大學生逃不過的拉格朗日,要不是家裡破產,都沒機會學數學

他是一個讓人又愛又恨的人。

愛他是因為他不僅總結了18世紀的數學成果,還為19世紀的數學研究開闢了新的道路。

而“恨他”是因為他數學成果實在太難學習了。

每個大學裡都有一棵樹,樹上掛滿了人,這棵樹叫“高數”,掛滿人的樹枝叫做“拉格朗日中值定理”。

大學生逃不過的拉格朗日,要不是家裡破產,都沒機會學數學

他是當時法國最傑出的數學大師——拉格朗日。

家裡破產,居然是一種“幸運”

拉格朗日出生在法國的一個混血家庭,所以雖然理論上他是法國人,不過他兼有法國和意大利血統。他的父親是法國陸軍騎兵裡的一名軍官,而母親瑪麗是意大利一位富有的物理學家的獨生女。

一開始拉格朗日過的是富家子弟的生活,但是後來他的父親退役後非要嘗試經商,結果把家裡的全部積蓄都虧光了,導致他們家破產。

所以他們家後來的生活就過得比較拮据,別說給拉格朗日更好的教育了,就連三餐,他們都很難保障。

塞翁失馬,焉知非福,如果拉格朗日幼年時家境富裕,他也就不會研究數學了。

畢竟起初他的父親一心想把拉格朗日培養成為一名律師,但他並不感興趣,受母親的影響他當時只對數學物理研究情有獨鍾。

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破產了,家裡沒有錢讓他參加法律培訓。就隨他選擇自己喜歡的專業,因為這樣,他後來才有機會選擇了數學。

拉格朗日對此非常高興,他後來還回憶說:“幸好我家破產了,不然我就會變成一個除了錢一無所有的人,那樣就太可悲了。” 果然大師級的學神,思想高度就是不一樣。

過程有曲折,結果很美好

到了拉格朗日的青年時代,在數學家雷維裡的教導下,他喜愛上了幾何學。

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他17歲之時讀了英國天文學家哈雷推薦的牛頓微積分成就短文《論分析方法的優點》。

他感覺到分析才是自己最熱愛的,從此迷上了數學分析,開始專攻當時迅速發展的數學分析學科。

年輕氣盛的他迫不及待把自己的論文寄給當時著名的數學家歐拉,卻遭到退回,後來從別人那得知他這個理論已經被證明過了。雖然這個開頭不太理想,但是拉格朗日還是沒有灰心,繼續努力鑽研他的數學。

後來他決定開始以歐拉的思路和結果為依據,探索數學難題“等周問題”。最終他把歐拉所開創的變分法,又重新發展了一次,奠定了變分法的基礎。

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他這樣一來,在數學界的名聲大振。因此當他19歲時,就已經當上了都靈炮兵學院的教授,在當時的歐洲也被公認為“一流的數學家”。

1756年,受歐拉的舉薦,拉格朗日被任命為普魯士科學院通訊院士。

1757年,以拉格朗日為首的一批青年科學家,一同成立了都靈皇家科學院,並開始以拉丁語和法語出版學術刊物《都靈科學論叢》。

他們這個團隊涉及領域除了數學以外,還開始涉足天體力學運動。在關於三體問題等方面的研究中提出了描述流體運動的拉格朗日方法,使得人類探索太空的步伐大大加快。現在我們所知道的,第一本沒有圖案的的力學書本就是拉格朗日所寫的。

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其實在1965年普魯士國王非常賞識拉格朗日,並想在柏林給他一個職位,但由於歐拉當時在那工作,拉格朗日不想搶掉自己“偶像”的職位,因此婉拒這個邀請。

但後來達朗貝爾來信說歐拉決定離開柏林,並請他來空缺的職位任職。拉格朗日決定接受邀請,離開了都靈進軍到柏林,在此期間,拉格朗日完成了大量重大研究成果,這是他一生研究中的鼎盛時期,多數論文都在柏林科學院和法國科學院的刊物中發表,少量仍寄回他的故鄉都靈。

活在“牛頓”的陰影下?

