель
И враг Евклида — постоянства.
Бессмертный преобразователь
Многоструктурного пространства.

Пространство наше было куцо,
Но он пришел к великой цели
И доказал: пересекутся
И параллели к параллелям, —

Пусть далеко, но непременно;
И вот из нового Начала
Гармония иных Вселенных
Уму нежданно зазвучала, —

Вселенных энных измерений:
Цветут поля, бегут потоки,
Восходят тензорные тени,
Гремят источники и стоки.

Так пали лживые покровы
И, неразгаданный от века,
Мир развернулся в духе новом
Пред умозреньем человека.

Прозрел он тьмы единослитых
Пространств в незыблемости узкой,
Колумб Вселенных тайноскрытых,
Великий геометр русский.

Чижевский А.

Челышев Д. Геометрия удач

У каждого из нас своя прямая,
Им пересечься только раз дано.
И в их пересеченьи мы встречаем
Свою беду, судьбу, удачу, но…
У каждого из нас своя окружность,
Непроходящий круг проблем, забот,
Потерянность, утраченность, ненужность
И новый к потепленью поворот.
У каждого из нас свой треугольник.
И убегая от страстей своих,
Мы мечемся, настигнутые болью
И счастьем, поделенным на троих.
А как нас век кидает и ломает!
Но на губах так мало добрых слов.
У каждого из нас своя кривая
И ломанная с множеством углов.

Лобачевский, Николай Иванович

Николай — средний из троих сыновей Прасковьи Александровны Лобачевской (?—1847), мужем которой был чиновник в геодезическом департаменте Иван Максимович Лобачевский (1760—1800). Существует версия происхождения Н. И. Лобачевского, высказанная профессором математики Нижегородского университета Дмитрием Андреевичем Гудковым (1918—1992), опираясь на архивы и литературные источники; согласно ей, Николай Иванович Лобачевский и два его брата — Александр и Алексей — были внебрачными сыновьями Прасковьи Александровны Лобачевской и макарьевского землемера и капитана Сергея Степановича Шебаршина.

Сведения о жизни отца учёного, И. М. Лобачевского, чрезвычайно скудны. Его отец, М. В. Лобачевский, был поляком, проживавшим в Малороссии. Около 1757 года князь Михаил Иванович Долгоруков (1731—1794), у которого М. В. Лобачевский был в услужении, разрешил ему жениться на своей крепостной Аграфене, а в 1775 году князь дал Аграфене вольную. По рождении Иван Максимович был крещён по католическому обряду, но позднее принял православие. Около 1797 года И. М. Лобачевский был направлен служить в межевую контору Нижнего Новгорода. Вскоре после переезда он тяжело заболел и умер в возрасте всего 40 лет, оставив троих детей и жену Прасковью Александровну в трудном материальном положении.

Первые годы жизни (1792—1807)

В 1802 году Прасковья Александровна отдала всех троих сыновей в Казанскую гимназию, единственную в те годы во всей восточной части Российской империи, на «казённое разночинское содержание». Николай Лобачевский окончил гимназию в конце 1806 года, показав хорошие знания, особенно по математике и языкам — латинскому, немецкому, французскому. В проявившемся уже тогда его интересе к математике — большая заслуга преподавателя гимназии Г. И. Карташевского.

Вскоре после поступления Николая в гимназию расширились возможности для получения дальнейшего образования. 5 ноября 1804 года император Александр I подписывает «Утвердительную грамоту» и «Устав Императорского Казанского университета». 14 февраля 1805 года происходит открытие университета. Ряд учителей гимназии, параллельно с исполнением прежних обязанностей, переходит преподавать в университет. И. Ф. Яковкин становится профессором истории, географии и статистики Российской империи и директором университета, Г. И. Карташевский — адъюнктом высшей математики, И. И. Эрих — адъюнктом древностей, латинского и греческого языков, Л. С. Левицкий — адъюнктом умозрительной и практической философии, И. И. Запольский — адъюнктом прикладной математики и опытной физики. Совет университета обратился к родителям воспитывающихся в Казанской гимназии детей с предложением отдать их после окончания курса гимназии для продолжения обучения в университете. П. А. Лобачевская ответила согласием. Старший брат Николая, Александр, был зачислен в университет тотчас, 18 февраля 1805 года. Николай в июле 1806 года подвергся испытанию, но неудачно, однако 22 декабря того же года прошёл повторное испытание и 14 февраля 1807 года был зачислен в университет. В том же 1807 году становится студентом Казанского университета и младший брат Николая, Алексей.

