トーク:出典の事実をもとにした再構成。相手は架空の読者(右の吹き出し)。トークの中身:図が無い③、決まった手順の計算③、糸の力を式に入れなくてよい⑧、2年以上開かなかった①。
オイラーは、こう書きました。 1750年、オイラーはニュートンの運動の法則を「F=ma」という一般の式にしました⑫。力が分かれば、加速度が分かり、動きが分かる。物理の計算は、力を矢印で描くところから始まるようになりました。
でも、ここはまだ分かっていないままでした。 振り子の糸、レールの上の玉、つながった棒。部品がつながった仕掛けでは、糸が引く力のような「つなぎ目の力」まで、1つずつ矢印にして式に入れなければなりません。部品が増えるほど、矢印も式も増えていきます。
そのオイラーのもとに、1755年、イタリアのトリノから、19歳の若者の手紙が届きます②。
力の矢印を1本も描かずに、ものの動きは分かるのか?
ニュートン③(微積分)→ オイラー①(記号と書き方)→ ラグランジュ(いまここ) → ネーター → 量子力学(ファインマン)
「観測をどう組み合わせるか」の問いは、ガウス①にもつながっています
ラグランジアン(L)・ラグランジュ力学/オイラー=ラグランジュ方程式/ラグランジュ点(L1〜L5)/ラグランジュの未定乗数法
今は電磁気の法則として知られる「ガウスの法則」。もとは重力(楕円体の引力)の計算で、ラグランジュとガウスが形にした式です。最初はラグランジュでした(出典⑥)
WHEN | 時代背景『解析力学』の翌年、パリでバスティーユが襲われた
1788年。大西洋の向こうでは、アメリカ合衆国憲法が動き出しました⑨。日本では、京都が天明の大火で焼け、江戸では松平定信が寛政の改革を進め始めます⑨。
同じ年、パリで1冊の本が出ました。ラグランジュの『解析力学』です①②。
その翌年の夏、パリの市民がバスティーユ牢獄を襲い、フランス革命が始まります⑩。日本では、幕府が旗本・御家人の古い借金を帳消しにする棄捐令を出していました⑩。
ラグランジュは、この革命のただ中のパリで、長さと重さの新しい単位を決める仕事に加わります。そして、友人を断頭台で失います。
その本を書いたのは、どんな人だったのか?
WHO | 挑戦者トリノの19歳は、オイラーの後を継いだ
(年齢は生年と出来事の年からの計算)
ジョゼフ=ルイ・ラグランジュは1736年、イタリアのトリノに生まれました。当時はサルデーニャ王国の都で、生まれたときの名前はイタリア語のジュゼッペ・ロドヴィーコ・ラグランジャです①。フランスの人と思われがちですが、ベルリンに21年、パリに26年いた、トリノ生まれの数学者です。
19歳で、トリノの王立砲兵学校の数学の助手になります。その年の8月、ラグランジュは、ある問題(等時曲線の問題)を解いた新しい計算の方法を、ベルリンのオイラーに手紙で送りました。オイラーは9月6日の返事で、その新しい考えに感心したと書きます②。ここから二人のやり取りが続き、今「オイラー=ラグランジュ方程式」と呼ばれる式が育ちました④。
オイラーは自分の論文を出すのを控えて、若いラグランジュに手柄を譲った――とよく語られます。ただ、この見方には異論もあります①②。
1766年、オイラーがベルリンを去ると、フリードリヒ大王は後任にラグランジュを呼びました。大王の招きの言葉は「ヨーロッパで最も偉大な王が、ヨーロッパで最も偉大な数学者を自分の宮廷に望んでいる」だったといいます①。
主な成果 転落・対立
- トリノ(サルデーニャ王国)
- 17360歳トリノ 1月25日に生まれる。生まれたときの名前はジュゼッペ・ロドヴィーコ・ラグランジャ①
- 175519歳王立砲兵学校 数学の助手に。8月12日、新しい計算の方法をオイラーに送る。9月6日、オイラーが感心したと返事①②④
- ベルリン(21年)
- 176630歳ベルリンの学士院 フリードリヒ大王の招き。11月6日、オイラーの後を継いで数学部長に①②
- 176731歳いとこのヴィットーリア・コンティと結婚(子どもはいない)①②
- 177135歳たくさんの天文観測を、どう組み合わせれば「いちばんありそうな答え」になるかを論じる①
- 177236歳三体問題の論文。今のラグランジュ点 L4・L5 にあたる解①⑤成果
- 177337歳楕円体の引力の計算で、今「ガウスの法則」と呼ばれる式を最初に形にする(論文集は1776年)⑥
- 178347歳妻が長い病気のあと亡くなり、ひどく落ち込む②転落
- パリ(26年)
- 178751歳フランス科学アカデミー 5月18日、ベルリンを発ってパリへ①②
- 178852歳『解析力学』刊行(ベルリンで書いたもの)①②成果
- 179054歳度量衡の委員会に加わる②
- 179256歳天文学者ル・モニエの娘と再婚②
- 179357歳外国人を取り締まる法令。ラヴォアジエの働きかけで例外に。12月、度量衡委員会の委員長に①②⑬転落
- 179458歳ラヴォアジエが処刑される②転落
- 179963歳メートルとキログラムを決める仕事に関わる①
- 181377歳パリ 4月10日に死去。パンテオンに葬られる①②
ベルリンの21年で、何を作ったのか?
