大学生逃不过的拉格朗日,要不是家里破产,都没机会学数学

他是一个让人又爱又恨的人。

爱他是因为他不仅总结了18世纪的数学成果,还为19世纪的数学研究开辟了新的道路。

而“恨他”是因为他数学成果实在太难学习了。

每个大学里都有一棵树,树上挂满了人,这棵树叫“高数”,挂满人的树枝叫做“拉格朗日中值定理”。

大学生逃不过的拉格朗日,要不是家里破产,都没机会学数学

他是当时法国最杰出的数学大师——拉格朗日。

家里破产,居然是一种“幸运”

拉格朗日出生在法国的一个混血家庭,所以虽然理论上他是法国人,不过他兼有法国和意大利血统。他的父亲是法国陆军骑兵里的一名军官,而母亲玛丽是意大利一位富有的物理学家的独生女。

一开始拉格朗日过的是富家子弟的生活,但是后来他的父亲退役后非要尝试经商,结果把家里的全部积蓄都亏光了,导致他们家破产。

所以他们家后来的生活就过得比较拮据,别说给拉格朗日更好的教育了,就连三餐,他们都很难保障。

塞翁失马,焉知非福,如果拉格朗日幼年时家境富裕,他也就不会研究数学了。

毕竟起初他的父亲一心想把拉格朗日培养成为一名律师,但他并不感兴趣,受母亲的影响他当时只对数学物理研究情有独钟。

大学生逃不过的拉格朗日,要不是家里破产,都没机会学数学

破产了,家里没有钱让他参加法律培训。就随他选择自己喜欢的专业,因为这样,他后来才有机会选择了数学。

拉格朗日对此非常高兴,他后来还回忆说:“幸好我家破产了,不然我就会变成一个除了钱一无所有的人,那样就太可悲了。” 果然大师级的学神,思想高度就是不一样。

过程有曲折,结果很美好

到了拉格朗日的青年时代,在数学家雷维里的教导下,他喜爱上了几何学。

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他17岁之时读了英国天文学家哈雷推荐的牛顿微积分成就短文《论分析方法的优点》。

他感觉到分析才是自己最热爱的,从此迷上了数学分析,开始专攻当时迅速发展的数学分析学科。

年轻气盛的他迫不及待把自己的论文寄给当时著名的数学家欧拉,却遭到退回,后来从别人那得知他这个理论已经被证明过了。虽然这个开头不太理想,但是拉格朗日还是没有灰心,继续努力钻研他的数学。

后来他决定开始以欧拉的思路和结果为依据,探索数学难题“等周问题”。最终他把欧拉所开创的变分法,又重新发展了一次,奠定了变分法的基础。

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他这样一来,在数学界的名声大振。因此当他19岁时,就已经当上了都灵炮兵学院的教授,在当时的欧洲也被公认为“一流的数学家”。

1756年,受欧拉的举荐,拉格朗日被任命为普鲁士科学院通讯院士。

1757年,以拉格朗日为首的一批青年科学家,一同成立了都灵皇家科学院,并开始以拉丁语和法语出版学术刊物《都灵科学论丛》。

他们这个团队涉及领域除了数学以外,还开始涉足天体力学运动。在关于三体问题等方面的研究中提出了描述流体运动的拉格朗日方法,使得人类探索太空的步伐大大加快。现在我们所知道的,第一本没有图案的的力学书本就是拉格朗日所写的。

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其实在1965年普鲁士国王非常赏识拉格朗日,并想在柏林给他一个职位,但由于欧拉当时在那工作,拉格朗日不想抢掉自己“偶像”的职位,因此婉拒这个邀请。

但后来达朗贝尔来信说欧拉决定离开柏林,并请他来空缺的职位任职。拉格朗日决定接受邀请,离开了都灵进军到柏林,在此期间,拉格朗日完成了大量重大研究成果,这是他一生研究中的鼎盛时期,多数论文都在柏林科学院和法国科学院的刊物中发表,少量仍寄回他的故乡都灵。

活在“牛顿”的阴影下?