Молодые годы (1807—1814)

В первые годы лишь два курса года относились к физико-математическим наукам. В двух полугодиях адъюнктом И. И. Запольским читался курс физики. В первом полугодии адъюнкт Г. И. Карташевский повторил со студентами общую арифметику, прочитал курс алгебры и перешёл к изложению дифференциального исчисления. Однако 5 декабря 1806 года, из-за конфликта с директором университета И. Ф. Яковкиным, он и ряд других преподавателей были уволены. Преподавать математику было поручено студентам. Студенты вели занятия и по другим дисциплинам.

Мартин Бартельс

Ситуация изменилась только в 1808 году с прибытием в университет видных немецких учёных, которых отобрал и пригласил тогдашний попечитель Казанского учебного округа С. Я. Румовский. В феврале 1808 года приехал профессор чистой математики Мартин Бартельс, друг и учитель великого немецкого математика Карла Фридриха Гаусса, превосходный педагог. 2 марта он открыл курс лекций по чистой математике. В сентябре того же года в Казань приезжает математик Каспар Реннер, а в 1810 году — профессор теоретической и опытной физики Броннер и профессор астрономии Литров.

Влияние новых талантливых преподавателей сказалось на интересах Николая. Если в 1808 году он наибольшее внимание уделял химии и фармакологии (которая в то время называлась медицинской наукой), то под влиянием Бартельса заинтересовался физико-математическими науками. Впрочем, оставалось и место для студенческих шалостей. Если в 1807 году в рапортах камерных студентов поведение Лобачевского признавалось хорошим, то в 1808 году за пиротехнические опыты (13 августа он вместе с товарищами запускает ракету) был наказан карцером. Шалости, тем не менее, не помешали Николаю стать 31 мая 1809 года камерным студентом, получив положительную аттестацию Яковкина, где отмечались не только хорошее поведение, но и успехи в науках. И действительно, Лобачевский пользовался в университете доверием — именно Николаю осенью 1809 года было поручено проверить инвентарь химического кабинета, оставшегося после смерти адъюнкта Эверста. Однако скоро начались неприятности. В январе 1810 года он вопреки запретам ходит в новогодние праздники в гости и участвует в маскараде. За это он был лишен звания правящего должность камерного студента и выплаты на книги и учебные пособия. На последнем году обучения (1811) в рапорте о поведении Лобачевского отмечаются: упрямство, «мечтательное о себе самомнение, упорство, неповиновение», а также «возмутительные поступки» и даже «признаки безбожия». Над ним нависла угроза отчисления и отдачи в солдаты, но заступничество Бартельса и Броннера помогло отвести опасность.

В 1811 году, окончив университет, Лобачевский получил степень магистра по физике и математике с отличием и был оставлен при университете; перед этим его заставили покаяться за «дурное поведение» и дать обещание впредь вести себя примерно. Продолжается научная работа Лобачевского. В конце августа 1811 года Литров вместе с Лобачевским и Симоновым наблюдает комету. А с октября того же года Бартельс начал заниматься с Лобачевским изучением классических работ Гаусса и Лапласа. Изучение этих работ стало стимулом для самостоятельных исследований. В конце 1811 года Лобачевский представляет рассуждение «Теория эллиптического движения небесных тел». В 1813 году представлена ещё одна работа — «О разрешении алгебраического уравнения ». Кроме научных занятий Николай занимается и педагогической деятельностью — работает со студентами и читает по арифметике и геометрии особые лекции для чиновников, не получивших университетского образования, но желающих получить должности 8 класса. 26 марта 1814 года 21-летний Лобачевский по ходатайству Броннера и Бартельса был утверждён адъюнктом чистой математики.