WHAT | 達成した事起こし力の代わりに、エネルギーの式から動きを出した
ラグランジュ点
2つの天体の重力と回転がつり合い、3つ目の小さな物が留まれる場所(L4・L5。L1〜L3 はオイラーが1750年ごろ)①⑤
3つの天体の動きは、手に負えない『解析力学』
図を1枚も使わず、決まった手順の計算だけで力学を書いた(書いたのはベルリン/刊行は1788年パリ)①②③
力学は、力の矢印を描いて解くもの『解析力学』は、ニュートン以来もっとも包括的な古典力学の本とされ、19世紀の数理物理の土台になりました①。序文には、こうあります。
「この本には、図が1つも無い。私が示す方法は、作図も、幾何や力学の議論も要らず、決まった一様な手順に従う代数の計算だけで済む」③
図が無いのは、手抜きではありません。図に頼らなくても、誰がやっても同じ手順で答えに着く。それを示すことが、この本のねらいでした。
矢印の多さにうんざりしたとき、あなたならどうする?
CROSSROADS | 分かれ道部品が1つ増えるたびに、矢印が増えていく
あなたは1770年代、ベルリンの学士院にいるラグランジュです。
オイラーのおかげで、運動の法則は F=ma という式になりました⑫。でも、部品がつながった仕掛けを解こうとすると、困ったことが起きます。振り子の糸が引く力、玉をレールに押しつける力。知りたいのは仕掛けの動きなのに、そうした力まで矢印にして式に入れないと、先へ進めません⑧。部品が1つ増えるたびに、矢印と図が増えていきます。
いっぽう、あなたの手には、オイラーと育てた変分法がある。形や道筋の中から、ある量がいちばん大きく・小さくなるものを探す計算です②④。
この食い違いを目にしたとき、あなたならどうする?
Aこれまでのやり方を受け取る:力の図を描き、つなぎ目の力も含めて、F=ma で1つずつ解くタップして、その先へ
B特別に解ける場合を探す:一般の答えはあきらめ、条件をうまく選んで、きれいに解ける場合を見つけるタップして、その先へ
C実験に頼る:つなぎ目の力を実際に測り、その値を式に入れて解くタップして、その先へ
D見る量を変える:力の矢印ではなく、エネルギーのような「数」で仕掛けを書き、決まった手順で動きを出すタップして、その先へ
ラグランジュが進んだ道は D。
では、何を「数」にして、どう動きを出したのか?
