Já em 1489 os sinais \( + \mbox{ e } –\) aparecem em uma obra sobre aritmética comercial de João Widman d’Eger, publicada em Leipzig, Alemanha. Eles não se referiam, no entanto, às representações de soma e subtração, ou à números positivos ou negativos, mas a excessos e déficit em problemas sobre operações comerciais. Os símbolos para positivos e negativos só se difundiram na Inglaterra com o uso feito por Robert Recorde em 1557. Os mesmos sinais já eram usados anteriormente, como exemplifica o pintura destes sinais em barris para indicar se estavam ou não cheios. Os gregos antigos, como Diofanto, por exemplo, indicavam a soma por justaposição das parcelas, assim como ainda é feito no caso de frações, \(1^{1/2}\), por exemplo. Os algebristas italianos usavam a palavra latina plus, ou sua letra \(p\) inicial, para indicar a operação de soma.
O sinal \(\times\), indicador de um produto, é relativamente moderno. Oughtred foi o primeiro a usá-lo em seu livro Clavis Matematicae, publicado em 1631. No mesmo ano, Harriot usou um ponto entre os fatores. Em 1637 Descartes usou a pura justaposição dos termos para indicar seu produto. Nos textos mais antigos de Leibniz encontra-se o sinal \(\cap\) para indicar multiplicação e \(\cup\) para a divisão. Mais tarde ele introduziu o ponto como um símbolo para a multiplicação e dois pontos (\(:\)) para a divisão. O sinal \(\div\), segundo Rouse Ball, resultou de uma combinação de dois sinais existentes “-” e “:”. As formas \(a/b\) ou \(\frac{a}{b}\) são atribuídas aos árabes.
Na Idade Média a igualdade entre dois termos é indicada literalmente por aequalis, do latim, ou através da abreviatura est. Xulander, matemático alemão do século XVI indicava a igualdade por dois pequenos traços paralelos verticais, ||,
O símbolo \(\infty\) para o infinito foi introduzido por John Wallis (1616-1703) em seu livro De sectionibus conicis (Sobre as seções cônicas, 1655 ). Wallis era um estudioso clássico com grande erudição e é possível que tenha se inspirado no sinal romano para o número 1000, escrito CD ou M. Também se cogita que ele tenha tido esta idéia a partir da última letra do alfabeto grego, o ômega grego minúsculo, \(\omega\), como uma metáfora para o limite superior, o fim.
Os símbolos para a operação de derivação, \(dx,\, dy\) e \(dx/dy\) foram propostos por Leibniz em um manuscrito de novembro de 1675. Newton usava a notação de fluxos \(\dot x, \dot y, \dot x /\dot y\). Esta notação é ainda usada amplamente em textos de mecânica quando a trajetória de uma partícula aparece sob forma paramétrica. Por exemplo, se descrevemos a trajetória de uma partícula por meio de sua posição vetorial \(\vec{r}(t)= \left(x(t), y(t), z(t)\right)\) então sua velocidade será escrita como \(\vec{v}(t)= \left(\dot x(t), \dot y(t), \dot z(t)\right)\).
Os símbolos \(f'(x)\) e \(f”(x)\) para as derivadas de primeira e segunda ordem respectivamente foram usados primeiro por Lagrange. Em Théorie des Fonctions Analytiques, 1797, se lê simplesmente \(f’x\) e \(f”x\), símbolos revisados mais tarde para incluir os parênteses que envolvem o argumento da função. Em 1770 Lagrange empregou \(\phi’=d\phi/dx\), omitindo por completo o argumento quando ele estava claro pelo contexto e, em 1772, \(u’=du/dx\) e \(du=u’dx\). O símbolo \(D_x y\) foi usado por Louis François Antoine Arbogast (1759-1803) em De Calcul des dérivations et ses usages dans la théorie des suites et dans le calcul différentiel.
Um delta grego maiúsculo, \(\Delta\), para indicar uma quantidade pequena ou a diferença entre funções foi usado em 1706 por Johann Bernoulli. O símbolo \(\partial\), “d curvo ”, apareceu em 1770 por sugestão de Antoine Nicolas Caritat (1743-1794) em um livro sobre equações diferenciais parciais para representar diferenciais parciais \(\partial f\), em oposição às diferencias totais \(df\). A forma \(\frac{\partial u}{\partial x}\) só foi empregada em 1786 por Legendre em um texto sobre máximos e mínimos associados ao cálculo das variações. Legendre abandonou o uso deste símbolo, só recuperado mais tarde por Jacobi em 1841. O símbolo \(\partial\) corresponde à letra dey cursiva no alfabeto Cirílico.