Начало преподавательской деятельности (1814—1820)

Начало преподавательской деятельности Лобачевского совпало с коренными преобразованиями в университетской жизни. Организация университета стараниями попечителя М. А. Салтыкова была наконец приведена в соответствие с уставом 1804 года. 24 февраля 1814 года в должности ректора утверждается И. О. Браун, в университете выделяются четыре отделения (нравственно-политическое отделение, отделение физико-математических наук, словесное отделение, врачебное отделение), назначаются деканы отделений. Деканом отделения физико-математических наук был назначен Бартельс. Первый курс, который было поручено преподавать молодому адъюнкту — курс теории чисел по Гауссу и Лежандру. Этот же курс он продолжит читать и в следующем 1815/1816 академическом году.

7 июля 1816 года Лобачевский по инициативе Салтыкова был утверждён экстраординарным профессором. Эти выборы не были гладкими. В совете университета, в который Салтыков подал представление на Лобачевского, возникли разногласия по поводу соответствия подобного избрания университетскому уставу. Оскорбленный Салтыков хлопочет напрямую перед министром и добивается желаемого результата. После избрания экстраординарным профессором Лобачевскому доверяют читать более ответственные курсы. В 1816/1817 академическом году он читает курс арифметики, алгебры и тригонометрии по своей тетради, в 1817/1818 году — курс плоской и сферической геометрии по своей тетради, в 1818/1819 году — курс дифференциального и интегрального исчисления по Монжу и Лагранжу. Приходится принимать и более деятельное участие в остальной университетской жизни. Так Лобачевский входит в особый комитет, избранный 13 октября 1816 года по делу «об ослушании студентов противу начальства и чинимых грубостях», а 23 мая 1818 утверждается в качестве члена Училищного комитета, ведающего училищами всего учебного округа.

Однако, как в сфере образования России, так и в жизни провинциального университета грядут перемены. В 1816 году пост министра народного просвещения занимает князь А. Н. Голицын и уже в январе 1817 года Салтыков в одном из своих писем пишет: «Более нежели вероятно, что за исключением Московского все провинциальные университеты будут закрыты. Вопрос о закрытии Харьковского и Казанского университета уже стоит на очереди. Клингер, не желая присутствовать при похоронах своего университета, выходит в отставку. Я предполагаю поступить так же…». В 1817 году дела народного просвещения объединяются с делами вероисповеданий — образовывается министерство духовных дел и народного просвещения.

                                          Декан (1820—1827)

В 1819 году в Казань приехал ревизор, Михаил Магницкий, который дал крайне отрицательное заключение о состоянии дел в университете: хозяйственный беспорядок, склоки, отсутствие благочестия, в котором Магницкий видел «единое основание народного просвещения». Похвалы Магницкого удостоился только физико-математический факультет. В отчётном докладе он предложил вообще закрыть университет, но император Александр I наложил резолюцию: «Зачем уничтожать, лучше исправить». В результате Магницкого назначили попечителем учебного округа и поручили произвести «исправление». Он уволил 9 профессоров, изгнал с позором и без пенсии Яковкина как несправившегося, очистил университетскую библиотеку от «крамольных» книг, ввёл строгую цензуру лекций и казарменный режим, организовал кафедру богословия. Бартельс и другие иностранцы уехали, а 28-летнего Лобачевского, уже успевшего показать незаурядные организаторские способности, назначили вместо Бартельса деканом физико-математического факультета.

Круг его обязанностей был обширен — чтение лекций по математике, астрономии и физике, комплектация и приведение в порядок библиотеки, музея, физического кабинета, создание обсерватории и т. д. В списке служебных обязанностей есть даже «наблюдение за благонадёжностью» всех учащихся Казани. Отношения с Магницким поначалу были хорошими; в 1821 году попечитель представил Лобачевского к награждению орденом св. Владимира IV степени, который был утверждён и вручён в 1824 году. Однако постепенно их отношения обостряются — попечитель получает множество доносов, где Лобачевского вновь обвиняют в самонадеянности и отсутствии должной набожности, а сам Лобачевский в ряде случаев проявил непокорность, выступив против административного произвола Магницкого. И. И. Лажечников, служивший при Магницком директором казанских училищ и инспектором университета (с 1823 по 1826 год), с отвращением вспоминал учебную обстановку:

В университете была ломка всему, что в нём прежде существовало. Начальники, профессоры, студенты, всё подчинялось строгой клерикальной дисциплине. Науки отодвинулись на задний план. Гонение на философию доходило до смешного фанатизма… преподавание многих учебных предметов, основываясь на богословских началах, как будто готовило студентов в духовное звание.