HOW | 泥沼の攻略法矢印の代わりに、たった1つの量 L を書く
スライドの中身:出典の事実をもとにした再構成です(本人の発表の記録ではありません)。
まず、何を書くかを変えました。ニュートンやオイラーのやり方では、力を1つずつ書きます。ラグランジュのやり方では、仕掛け全体について1つの量だけを書きます。動きの勢い(運動エネルギー T)から、高さなどで決まるエネルギー(位置エネルギー V)を引いた量、L=T−V です⑧。
次に、出し方です。ラグランジュが土台にしたのは、仮想仕事の原理(ダランベールの原理)でした。そこから、オイラーと育てた変分法の計算で、力学全体を導きます①⑧。手順は決まっていて、L を書いたら、あとは同じ計算を回すだけ①④。
今の教科書では、これを別の言い方で説明します。ボールが A から B へ動くとき、通れそうな道は無数にある。その中で実際に通る道は、L を時間で足し合わせた量(作用)が、多くの場合いちばん小さくなる道だ、と⑧。ただ、この「作用」の形に整えたのは、のちのハミルトン(1834年ごろ)です⑭。
そして、つなぎ目の力が消えることです。この書き方では、振り子の糸が引く力のような、つなぎ目の力を式に入れなくて済みます⑧。仕掛けの動ける方向(振り子なら、ふれる角度1つ)だけを変数にすればいい。部品が増えても、やることは「L を書いて、決まった手順を回す」のまま変わりません。
ラグランジュは、力学についてこうも言ったと伝えられます。「力学は、4次元(時間と空間の3つの座標)の幾何のようなものだ」①。
1772年、ラグランジュは3つの天体の問題で、特別な解を見つけました。2つの大きな天体の重力と、回る動きがちょうどつり合い、3つ目の小さな物がその位置に留まれる場所。今「ラグランジュ点」と呼ばれ、L1 から L5 まで5つあります(L1〜L3 はオイラーが1750年ごろに見つけていた)①⑤。
2022年1月24日から、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽と地球の L2 のまわりを回っています。太陽を見る観測機 SOHO は L1 のまわりです。木星と太陽の L4・L5 には、トロヤ群と呼ばれる小惑星が集まっています⑤。250年前の計算が、今の宇宙望遠鏡の置き場所を決めているんです。
「条件つきで、いちばん大きく・小さくなる所を探す」計算の道具、ラグランジュの未定乗数法も、『解析力学』で示され、1804年の本で形になりました①。
パリのエッフェル塔には、フランスの科学者・技術者72人の名前が刻まれていて、ラグランジュもその1人です①。
その本を出したラグランジュに、何が待っていたのか?
DARK SIDE | 失敗と苦悩の記録本は開かれず、友人の首は落とされた
- 1783年妻が長い病気のあと亡くなり、ひどく落ち込む②
- 1787年ベルリンを発ち、パリへ①②
- 1788年『解析力学』。最初は引き受ける印刷屋が無く、ルジャンドルがパリの会社を説得して出る。刷り上がった本は、2年以上開かれないまま机の上にあった①
- 1789年フランス革命が始まる⑩
- 1790年度量衡の委員会へ②
- 1793年外国人を取り締まる法令。ラヴォアジエが働きかけ、ラグランジュは例外になる①②
- 1793年12月ラヴォアジエたちが度量衡委員会から外され、ラグランジュが委員長に②⑬
- 1794年5月8日そのラヴォアジエに死刑の判決。その日のうちに処刑②
- 1799年メートルとキログラムを決める仕事に関わる①
- 1813年4月10日パリで死去。77歳。パンテオンに葬られる①②
ベルリンでの最後の数年、ラグランジュは沈んでいました。1783年、妻が長い病気のあとに亡くなり、ひどく落ち込みます②。
1787年にパリへ移ると、ベルリンで書き上げた『解析力学』の出版の話が進みます。ところが、引き受ける印刷屋が見つかりません。ルジャンドルがパリの会社を説得し、ラプラスやコンドルセらが見て、1788年にようやく本になりました①。それなのに、刷り上がった本は、2年以上開かれないまま机の上に置かれていたといいます①。
そこへフランス革命が来ます。1793年、外国人を取り締まる法令ができ、トリノ生まれのラグランジュも当てはまりました。例外にするよう働きかけたのは、化学者のラヴォアジエです①②。そのラヴォアジエが、1794年5月8日、死刑の判決を受け、その日のうちに処刑されます②。ラグランジュはこう語ったと伝えられます。
「あの首を落とすのは一瞬だった。だが、同じような頭が現れるには、100年でも足りないだろう」①②⑬
ラグランジュ自身は革命を生き延びます。1790年から度量衡の委員会で10進法を推し、1793年12月、ラヴォアジエたちが度量衡委員会から外されたあと、委員長になりました②⑬。1799年、メートルとキログラムを決める仕事にも関わります①。今、世界中で使われている長さと重さの単位の出発点に、この人がいたんです。
1813年4月10日、ラグランジュはパリで亡くなりました。77歳。パンテオンに葬られています①②。
では、この人の何がすごかったのか?
