數學史話之業餘數學之王費馬

在接下來的幾天,我們會不斷遇見一個個如雷貫耳的大神,不管他們的職業是律師、哲學家還是物理學家,但是最終,他們都是數學家,這其中就包括我們今天要說的業餘數學之王--費馬。

數學史話之業餘數學之王費馬

費馬

人們知道費馬一般都是先知道他的費馬大定理:對於任意n>2,方程x^n+y^n=z^n沒有滿足xyz≠0整數解。這個定理自從費馬大約在1637年寫在了一本書上之後(原文是:不可能把一個數的立方分解成兩個數的立方和,把一個數的四次方分解成兩個數的四次方之和,或者更一般地說,把大於2的任意次冪的數分解成兩個同次冪數的和:我已經發現了一個真正奇妙的證明,但是這個空白太窄了,寫不下),經過了300多年,無數數學家的努力,終於在1995年由英國數學家安德魯·懷爾斯證明出來了(過程極其複雜,有興趣的讀者可以自行查閱)。

數學史話之業餘數學之王費馬

懷爾斯和費馬大定理

費馬於1601年出生在法國南部,年少時先後在奧爾良大學和圖盧茲大學學習法律,畢業後成為了一名律師,後來又成為了議員和參議員。最終在1665年1月12日,在處理完卡特雷城的一個案子後的兩天,他在該城去世,享年65歲。這就是費馬作為一個普通人的一生,並沒有什麼值得炫耀的地方。

數學史話之業餘數學之王費馬

圖盧茲

然而,費馬作為一個業務數學家的一生,卻要波瀾壯闊得多了。首先,費馬獨立於勒奈·笛卡兒發現瞭解析幾何的基本原理。1629年以前,費馬便著手重寫公元前三世紀古希臘幾何學家阿波羅尼奧斯失傳的《平面軌跡》一書。他用代數方法對阿波羅尼奧斯關於軌跡的一些失傳的證明作了補充,對古希臘幾何學,尤其是阿波羅尼奧斯圓錐曲線論進行了總結和整理,對曲線作了一般研究。並於1630年用拉丁文撰寫了僅有八頁的論文《平面與立體軌跡引論》。《平面與立體軌跡引論》中道出了費馬的發現。他指出:"兩個未知量決定的一個方程式,對應著一條軌跡,可以描繪出一條直線或曲線。"費馬的發現比勒奈·笛卡兒發現解析幾何的基本原理還早七年。費馬在書中還對一般直線和圓的方程、以及關於雙曲線、橢圓、拋物線進行了討論。

數學史話之業餘數學之王費馬

解析幾何

16、17世紀,微積分是繼解析幾何之後的最璀璨的明珠。牛頓和萊布尼茨是微積分的締造者,但是在此之前,有諸多先驅者為微積分的發明做了奠基性的工作,費馬就是其中之一。曲線的切線問題和函數的極大、極小值問題是微積分的起源之一。約翰尼斯開普勒在探索行星運動規律時,遇到了如何確定橢圓形面積和橢圓弧長的問題,無窮大和無窮小的概念被引入。費馬直接確立了求切線、求極大值和極小值以及定積分方法,對微積分做出了重大貢獻。

數學史話之業餘數學之王費馬

費馬的通過斜率求切線的方法

17世紀初,歐洲流傳著丟番圖所寫的《算術》一書。1621年費馬利用業餘時間對《算術》中的不定方程進行了深入研究。費馬將不定方程的研究限制在整數範圍內,從而開始了數論這門數學分支。費馬在數論領域中的成果是巨大的,其中主要有:

費馬大定理:n>2是整數,則方程x^n+y^n=z^n沒有滿足xyz≠0的整數解。

費馬小定理:a^p-a可以被p整除,其中p是一個素數,a是正整數。

其他的數論方面的結論還有很多,讀者可以自行查閱。

費馬一生從未受過專門的數學教育,數學研究也不過是業餘之愛好(但是費馬不是民科,不是民科,不是民科,重要的事情說三次)。然而,在17世紀的法國還找不到哪位數學家可以與之匹敵:他是解析幾何的發明者之一;對於微積分誕生的貢獻僅次於牛頓和萊布尼茨,他還是概率論的主要創始人,以及獨撐17世紀數論天地的人。一代數學天才費馬堪稱是17世紀法國最偉大的數學家。


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