В эти годы Лобачевский подготовил оригинальный учебник по геометрии, осуждённый рецензентом (академиком Фуссом) за использование метрической системы мер и чрезмерный отход от Евклидовского канона; этот учебник так и не был опубликован при жизни автора. Другой написанный им учебник, по алгебре, удалось опубликовать только спустя 10 лет (1834).

М. Н. Мусин-Пушкин в 1830 г.

Сразу после воцарения Николая I, в 1826 году, Магницкий был смещён с должности попечителя за обнаруженные при ревизии злоупотребления и предан суду сената. Новым попечителем стал граф М. Н. Мусин-Пушкин, в молодости (1810) сдавший экзамены (на чин) в Казанском университете, после чего много лет служил командиром в казачьих войсках, участвовал в Отечественной войне 1812 года. По отзывам современников, отличался жёсткостью, но вместе с тем неукоснительной справедливостью и честностью, и был далёк от неумеренной религиозности. 3 мая 1827 года 35-летний Лобачевский тайным голосованием был избран ректором университета (11 голосами против 3). Вскоре Мусин-Пушкин надолго уехал в Петербург и в деятельность Лобачевского не вмешивался, всецело ему доверяя и изредка обмениваясь дружескими письмами.

Ректор (1827—1845)

Казанский университет в 1830-е годы

Новый ректор, со свойственной ему энергией, сразу погрузился в хозяйственные дела — реорганизация штата, строительство учебных корпусов, механических мастерских, лабораторий и обсерватории, поддержание библиотеки и минералогической коллекции, участвует в издании «Казанского Вестника» и т. п. Многое делал собственными руками. За время работы в университете он вёл курсы по геометрии, тригонометрии, алгебре, анализу, теории вероятностей, механике, физике, астрономии и даже гидравлике, часто замещал отсутствующих преподавателей. Одновременно с преподаванием Лобачевский читал научно-популярные лекции для населения. И одновременно он неустанно развивал и шлифовал главное дело своей жизни — неевклидову геометрию. Первый набросок новой теории — доклад «Сжатое изложение начал геометрии» Лобачевский сделал 11 (23) февраля 1826 года, дата этого выступления считается днём рождения неевклидовой геометрии.

В 1832 году Лобачевский женился на Варваре Алексеевне Моисеевой, которая была почти на 20 лет моложе его. Точное количество родившихся детей неизвестно. Согласно послужному списку, выжили семь детей.

Известно, что одна из его дочерей — София Николаевна (в замужестве Казина) — состояла в браке с потомственным дворянином Нилом Дмитриевичем Казиным, в котором родила двух детей; скончалась 15 июля 1871 года и была похоронена рядом с отцом (вместе со своим сыном, внуком Лобаческого — Н. Н. Казиным, скончавшимся 20 октября 1872 года).

В 1832—1834 гг. опубликованный труд Лобачевского по неевклидовой геометрии подвергается резкой невежественной критике в Петербурге (подробнее см. ниже). Его служебный авторитет пошатнулся, на третий срок (1833) Лобачевский избран ректором всего 9 голосами против 7. В 1834 году по инициативе Лобачевского вместо «Казанского вестника» начинается издание «Учёных записок Казанского университета», где, бросая вызов своим противникам, он публикует свои новые открытия. Петербургские профессора оценивали научные труды Лобачевского неизменно отрицательно, ему так и не удалось защитить диссертацию.