Para representar a integração Leibniz escrevia, no início de seu desenvolvimento, a palavra latina omnia (tudo) em frente à quantidade a ser integrada. Depois passou a escrever \(dx\) após a integração e, em carta de 1675 para Oldenburg, secretário da Royal Society, ele sugeriu o uso de \(\int\), uma degeneração de um S longo significando summa (soma). Em Quadratura curvarum, 1704, Newton usou uma pequena barra vertical \(\overline x\) para representar \(\int x dx\). Duas barras verticais paralelas, \(\overline {\overline x}\) indicava a integração dupla. Em outras ocasiões ele escrevia o termo a ser integrado dentro de um retângulo. As convenções de Newton, como se pode imaginar, davam margem a erros de interpretação e nunca se tornaram populares, nem mesmo entre seus seguidores diretos na Inglaterra.
Os limites de integração eram inicialmente indicados por palavras, não existindo um simbolismo para os designar. Euler foi o primeiro a sugerir o uso de uma notação específica, escrevendo os limites entre colchetes e escrevendo as palavras latinas ab e ad. Fourier deu a forma atual, escrevendo \(\int_a ^b f(x)dx\) para representar a integral definida, com \(x\) variando de \(a\) até \(b\). Este símbolo apareceu em um artigo da Memórias da Academia Francesa, 1819-20, reimpresso em Théorie analytique de la chaleur, 1822. O símbolo \(\oint\) para representar a integração sobre um caminho fechado parece ter sido usado pela primeira vez em 1917 por Arnold Sommerfeld (1868-1951) no periódico Annalen der Physik.
A notação de limites foi apresentada em 1786 por Simon Antoine Jean L’Huilier (1750-1840). Em seu Exposition élémentaire des principles des calculs superieurs ele escreveu: “… para resumir e facilitar o cálculo por meio de uma notação mais cômoda é conveniente escrever
$$\lim . \frac{\nabla P}{\nabla x}$$
o limite das variações simultâneas de \(P\) e de \(x\) em lugar de
$$\lim . \frac{dP}{dx},$$
de forma que as duas expressões significavam a mesma coisa. Observe que L’Huilier escrevia \(\lim\)., usando um ponto após o limite. Karl Weierstrass (1815-1897) adotou esta notação, abandonando o ponto.
Cauchy usou a letra grega epsilon, \(\epsilon\) ou \(\varepsilon\) em 1821 em Cours d’analyse, embora também usasse às vezes a letra delta, \(\delta\). Alguns autores sugerem que delta significa “ différence ” (diferença) enquanto epsilon significa ” erreur ” (erro). A primeira prova de Cauchy usando epsilons e deltas é basicamente o teorema do valor intermediário para as derivadas. Na demonstração ele traduz sua definição de que a derivada é um limite do quociente das diferenças, quando este limite existe, em linguagem algébrica usando epsilons e deltas. No entanto ele não estabelece uma relação entre \(\epsilon\) e \(\delta\), não fazendo portanto distinção entre convergência uniforme ou pontual.
O operador diferencial \(\nabla\) (nabla ou del) foi introduzido por William Rowan Hamilton (1805-1865). Inicialmente Hamilton usou este símbolo para representar uma função arbitrária, depois como o operador de permutações. Em 1846 Hamilton usou nabla, desenhado horizontalmente, como o operador diferencial vetorial. Maxwell e Riemann usavam a abreviatura grad para representar o gradiente. William Clifford (1845-1879) incorporou o termo divergência que denotava por \(\mbox{div }u\) ou \(\mbox{dv }u\). O símbolo \(\nabla ^2\) para representar o operador laplaciano foi proposto por Robert Murphy em 1883.
Devemos observar, como conclusão, que a notação usada para descrever um conceito em matemática é completamente arbitrária, não passando de convenções que podem, em princípio, ser totalmente alteradas. No entanto, temos que aprender com Leibniz que o estabelecimento de uma notação compacta, simples e de fácil leitura e manipulação é essencial para o desenvolvimento e uso de uma teoria. Além disto a padronização é essencial para que os conceitos sejam facilmente transmitidos e o ensino da disciplina seja simplificado. Com frequência, na história da matemática, uma nova teoria ou a demonstração de uma conjectura é proposta de forma obscura e de difícil leitura, sendo acessível apenas a um círculo restrito de especialistas na área. Mais tarde, dependendo da generalidade e aplicabilidade da inovação ela passa por uma série de alterações, encontrando formas mais didáticas e claras de exposição e reunindo argumentações de mais fácil acesso para a comunidade mais geral. Eventualmente, em geral após a depuração e aprimoramento teórico, a novidade surge nos livros textos e é incorporada nos currículos de ensino.
História do Cálculo