走近数学界的莎士比亚:欧拉和他的“世界最完美公式”

Leonhard Euler(1707年4月15日 - 1783年9月18日)是瑞士出生的数学家,他的发现极大地影响了数学和物理学领域。也许最着名的欧拉发现是欧拉身份,它表明了基本数学常数之间的关系,通常被称为数学中最美丽的方程。他还介绍了一种用于编写今天广泛使用的数学函数的符号。

早期生活

Leonhard Euler出生于瑞士巴塞尔。他是新教牧师保罗斯欧拉和玛格丽莎布鲁克的第一个孩子。1708年,也就是欧拉出生一年后,全家搬到距离巴塞尔几英里的郊区里恩。欧拉和他的两个妹妹一起在Riehen的牧师中长大。在欧拉幼儿时期,他从父亲那里学习数学,他对数学很感兴趣,并在学习成为神学家的同时,与着名数学家雅各布伯努利一起学习。大约在1713年,欧拉开始在巴塞尔的拉丁文法学校上学,但学校并没有教授数学,所以欧拉上了私人课程。

大学

1720年,欧拉进入巴塞尔大学仅仅13岁 - 这一成就在当时并不少见。在大学期间,他与雅各布·伯努利的弟弟约翰·伯努利(Johann Bernoulli)一起学习,他每周给欧拉解决数学问题并鼓励他阅读高级数学教科书。伯努利甚至提出每个星期天下午回答欧拉的数学问题,尽管他太忙了,不能给他私人课程。1723年,欧拉完成了哲学硕士学位,并开始研究神学,正如他的父母所希望的那样。然而,欧拉对神学并不像他对数学那样兴奋。他获得了父亲的许可,可能会在伯努利的帮助下学习数学。欧拉于1726年在巴塞尔大学完成学业。1727年,他提交了巴黎科学院大奖关于在船上最佳放置桅杆的条目。一等奖获得者是船舶数学方面的专家,但之前没有见过船的欧拉获得了第二名。

学术生涯

欧拉在俄罗斯圣彼得堡的科学院获得了学术任命。他于1727年搬到那里并一直待到1741年。尽管欧拉的职位最初涉及教授生理学的物理和数学,但他很快就被任命为该学院的数学物理系。在那里,欧拉通过不同的职位晋升,1730年成为物理学教授,1733年成为数学高级主席。欧拉在圣彼得堡创造的发现使他在世界上声名鹊起。欧拉在1733年与画家的女儿卡塔琳娜·格塞尔结婚。这对夫妇共有13个孩子,其中5个幸存至成年。1740年,欧拉被普鲁士国王弗雷德里克二世邀请到柏林帮助建立该市的科学院。他于1741年搬到柏林,并于1744年成为该学院的数学主任。欧拉在柏林仍然多产,在他25年的任期内写了大约380篇文章。

对数学的贡献

欧拉的一些最值得注意的贡献包括:欧拉身份:eiπ+ 1 = 0.欧拉身份通常被称为数学中最美丽的等式。该公式显示了五个数学常数之间的关系:e,i,π,1和0.它在数学和物理学中有广泛的用途,包括电子学。数学函数表示法:f(x),其中f代表“函数”,函数的变量(此处为x)括在括号内。这种表示法今天被广泛使用。

后来的生与死

到1766年,欧拉与弗雷德里克二世的关系恶化了,并且应凯瑟琳大帝的邀请回到了圣彼得堡学院。他的视力下降,到1771年,欧拉完全失明。然而,尽管有这个障碍,欧拉继续他的工作。最终,他在抄写员和他自己令人印象深刻的记忆和心理计算技能的帮助下完成了他的总研究的一半而完全失明。1783年9月18日,欧拉死于圣彼得堡的脑出血。在他去世后,圣彼得堡的学院继续出版欧拉的多产作品约50年。

欧拉在数学领域取得了许多重要的发现。虽然他可能以欧拉身份而闻名,但他是一位多产且有成就的数学家,他的贡献影响了图论,微积分,三角学,几何学,代数,物理学,音乐理论和天文学。

为什么欧拉公式被称为世界上最完美的公式了?

欧拉公式的巧妙之处在于,它没有任何多余的内容,将数学中最基本的e、i、π放在了同一个式子中,同时加入了数学也是哲学中最重要的0和1,再以简单的加号相连。高斯曾经说:“一个人第一次看到这个公式而不感到它的魅力,他不可能成为数学家。” 虽然不敢肯定她是世界上“最伟大公式",但是可以肯定它是最完美的数学公式之一。

理由如下:

1、自然数的“e”含于其中。 自然对数的底,大到飞船的速度,小至蜗牛的螺线,谁能够离开它?

2、最重要的常数 π 含于其中。 世界上最完美的平面对称图形是圆。“最伟大的公式”能够离开圆周率吗? (还有π和e是两个最重要的无理数!)

3、最重要的运算符号 + 含于其中。 之所以说加号是最重要的符号,是因为其余符号都是由加号派生而来。减号是加法的逆逆运算,乘法是累计的加法……

4、最重要的关系符号 = 含于其中。 从你一开始学算术,最先遇见它,相信你也会同意这句话。

5、最重要的两个元在里面。零元0 ,单位1 ,是构造群,环,域的基本元素。如果你看了有关《近世代数》的书,你就会体会到它的重要性。

6、最重要的虚单位 i 也在其中。 虚单位 i 使数轴上的问题扩展到了平面,而在哈密尔的 4 元数与 凯莱的 8 元数中也离开不了它。 之所以说她美,是因为这个公式的精简。她没有多余的字符,却联系着几乎所有的数学知识。 有了加号,可以得到其余运算符号; 有了0,1,就可以得到其他的数字; 有了 π 就有了圆函数,也就是三角函数; 有了 i 就有了虚数,平面向量与其对应,也就有了哈密尔的 4 元数,现实的空间与其对应; 有了 e 就有了微积分,就有了和工业革命时期相适宜的数学。

欧拉的惊人成就并不是偶然的。他可以在任何不良的环境中工作,经常抱着孩子在膝上完成论文,也不顾较大的孩子在旁边喧哗。欧拉在28岁时,不幸一支眼睛失明,过了30年以后,他的另一只眼睛也失明了。在他双目失明以后,也没有停止过数学研究……