Герб Лобачевского, ОГ 11-127

Несмотря на осложнения, Мусин-Пушкин твёрдо поддержал Лобачевского, и постепенно ситуация несколько нормализовалась. В 1836 году университет посетил царь Николай I, остался доволен и наградил Лобачевского престижным орденом Анны II степени, дававшим право на потомственное дворянство. 29 апреля 1838 года «за заслуги на службе и в науке» Н. И. Лобачевскому было пожаловано дворянство и дан герб, в описании которого сказано: Щит пересечен. В первой, червленой части, золотая о шести лучах, составленная из двух трехугольников звезда и золотая пчела. Во второй, лазурной части, серебряная опрокинутая стрела, над такою же опрокинутою подковою. Щит увенчан дворянскими шлемом и короною. Нашлемник: три серебряных страусовых пера. Намет справа — червленый, с золотом, слева — лазурный, с серебром. Ректор Императорскаго Казанскаго Университета Николай Лобачевский в службу вступил в 1814 году; 1818 Декабря 31 произведен в Надворные Советники и, состоя в чине Статскаго Советника, 29 Апреля 1838 года получил диплом на потомственное дворянское достоинство. Герб Лобачевского внесён в Общий гербовник дворянских родов Всероссийской империи (часть 11, стр. 127).

                                                Портрет Лобачевского
работы Л. Д. Крюкова (между 1833 и 1836)

Кроме царя, Казанский университет встречал в эти годы и других именитых гостей: немецкого естествоиспытателя Александра фон Гумбольдта (1829), российского полярного исследователя адмирала Фердинанда Врангеля (тоже 1829)[25]. 5 сентября 1833 года, проездом в Оренбургскую губернию (для сбора материалов о Пугачёвском бунте), Казань посетил Александр Сергеевич Пушкин, но предположения о его встрече с Лобачевским не нашли подтверждения. Летом 1837 года побывал наследник цесаревич Александр Николаевич, будущий император Александр II, вместе с поэтом В. А. Жуковским путешествовавший по России.

Конец 1830-х годов был печален для Лобачевского. Скончались Бартельс и Карташевский, а 27 февраля 1840 года в его доме умерла мать Прасковья Александровна.

Лобачевский был ректором Казанского университета с 1827 по 1846 годы. На этот период пришлись эпидемия холеры (1830) и сильнейший пожар (1842), уничтоживший половину Казани. Благодаря энергии и умелым действиям ректора жертвы и потери в обоих случаях были минимальны. Усилиями Лобачевского Казанский университет становится первоклассным, авторитетным и хорошо оснащённым учебным заведением, одним из лучших в России[28].

Последние годы (1845—1856)

Памятная доска на Доме ректора,
в котором с 1827 по 1846 год жил Н. И. Лобачевский

В апреле 1845 года Мусин-Пушкин получает новое назначение — становится попечителем Петербургского учебного округа. Должность попечителя Казанского учебного округа переходит Лобачевскому. Он занимает этот пост 18 апреля 1845 года. 20 ноября 1845 года Лобачевский был в шестой раз избран ректором на новое четырёхлетие, причём единогласно.

Следующий, 1846 год был для Лобачевского тяжелым. 8 февраля умирает его двухлетняя дочь Надежда. В этом же году, по истечении 30 лет службы, министерство, по уставу, должно было принять решение об оставлении Лобачевского и Симонова профессорами или выборе новых преподавателей. 11 июня университетский совет сообщил министру, что «не находит никаких причин» отстранять Лобачевского и Симонова от преподавания. Сам Лобачевский в сдержанном письме поддержал Симонова, а в отношении себя оставил решение на усмотрение министра, в случае же отрицательной резолюции просил назначить на свою кафедру («чистой математики») А. Ф. Попова.

В последний год жизни ( 1855 г.)

Несмотря на мнение совета, 16 августа 1846 года Министерство «по указанию Правительствующего сената» отстранило Лобачевского не только от профессорской кафедры, но и от должности ректора. Он был назначен помощником попечителя Казанского учебного округа со значительным понижением в окладе. Кафедра, согласно его просьбе, была передана А. Ф. Попову, будущему академику. Ректором университета стал И. М. Симонов.

Вскоре Лобачевский разорился, дом в Казани и имение жены были проданы за долги. В 1852 году умер от туберкулёза старший сын Алексей, любимец Лобачевского. Здоровье его самого было подорвано, слабеет зрение. Но несмотря на это Лобачевский по мере сил старается участвовать в жизни университета. Он председательствует в комиссии по празднованию 50-летия университета. Однако комиссия вскоре прекратила своё существование, так как император посчитал, что празднование юбилея излишне.

Последний труд учёного, «Пангеометрия», записали под диктовку ученики слепого учёного в 1855 году. Скончался 12 (24) февраля 1856 года, в тот самый день, в который 30 годами ранее впервые обнародовал свою версию неевклидовой геометрии. Похоронен на Арском кладбище Казани.