WHY | なぜそれが凄かったのか問題ごとの図を捨て、どの問題にも使える手順を作った
力の矢印を1本も描かずに、ものの動きは分かります。ラグランジュは、追いかける量を「力」から「エネルギー(L=T−V)」に取り替え、実際の動きを決まった手順の計算で出す方法を作ったからです。つなぎ目の力を追わなくてよくなり、部品の多い仕掛けでも同じやり方で解けるようになりました。
ニュートンが法則を見つけ、オイラーが式にした。ラグランジュは、その式の「立て方」を、図も工夫も要らない1本の手順にしたんです。
― いまの私たちへ ―
手間が増え続けるなら、追いかける量を取り替える
ラグランジュは、力を1つずつ追うのをやめ、仕掛け全体を1つの量 L で書きました。すると、つなぎ目の力は計算から消えました。
仕事でも、関係者ごと・作業ごとに進み具合を追っていると、人が増えるほど管理の手間が増えていきます。全体の状態を表す1つの数(たとえば「お客さまに届くまでの日数」)に取り替えると、細かな受け渡しを1つずつ追わなくても、どこが詰まっているかが見えてくることがあります。
自分だけでは出せない成果物も、出すのを手伝ってくれる人がいる
ベルリンで書き上げた『解析力学』は、引き受ける印刷屋が見つかりませんでした。それでも本が世に出たのは、ルジャンドルがパリの会社を説得し、ラプラスやコンドルセらが見てくれたからです。
成果物は、書き上げても、外に出すところで止まりがちです。出す作業そのものを、信頼できる人に手伝ってもらう。それで、あなたの仕事が誰かの土台になることがあります。
あなたの仕事で、人が増えるたびに手間が増えている管理はどれでしょうか?
L を書けば、決まった手順で動きが出てくる。分からなかったことが、1つ分かったんです。
でも、分かったら、次の分からないことが生まれました。
エネルギーや運動量が「保存される」のは、なぜなのか。 振り子をいくら揺らしても、摩擦が無ければエネルギーの合計は変わらない。ぶつかる玉の運動量の合計も変わらない。L の書き方を使えば、それがなぜなのかを1本の考えで説明できるのでは――。この問いに答えたのが、1918年のエミー・ネーターです。ネーターの定理は、ラグランジュの力学(1788年)とハミルトンの力学(1833年)の「保存される量」の扱いを、一般の形にしたものでした⑦。解析力学の線の続きは、ネーターのページで。
もう1つの行き先は、量子力学です。のちにファインマンは、博士論文に「量子力学における最小作用の原理」という題をつけました⑪。L を時間で足し合わせた「作用」(のちにハミルトンが整えた形)が、原子の世界の話に出てきます。
そして、1771年にラグランジュが論じた「たくさんの観測を、どう組み合わせれば、いちばんありそうな答えになるか」という問い①。同じ問いに、のちにルジャンドルとガウスが最小二乗法という答えを出します⑮。ガウス①のページもどうぞ。
出典
冒頭のトークと岐路の場面は、出典①②③⑧の事実をもとにした再構成(トークは、刷り上がりから2年がたった1790年ごろの場面として組んだ)で、ラグランジュのそのときの言葉や考えの記録ではありません。「オイラーが手柄を譲った」という話は、出典①が「この騎士道的な見方には異論がある」と書き、出典②は触れていないため、「よく語られるが異論もある」と書きました(諸説あり)。ラヴォアジエについての言葉は、出典①②が同じ英文で引いていますが、元の記録までは確かめていないため「伝えられる」と書きました。ラヴォアジエの言葉の訳は、出典⑬のフランス語の原文から訳しました(原文には「peut-être〈おそらく〉」が入り、「100年でもおそらく足りない」の意味)。外国人を取り締まる法令は、出典②が「1793年9月の、敵国生まれの外国人を逮捕し財産を取り上げる法」、出典①が「1793年10月の、外国人に国外退去を命じる布告」と書き、食い違うため、月は書かずに「1793年」としました。
- ① Wikipedia「Joseph-Louis Lagrange」https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph-Louis_Lagrange(生没・生まれたときの名前・砲兵学校・トリノの学会・ベルリンとパリ・1771年の観測の組み合わせ・1772年の三体問題・『解析力学』の評価・印刷屋とルジャンドル・2年以上開かなかった・フリードリヒ大王の招きの言葉・『解析力学』は仮想仕事の原理から力学全体を出す・1793年の外国人の布告でラヴォアジエの働きかけにより例外〈10月とする〉・「力学は4次元の幾何」・手柄を譲った話への異論・経度局・メートルとキログラム・伯爵・未定乗数法・エッフェル塔の72人・ラヴォアジエの言葉。参考。確認日 2026-10-18)
- ② MacTutor History of Mathematics「Joseph-Louis Lagrange」https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Lagrange/(1755年8月12日の手紙と9月6日の返事・ベルリンの数学部長・結婚・1783年の妻の死・1787年5月18日・度量衡の委員会と、ラヴォアジエらが外されたあとの委員長・再婚・1793年の外国人の法〈9月とする〉とラヴォアジエの働きかけ・1794年5月8日の判決とその日の午後の処刑・ラヴォアジエの言葉・死去。確認日 2026-10-18)
- ③ MacTutor「Joseph-Louis Lagrange: Analytical Mechanics」https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Extras/Lagrange_Analytical_Mechanics/(『解析力学』序文の英訳。「この本には図が1つも無い……決まった一様な手順に従う代数の計算だけ」。確認日 2026-10-18)