拉格朗日约有一半的研究与天体力学有关。可是他主要还是一名数学家,他要把力学作为数学分析的一个分支。

他只是把天体力学作为力学的一个分支对待罢了,虽然如此,他在天体力学的奠基过程中仍然起了至关重要的作用。

但有人说拉格朗日的力学贡献只是活在里牛顿阴影下罢了,还一度让牛顿与拉格朗日“撕逼’,但事实并不是如此。

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牛顿的力学实际上是非常直接的做法,即将粒子的运动状态抽象为坐标和速度之后,直接去寻找运动时这些量满足的规律。

但是拉格朗日是将一种规律和函数空间中的一个函数,逐一对应起来,使得我们可以用同一的框架去研究不同规律,研究不同的力学。

看上去很相似,可是研究的内涵大有不同。如果说拉格朗日活在“牛顿”阴影下,这样是太不合理了。

因为有了最小作用量原理之后,只要给定一个拉格朗日量,就产生出一种力学,而牛顿力学只不过是拉格朗日力学中一个分支例子罢了。

自己逃过一劫,但好友不幸被杀

后来因支持他的普鲁士国王腓特烈二世去世,他决定离开柏林,应巴黎科学院的邀请,动身去法国。

到巴黎以后他又开始涉及其他领域,学习更广泛的知识,例如历史学,形而上学,宗教等等之类的学科。

但由于当时爆发了革命,他并没有机会深入研究这些领域,只能有趣地“旁观”着其他学者进行研究。

后来科学院决定开始进行度量衡统一工作,任命拉格朗日为“度量衡委员会”委员之一。

在不久之后,拉格朗日就制定了被世界公认的长度,面积,体积,质量的单位。

虽然拉格朗日一直被受到重视,但好景不长。1793年政府决定逮捕所有敌国出生的人,拉格朗日差点也被抓了,幸好惊拉瓦锡极力说明,才把拉格朗日除外了。

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拉瓦锡

如果当时拉格朗日死了,可就是世界的一个最大遗憾之一了。只可惜的是,拉瓦锡虽然拯救了拉格朗日,却没有拯救到自己。

法国开庭审判,把包括拉瓦锡在内的28名成员全部处以死刑。即使后来拉格朗日等人尽力地挽救,请求赦免,但还是没有任何作用。

他们宣称,“共和国不需要学者,而只需要为国家而采取的正义行动!”

这个做法无疑是一个愚蠢的行为,在他们被杀以后第二天,拉格朗日痛心地说:“他们可以一眨眼就把拉瓦锡的头砍下来,但他那样的头脑一百年也再长不出一个来了。”

如果当时法国人没有做这个愚蠢的决定,想必今天世界研究的进展可能都在更高的维度了。

无休止的贡献

自此以后,拉格朗日在处事方面更加谨慎,为了完成好友对他的期望,他没离开这个“伤心地”。

反而继续在全国航海、天文研究和度量衡委员会进行研究,为了国家的发展继续努力。

后来他还想培养一些新型人才,在成立的两个法国最高学府:师范学校和综合工科学校中,拉格朗日担任首批教授之一。

此后他重新进行研究工作,但主要是整理过去的成果,还结合教材编写完成一批重要著作。例如《分析力学论述》以及《分析力学》,关于函数论方面他出版了两本历史性著作。

大学生逃不过的拉格朗日,要不是家里破产,都没机会学数学

后来他的贡献完全打消了法国人对他的顾忌,他们意识到了拉格朗日的重要性。

雾月政变后,拿破仑提名了拉格朗日成为上议院议员,并让他进入新设的勋级会荣誉军团,还把他封为了伯爵。

但是很可惜的是当授予他帝国大十字勋章时,拉格朗日已重病在身,没办法亲自去现场领奖。

大学生逃不过的拉格朗日,要不是家里破产,都没机会学数学

在1813年4月11日晨,一座高耸的金字塔,微积分重要奠基人之一,众多新领域的开拓者——拉格朗日,与世长辞。

即使拉格朗日已经去世了200多年,但他还频繁出现在我们的课本上,每一位大学生都对他“倍感亲切”,也足以说明他的贡献和价值。


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