Когда во второй половине 1860-х годов сочинения Лобачевского были уже повсеместно оценены по достоинству и переведены на все основные европейские языки, Казанский университет запросил 600 руб. на издание «Полного собрания сочинений по геометрии» Лобачевского. Осуществить этот проект удалось только спустя 16 лет (1883). Большие трудности встретились даже при подборе материала, так как многих трудов Лобачевского не оказалось ни в библиотеке, ни в книжных лавках, а некоторые ранние работы не найдены до сих по.

Основная статья: Геометрия Лобачевского

Сохранились студенческие записи лекций Лобачевского (от 1817 года), где им делалась попытка доказать пятый постулат Евклида, но в рукописи учебника «Геометрия» (1823) он уже отказался от этой попытки. В «Обозрениях преподавания чистой математики» за 1822/23 и 1824/25 годы Лобачевский указал на «до сих пор непобедимую» трудность проблемы параллелизма и на необходимость принимать в геометрии в качестве исходных понятий, непосредственно приобретаемые из природы.

7 (19) февраля 1826 года Лобачевский представил для напечатания в «Записках физико-математического отделения» сочинение: «Сжатое изложение начал геометрии со строгим доказательством теоремы о параллельных» (на французском языке). Но издание не осуществилось. Рукопись и отзывы не сохранились, однако само сочинение было включено Лобачевским в его труд «О началах геометрии» (1829—1830], напечатанный в журнале «Казанский вестник». Это сочинение стало первой в мировой литературе серьёзной публикацией по неевклидовой геометрии, или геометрии Лобачевского. 

Наглядное представление геометрии Лобачевского: через точку M проходят две прямые, параллельные прямой D

Лобачевский считает аксиому параллельности Евклида произвольным ограничением. С его точки зрения, это требование слишком жёсткое, ограничивающее возможности теории, описывающей свойства пространства. В качестве альтернативы предлагает другую аксиому: на плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, проходит более чем одна прямая, не пересекающая данную. Разработанная Лобачевским новая геометрия не включает в себя евклидову геометрию, однако евклидова геометрия может быть из неё получена предельным переходом (при стремлении кривизны пространства к нулю). В самой геометрии Лобачевского кривизна отрицательна. Уже в первой публикации Лобачевский детально разработал тригонометрию неевклидова пространства, дифференциальную геометрию (включая вычисление длин, площадей и объёмов) и смежные аналитические вопросы.

Однако научные идеи Лобачевского не были поняты современниками. Его труд «О началах геометрии», представленный в 1832 году советом университета в Академию наук, получил у М. В. Остроградского отрицательную оценку. В иронически-язвительном отзыве на книгу Остроградский откровенно признался, что он ничего в ней не понял, кроме двух интегралов, один из которых, по его мнению, был вычислен неверно (на самом деле ошибся сам Остроградский). Среди других коллег также почти никто Лобачевского не поддержал, росли непонимание и невежественные насмешки.

Венцом травли стал издевательский анонимный пасквиль (подписанный псевдонимом С. С.), появившийся в журнале Ф. Булгарина «Сын отечества» в 1834 году:

Для чего же писать, да ещё и печатать, такие нелепые фантазии? <…> Как можно подумать, чтобы г. Лобачевский, ординарный профессор математики, написал с какой-нибудь серьёзной целью книгу, которая немного бы принесла чести и последнему приходскому учителю? Если не учёность, то по крайней мере здравый смысл должен иметь каждый учитель, а в новой геометрии нередко недостает и сего последнего. <…> Новая Геометрия <…> написана так, что никто из читавших её почти ничего не понял.

Судя по содержанию этой заметки, её писал человек с математическим образованием, вероятнее всего, кто-то из окружения Остроградского (в статье содержатся те же необоснованные критические замечания, что и в отзыве Остроградского). Степень участия в затее самого Остроградского историкам выяснить не удалось.

Попытка Лобачевского напечатать в том же журнале ответ на пасквиль была проигнорирована редакцией. Несмотря на осложнения, Лобачевский, уверенный в своей правоте, продолжал работу. В 1835—1838 годах он опубликовал в «Учёных записках» статьи о «воображаемой геометрии», а затем вышла наиболее полная из его работ «Новые начала геометрии с полной теорией параллельных».