- ④ Wikipedia「Euler–Lagrange equation」https://en.wikipedia.org/wiki/Euler%E2%80%93Lagrange_equation(1755年の等時曲線の解・オイラーとのやり取り・変分法。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑤ Wikipedia「Lagrange point」https://en.wikipedia.org/wiki/Lagrange_point(L1〜L5・1772年・オイラーの L1〜L3・ウェッブ宇宙望遠鏡は2022年1月24日から L2・SOHO は L1・トロヤ群。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑥ Wikipedia「Gauss's law」https://en.wikipedia.org/wiki/Gauss%27s_law(最初に形にしたのはラグランジュ1773年〈論文集は1776年〉、続いてガウス1835年。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑦ Wikipedia「Noether's theorem」https://en.wikipedia.org/wiki/Noether%27s_theorem(ラグランジュ力学1788年・ハミルトン力学1833年の保存量を一般にしたのがネーターの定理1918年。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑧ Wikipedia「Lagrangian mechanics」https://en.wikipedia.org/wiki/Lagrangian_mechanics(L=T−V・ダランベールの仮想仕事の原理に基づく・実際の道は作用の臨界点〈多くは最小〉・拘束の力を式に入れなくてよい・1788年『解析力学』。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑨ Wikipedia 日本語版「1788年」https://ja.wikipedia.org/wiki/1788年(アメリカ合衆国憲法の発効・天明の大火・寛政の改革。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑩ Wikipedia 日本語版「1789年」https://ja.wikipedia.org/wiki/1789年(バスティーユ襲撃・棄捐令。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑪ Wikipedia「Richard Feynman」https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman(1942年の博士論文「量子力学における最小作用の原理」。参考。確認日 2026-10-14)。ファインマンについては、このサイトのファインマンのページも
- ⑫ Euler Archive(パシフィック大学)「Découverte d'un nouveau principe de mécanique」(E177)https://scholarlycommons.pacific.edu/euler-works/177/(1750年、F=ma の一般の形。確認日 2026-10-08)。オイラーについては、このサイトのオイラー①のページも
- ⑬ Wikipedia「Antoine Lavoisier」https://en.wikipedia.org/wiki/Antoine_Lavoisier(1743–1794・度量衡の委員会を率いた・1793年12月23日にラプラスらとともに委員会から外された・ラグランジュの言葉のフランス語の原文〈cent années peut-être ne suffiront pas pour en reproduire une semblable〉。参考。確認日 2026-10-18)。ラヴォアジエについては、このサイトのラヴォアジエのページも
- ⑭ Wikipedia「Hamilton's principle」https://en.wikipedia.org/wiki/Hamilton%27s_principle(ハミルトンの論文「On a General Method in Dynamics」第2部1834年・第1部1835年。参考。確認日 2026-10-18)
- ⑮ Wikipedia「Least squares」https://en.wikipedia.org/wiki/Least_squares(1805年にルジャンドルが発表、1809年にガウスが自分はもっと前から使っていたと書いた。参考。確認日 2026-10-18)。ガウスについては、このサイトのガウス①のページも
ラグランジュについてよくある質問
ラグランジュは何をした人?
18世紀のトリノ生まれの数学者で、1788年の『解析力学』で、力の矢印も図も使わず、エネルギーの式(ラグランジアン L=T−V)から決まった手順で物の動きを出す力学を作った人です。3つの天体の問題で「ラグランジュ点」を見つけ、フランス革命のさなかにメートル法の委員会の委員長も務めました。
ラグランジュ点とは?
2つの大きな天体(たとえば太陽と地球)の重力と、回る動きがつり合って、3つ目の小さな物が留まれる場所です。L1 から L5 まで5つあり、ラグランジュは1772年に L4・L5 にあたる解を見つけました。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽と地球の L2 のまわりを回っています。
ラグランジュから何を学べる?
手間が増え続けるときは、追いかける量そのものを取り替える、という考え方です。ラグランジュは、力を1つずつ追う代わりに、仕掛け全体を1つの量で書き、つなぎ目の力を計算から消しました。仕事でも、細かな受け渡しを1つずつ追う代わりに、全体を表す1つの数で見ると、詰まっている所が見えやすくなります。
このクエストから得た武器を装備する
「手間が増え続けるなら、追いかける量を取り替える」。
この思考を、今のあなたの仕事にどう適用しますか?