拉格朗日約有一半的研究與天體力學有關。可是他主要還是一名數學家,他要把力學作為數學分析的一個分支。

他只是把天體力學作為力學的一個分支對待罷了,雖然如此,他在天體力學的奠基過程中仍然起了至關重要的作用。

但有人說拉格朗日的力學貢獻只是活在裡牛頓陰影下罷了,還一度讓牛頓與拉格朗日“撕逼’,但事實並不是如此。

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牛頓的力學實際上是非常直接的做法,即將粒子的運動狀態抽象為座標和速度之後,直接去尋找運動時這些量滿足的規律。

但是拉格朗日是將一種規律和函數空間中的一個函數,逐一對應起來,使得我們可以用同一的框架去研究不同規律,研究不同的力學。

看上去很相似,可是研究的內涵大有不同。如果說拉格朗日活在“牛頓”陰影下,這樣是太不合理了。

因為有了最小作用量原理之後,只要給定一個拉格朗日量,就產生出一種力學,而牛頓力學只不過是拉格朗日力學中一個分支例子罷了。

自己逃過一劫,但好友不幸被殺

後來因支持他的普魯士國王腓特烈二世去世,他決定離開柏林,應巴黎科學院的邀請,動身去法國。

到巴黎以後他又開始涉及其他領域,學習更廣泛的知識,例如歷史學,形而上學,宗教等等之類的學科。

但由於當時爆發了革命,他並沒有機會深入研究這些領域,只能有趣地“旁觀”著其他學者進行研究。

後來科學院決定開始進行度量衡統一工作,任命拉格朗日為“度量衡委員會”委員之一。

在不久之後,拉格朗日就制定了被世界公認的長度,面積,體積,質量的單位。

雖然拉格朗日一直被受到重視,但好景不長。1793年政府決定逮捕所有敵國出生的人,拉格朗日差點也被抓了,幸好驚拉瓦錫極力說明,才把拉格朗日除外了。

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拉瓦錫

如果當時拉格朗日死了,可就是世界的一個最大遺憾之一了。只可惜的是,拉瓦錫雖然拯救了拉格朗日,卻沒有拯救到自己。

法國開庭審判,把包括拉瓦錫在內的28名成員全部處以死刑。即使後來拉格朗日等人盡力地挽救,請求赦免,但還是沒有任何作用。

他們宣稱,“共和國不需要學者,而只需要為國家而採取的正義行動!”

這個做法無疑是一個愚蠢的行為,在他們被殺以後第二天,拉格朗日痛心地說:“他們可以一眨眼就把拉瓦錫的頭砍下來,但他那樣的頭腦一百年也再長不出一個來了。”

如果當時法國人沒有做這個愚蠢的決定,想必今天世界研究的進展可能都在更高的維度了。

無休止的貢獻

自此以後,拉格朗日在處事方面更加謹慎,為了完成好友對他的期望,他沒離開這個“傷心地”。

反而繼續在全國航海、天文研究和度量衡委員會進行研究,為了國家的發展繼續努力。

後來他還想培養一些新型人才,在成立的兩個法國最高學府:師範學校和綜合工科學校中,拉格朗日擔任首批教授之一。

此後他重新進行研究工作,但主要是整理過去的成果,還結合教材編寫完成一批重要著作。例如《分析力學論述》以及《分析力學》,關於函數論方面他出版了兩本歷史性著作。

大學生逃不過的拉格朗日,要不是家裡破產,都沒機會學數學

後來他的貢獻完全打消了法國人對他的顧忌,他們意識到了拉格朗日的重要性。

霧月政變後,拿破崙提名了拉格朗日成為上議院議員,並讓他進入新設的勳級會榮譽軍團,還把他封為了伯爵。

但是很可惜的是當授予他帝國大十字勳章時,拉格朗日已重病在身,沒辦法親自去現場領獎。

大學生逃不過的拉格朗日,要不是家裡破產,都沒機會學數學

在1813年4月11日晨,一座高聳的金字塔,微積分重要奠基人之一,眾多新領域的開拓者——拉格朗日,與世長辭。

即使拉格朗日已經去世了200多年,但他還頻繁出現在我們的課本上,每一位大學生都對他“倍感親切”,也足以說明他的貢獻和價值。


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