歐拉(1707-1783),數學中的一個超級明星,他的貢獻幾乎涉及數學的所有基礎領域
,尤其是歐拉那非凡的數學技巧,讓人歎為觀止,至今無人能超越。
人們常說數學界的三大高峰:歐拉、高斯和黎曼。其中,歐拉的數學技巧無與倫比;高斯的數學才能絕無僅有;而黎曼的數學靈感,足夠讓其他數學家忙碌幾百年。
關於歐拉到底有多厲害,知乎一個最高票答案這樣說:
這種人,只需要說生平。
9歲,把牛頓的《自然哲學的數學原理》看完了。
13歲,考入名校巴塞爾大學,同時修六個專業(哲學、法學、數學、神學、希伯來語、希臘語)
15歲,本科畢業。
16歲,碩士畢業。
19歲,博士畢業,博士畢業論文是一片物理論文。
20歲,參加建築大賽,只拿到第二。歐拉很生氣,覺得就算他沒怎麼認真比也不能被超越,然後接下來12年連得12個冠軍,終於心滿意得的不比了。
還是20歲,著名數學家伯努利邀請他去俄國。歐拉說去就要當皇家科學院院長,然後伯努利就把生理學院長讓給他了。在這期間,歐拉公式。
27歲,發明了以下符號:f(x)、sin、cos,tan。
28歲,花費三天找出計算彗星軌道方法。然後,不幸的事,右眼失明。
29歲,《力學,或解析地敘述運動的理論》出版,提出諸如質點的概念、在運動學中引入矢量。
32歲,出版音樂著作。新學科:空氣動力學、流體動力學。
59歲,因為醫療事故,左眼失明。完全失明後,因為熟知所有數學公式、能夠心算高等數學,寫出400多篇論文,新學科:剛體力學、分析力學。
64歲,因家中失火,大部分研究被焚燬。
76歲,在說完他自己要離世後,倒地去世。
補充:
1、歐拉還曾發現過這樣幾個學科:彈道學、分析力學、拓撲學,歐拉還是一名製圖學家。
2、歐拉沒被焚燬的一小部分論文,後世科學家整理了150+年,有886篇論文。
我們再來看看歐拉究竟有哪些以小見大有超凡想象的過人之處:
一、歐拉那超凡的心算能力
有一次,歐拉的兩個學生,對一個複雜級數求和的第五十多位起了爭執,然後歐拉僅憑心算,
就判斷了誰對誰錯。
上面一個例子,如何你懷疑真實性,那麼下面一個,是世界公認的:
在沒有計算機的年代,梅森素數的尋找是相當困難的,在1588年意大利數學家卡塔爾迪(15
48-1626),找到了第六個和第七個梅森素數M17和M19之後,兩百多年沒有任何進展;直
到 1772年,歐拉在雙目失明的情況下,僅靠心算得到了第八個梅森素數M31,是當時世界上
已知的最大素數。
這裡絕不僅僅像“某某大腦”裡面,一些只會速算的人,歐拉那超凡的心算能力,只不過是他
眾多才能中一個而已,相對於他的數學才能,心算能力只是輔助。
二、當之無愧的數學英雄
1735年,天文學家遇到一個棘手的天文學問題,幾個月都得不到解決;直到他們去請教歐拉
,歐拉專研了三天,把這個問題解決了。不過也因此右眼惡化,最終失明。這時候,歐拉才28歲。
三、數學能力
歐拉的老師,也是一位大名鼎鼎的數學家——約翰·伯努利。約翰·伯努利有兩個兒子,也是著
名的科學家——哥哥:尼古拉斯·伯努利;弟弟:丹尼爾·伯努利。
在1722年,哥德巴赫意識到,階乘函數(n!) 或許可以延拓到整個實數域,但是他無法得到
延拓後的函數,於是他寫信給伯努利兄弟,也沒有得到解決。
因為歐拉和伯努利家族聯繫緊密,所以歐拉也得知了這個問題,歐拉使用丹尼爾·伯努利發明
的無窮插值法,完美地得到了階乘函數全實數表達式——即伽瑪函數。
此時的歐拉,只有22歲,也是這時,歐拉結識了哥德巴赫,並和他成為一生的好友。
還有個故事,大家知道費馬大定理吧,應該知道費馬這個名字。費馬是個律師,比較喜歡數學,沒事喜歡提一些想法,寫在手稿裡,並且說自己證明了,但是地方不夠,就沒寫出來。
費馬曾經提出過一個猜想:n=正整數時,2^(2^n)+1是個質數
比如:n=1時,2^2+1=5,質數
n=2時,2^4+1=17,質數
n=3時,2^8+1=257,質數
n=4時,2^16+1=65537,質數
之後數學家就拼了命證明,50年都沒人證明出來。
50年後,歐拉來了,他證明了費馬的猜想是錯誤的。
那麼他如何證明的呢?