Титульный лист немецкого издания «Геометрических исследований по теории параллельных» (1840)

Не найдя понимания на Родине, Лобачевский попытался найти единомышленников за рубежом. В 1837 году статья Лобачевского «Воображаемая геометрия» на французском языке (Géométrie imaginaire) появилась в авторитетном берлинском журнале Крелле, а в 1840 году Лобачевский опубликовал на немецком языке небольшую книгу «Геометрические исследования по теории параллельных», где содержится чёткое и систематическое изложение его основных идей. Два экземпляра получил Карл Фридрих Гаусс, «король математиков» той поры. Как много позже выяснилось, Гаусс и сам тайком развивал неевклидову геометрию, однако так и не решился опубликовать что-либо на эту тему, полагая, что научная общественность ещё не готова воспринять столь радикальные идеи. Ознакомившись с результатами Лобачевского, он восторженно отозвался о них, но лишь в своих дневниках и в письмах близким друзьям. Например, в письме астроному Г. Х. Шумахеру (1846) Гаусс так оценил труд Лобачевского:

Вы знаете, что уже 54 года (с 1792 г.) я разделяю те же взгляды (с некоторым развитием их, о котором не хочу здесь упоминать); таким образом, я не нашёл для себя в сочинении Лобачевского ничего фактически нового. Но в развитии предмета автор следовал не по тому пути, по которому шёл я сам; оно выполнено Лобачевским мастерски, в истинно геометрическом духе. Я считаю себя обязанным обратить Ваше внимание на это сочинение, которое, наверное, доставит Вам совершенно исключительное наслаждение[34].

             Бюст Лобачевского на аллее выдающихся учёных близ Московского университета на Воробьёвых горах

Гаусс выразил свою симпатию к идеям русского учёного косвенно: он рекомендовал избрать Лобачевского иностранным членом-корреспондентом Гёттингенского королевского научного общества как «одного из превосходнейших математиков русского государства». Гаусс также начал изучать русский язык, чтобы ознакомиться с деталями открытий казанского геометра. Избрание Лобачевского состоялось в 1842 году и стало единственным прижизненным признанием научных заслуг Лобачевского. Однако положения Лобачевского оно не укрепило, ему осталось работать в родном университете ещё четыре года. Его новая статья (решение некоторых проблем анализа) вновь получает резко отрицательный отзыв Остроградского (1842).

Как выяснили историки науки, венгерский математик Янош Бойяи независимо от Лобачевского и немного позднее (1832) опубликовал свою версию неевклидовой геометрии. Но и его работы не привлекли внимания современников.

Лобачевский умер непризнанным, не дожив до торжества своих идей всего 10-12 лет. Вскоре ситуация в науке коренным образом изменилась. Большую роль в признании трудов Лобачевского сыграли исследования Э. Бельтрами (1868), Ф. Клейна (1871), А. Пуанкаре (1883) и др. Построенные ими модели — (Проективная модель, Конформно-евклидова модель и модель псевдосферы) — доказали, что геометрия Лобачевского непротиворечива в той же мере, что и евклидова геометрия.

Осознание того, что у евклидовой геометрии имеется полноценная альтернатива, произвело огромное впечатление на научный мир и придало импульс другим новаторским идеям в математике и физике. В частности, геометрия Лобачевского оказала решающее влияние на появление римановой геометрии, «Эрлангенской программы» Феликса Клейна и общей теории аксиоматических систем.

Другие научные достижения

Лобачевский получил ряд ценных результатов и в других разделах математики: так, в алгебре он разработал, независимо от Ж. Данделена, метод приближённого решения уравнений, в математическом анализе получил ряд тонких теорем о тригонометрических рядах, уточнил понятие непрерывной функции, дал признак сходимости рядов и др. В разные годы он опубликовал несколько содержательных статей по алгебре, теории вероятностей, механике, физике, астрономии и проблемам образования.

Ученики

• Больцани, Иосиф Антонович
• Зинин, Николай Николаевич, ставший академиком-химиком.
• Попов, Александр Фёдорович.
• Янишевский, Эраст Петрович.