數學王子:高斯

你想知道從1加到100的小孩嗎?

高斯

約翰·卡爾·弗里德里希·高斯,1777年生人,德國著名數學家、物理學家、天文學家、大地測量學家,近代數學奠基人之一。高斯被認為是歷史上最重要的數學家之一,並享有"數學王子"之稱。高斯和阿基米德、牛頓、歐拉並列為世界四大數學家。高斯一生的成就非常之多,單純以他名字"高斯"命名的成果就多達110個,當屬數學家中之最。高斯對數論、代數、統計、分析、微分幾何、大地測量學、地球物理學、力學、靜電學、天文學、矩陣理論和光學皆有貢獻。

今天就帶大家認識一下這位數學王子。

德意志民族,世界人民對其的印象是在音樂,哲學,數學物理方面有比較突出的成就。音樂方面比如巴赫,貝多芬等,德國出現了最多的音樂家,哲學方面有康德,黑格爾,馬克思等,數學方面有高斯,萊布尼茨,黎曼等。第二個特點是德國相對來講成熟較晚,知道1871年,普魯士還沒有統一。

在高斯之前,德國有過兩位數學比較好的人物,丟勒和開普勒。丟勒是位畫家,出版過關於數學的著作,之後數學便沉寂了很久,知道萊布尼茨的出現,德國的數學才開始突飛猛進,是德國曆史上第一個大數學家。之後便是數學王子高斯的出現。

1777年,高斯出生在德國西北面的漢諾威。高斯是個”神童”。自幼十分聰明。三歲的時侯,高斯就糾正了他父親的借債賬目上的錯誤,這是個有趣的軼事流傳至今。高斯曾說,他在麥仙翁堆上學會了計算而且能夠在頭腦中進行復雜的計算,而這是上帝賜予他一生的天賦。

九歲時,就巧妙計算出了1到100的和,因為他發現了其中的等差數列的規律。

他的家庭出身並不能支持他出學習研究數學,但是他的聰慧得到了費迪南公爵的肯定,從高斯14歲開始,公爵就一直 贊助他做學問,直至費迪南被殺死去。

幾年後,高斯進入哥廷根大學,在選擇專業的時候,有件事讓他選擇了數學專業。十九歲的一天,高斯意外發現了尺規作圖畫正十七邊形的方法,從此便痴迷於數學。這個正十七邊形的理論是他十分滿意的作品,甚至在他的遺言裡,希望在其墓誌銘上畫上一個正十七邊形。

哥根廷大學

也就是這一年,高斯的19歲,歷史上稱為高斯的奇蹟年:

3月30日,正多邊形作圖理論,費爾馬素數;

4月8日,首次證明了初等數論裡二次互反律,並且給出了八個證明方法;

5月31日,提出素數定理的猜想,定義了素數個數函數π(x),100多年後法國數學家阿達馬和普森給予了證明。又過50年後塞爾貝格又用另一種方法證明了,並獲得了菲爾茲獎,相當於數學界的諾貝爾。被證明兩次的東西價值依舊這麼大,可見次定理的重要性。而這是高斯在19歲時發現的;

7月10日,證明了費爾馬的三角形數猜想;

10月1日,有限域上多項式方程解數,此解數在20世紀有迫使韋依提出韋依猜想。

24歲時他出版了《算術研究》。野史記載,原來算數研究是要給法國科學院出版的,高斯寄過去卻沒有回信,等高斯出了名後,法國科學院說並沒有收到,這也是謎案之一。這本書裡有這幾個貢獻:同餘記號,二次互反律,二次型理論,類數問題,高斯整數環,代數的基本理論。

高斯初出茅廬,數學素養便已經爐火純青,而且以後的50年他一直保持這樣的水準。不過,高斯取得博士學位是在黑爾姆斯泰特大學,那裡有當時最好的數學家普法夫,也就是高斯的博士生導師。

25歲時,俄羅斯請高斯做外籍院士,被高斯婉言謝絕。高斯眷戀哥廷根,但是本來在24歲就改提為教授的他,29歲才被洪堡等人聯合推薦成為教授,因為當時德國的制度非常嚴厲。

除數學以外,他在別的方面也頗有成就。高斯是哥根廷天文臺臺長,因為他用二乘法證明了小行星的存在和運行軌道。此方法又幫助人們在1846年發現了太陽系第八顆行星海王星,又100年後發現了冥王星。

物理方面的成就是1833年,與韋伯一起發明了有線電報。

高斯與韋伯

七君子事件:1839年,韋伯與6位文科教授(包括高斯的女婿,童話作家格林兄弟)因為反對新國王廢除自由憲法而失去了教職。本來作為最有威望的教授,高斯有機會挺身而出解救他們,可是他為了明哲保身,選擇了放棄參與事件。韋伯去了萊比錫,12年後才回到哥廷根。

高斯是非歐幾何學三個創始人之一,對幾何學的貢獻極為豐富。後人曾經考證出,1824年高斯就給朋友的信中提到非歐幾何。

高斯由於當時沒有人可以與之討論數學,久而久之形成了孤僻的性格,不參與爭論討論。他對法國人比較仇恨,因為拿破崙入侵殺了他的贊助人費迪南。

高斯為人冷漠,開始教出的學生卻出類拔萃,黎曼堪稱史上最偉大的數學家之一,提出的黎曼猜想被稱為數學史上最偉大的猜想。戴德金和艾森斯坦也對數學做出了傑出的貢獻。但是也忽略了阿貝爾和鮑耶,讓他們鬱郁不得志。

黎曼與黎曼猜想

1849年,德國舉辦了高斯獲博士學位50週年的小慶祝會,為此,高斯準備了他早期對代數基本定理證明的一個新版本。但是高斯的身體狀況越來越差,所以這個新證明就成了他最後的著作。晚年時期,他最高興的事還是哥廷根市贈與了他榮譽公民頭銜。因為他在數學、天文學、大地測量學和物理學中的傑出研究成就,他被選為許多科學院和學術團體的成員。他一直留在哥廷根大學的院系中,沒有接受別的大學的邀請去做教授,直至1855年2月23日與世長辭。逝世後不久,德國就鑄造了紀念他的錢幣。


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