歐拉又算了一個數,n=5,結果發現這個數不是質數,於是他證明了費馬錯了。
四、一舉成名
最終讓歐拉登上世界舞臺的,是一個世紀難題的解決——巴塞爾級數問題
巴賽爾級數1+1/4+1/9+1/16+1/25+……=?
在1650年被提出,期間無數數學家研究過,都沒有得到解決,舉個例子:
萊布尼茲厲害吧!微積分的發明者之一,我們現在學習沿用的微積分概念基本,就是萊布尼茨
發明的,他對級數的操控,幾乎可以說是隨心應手,甚至對他的朋友惠更斯宣稱:對於任何收
斂的無窮級數,只要其中各項遵循一定規律,那麼我就能求出和來。
然後1673年,萊布尼茨遇到了英國數學家佩爾(1611-1685),佩爾用巴塞爾級數,一下就
把這個血氣方剛的萊布尼茨鎮住了,萊布尼茨苦思一整天,最終不得不認輸!
可是在1734年,27歲的歐拉,突然就把這個問題解決了!
而歐拉使用的方法非常巧妙,僅僅用到了簡單的兩個數學知識,簡單到一位數學不錯的中學生
都能看懂,相當於:這個級數展開很初等吧!這個根與係數的關係是初中知識吧!唉——合起
來,這個世界難題就解決了!
如果萊布尼茲還在的話,看到這個證明,不知道他會作何感受!
五、超凡的貢獻
歐拉是最多產的數學家之一,而且基本都是高質量的數學成果。
在1909年,瑞士自然科學聯合會,開始著手收集歐拉的手稿和論文,剛開始預計要60-80卷
才能將其收錄,這項工作由全世界許多個人和團體資助下進行,不過他們後來在聖彼得堡又發
現歐拉的大量手稿,導致原先的預算經費不夠而臨時終止。而且這些資料,將近一半都是歐拉在雙目失明下僅憑心算和口述,然後他的大兒子筆錄完成才得以留下來的。
最終整理歐拉的著作,聖彼得堡科學院花了整整四十七年。
六、失明的歐拉
1766年,歐拉雙眼完全失明;在1771年,彼得堡的大火災殃及歐拉住宅,有幸的是歐拉被人
及時救出,可是他前半生的著作,幾乎全部化為灰燼,但是歐拉並未灰心。在接下來的十多年裡,雙眼徹底失明的歐拉,由他口述,他大兒子筆錄的方式,重新寫下了被大火奪走的數學研究,而且他一生超過一半的數學著作,都是在他雙目失明後創作的!其中還包括分析力學和剛體力學兩大學科!
七、非凡的人格魅力
歐拉的人格魅力是令人敬佩的,以至於得到皇室無償的資金支持,比如在大火後,女皇無償地
補償了歐拉的經濟損失。
歐拉有位學生,也是大名鼎鼎的數學家——拉格朗日。
拉格朗日利用變分法,解決了等周問題,然後請教他的老師歐拉,歐拉給與了高度讚揚,並在
1759年10月2日的回信中,鼓勵他把這個發現發表出來。
其實,這時的歐拉,已經研究這個問題很久了,並得到了這個問題的完美解法,但他還是非常
謙讓地,把這個發現讓給了拉格朗日,使得拉格朗日贏得了巨大的聲譽,後來歐拉發現拉格朗
日的證明方法和自己的不一樣,所以歐拉才把他的發現方法公佈出來。
八、物理學的意外發現
超弦理論是目前非常前沿的理論,然而他的起源離不開歐拉,在1969年,物理學家Gabriele
Veneziano,在歐拉的一本著作中,注意到了一個函數(歐拉B函數),可以用來描述強作用
力。後來物理學家Leonard Susskind發現,這一函數延伸出來的物理圖像,是'可扭曲有彈性的線段',並在後來發展成了'超弦理論'。
這樣的例子數不勝數,比如還有:所有自然數之和在量子力學中的應用,素數的歐拉乘積式,
複變函數的歐拉公式,調和級數的歐拉常數,自然對數也叫歐拉常數,三角函數的定義,流體
力學的歐拉方程,天文學天體軌道的數值計算,數論中的歐拉公式,拓撲學歐拉方程等等。
每個貢獻都是非凡的,隨便拿一個出來,都可以讓另外一位數學家名留青史,然而,這些都是
歐拉一個人的貢獻。
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