正文 第一章 走近著名的數學家(3 / 3)

父親也感到讓那麼小又那麼聰明的孩子放羊似乎太可惜了。於是他想辦法讓小歐拉認識了一個大數學家伯努利。通過這位數學家的推薦,小歐拉成了巴塞爾大學裏最年輕的大學生,因為那一年他才13歲。

歐拉28歲的時候,因為過度的工作而使眼睛染上了疾病,並且不幸右眼失明,但是這並不能阻擋他對數學的熱愛。1741年,他應普魯士彼德烈大帝的邀請,到柏林擔任科學院物理數學所所長,直到1766年在沙皇喀德林二世的誠懇敦聘下又重回彼得堡,讓人遺憾的是沒有多久,歐拉是左眼視力也逐漸衰退,直至最後完全失明。完全失明後的歐拉,以驚人的毅力與黑暗進行搏鬥,失明的歐拉不僅解決了使牛頓頭痛的月離問題和很多複雜的分析問題,他還憑著驚人的記憶和心算繼續他的研究,這種研究一直堅持了17年。但讓他心碎的是1771年的一場大火使他的書房和他多年來大量研究成果全部化為灰燼。盡管如此,64歲的歐拉並沒有因此一病不起,他發誓要把他所損失的成果都找回來,所以神奇的歐拉僅用了一年的時間就口述了他所有的論文並進行了修訂。此後歐拉還成功的計算了氣球的上升定律,而正當他和朋友慶賀這一成功的時候,他的疾病發作,就此與世長辭,享年76歲。

瑞士、俄國和德國都是歐拉生活和工作的國家,所以他們都把歐拉當作自己國家的數學家,為他曾在自己的國家工作和生活過而感到驕傲。

8.幾何之父劉徽

劉徽,三國後期魏國人,盡管他是我國古代傑出的數學家,也是中國古典數學理論的創始人之一。但是關於他的生卒年月、生平事跡等,史書上記載不多。劉徽的數學著作能夠留傳於後世的很少,所留大多都是輾轉傳抄之作。

他的主要著作有:《九章算術注》、《重差術》也叫《海島算經》、《九章重差圖》,但是後兩種早在宋代就已經失傳於世。

劉徽在數學方麵的成就主要就是他整理了中國古代的數學體係,並且奠定了數學體係的理論基礎。他的《九章算數注》,已經形成了一個比較完整的體係。在數係理論方麵,他用數的同類以及異類闡述了通分、約分、四則運算,以及繁分數化簡等的運算法則;在開方術的注釋中,他以開方不盡的理論論述了無理方根的存在,並創造了用十進分數無限逼近無理根的方法。在籌式的演算理論方麵,他給率下了明確的定義,又以遍乘、通約、齊同等三種基本運算為基礎,建立了數與式運算統一的理論基礎,中國古代數學中的“方程”也就是現代數學中線性方程組的增廣矩陣,被他定義為“率”。在勾股理論方麵,他逐一論證了有關勾股定理與解勾股形的計算原理。在麵積與體積理論方麵,他用出入相補、以盈補虛的原理及“割圓術”的極限方法提出了劉徽原理,並解決了多種幾何體積、麵積等各類問題。他的這些數學理論到現在依然有利用的價值。

劉徽的另一成就就是他在繼承的基礎上提出了自己的創見。這一點首先體現在他的割圓術和圓周率上,他在《九章算術·圓田術》注中,用割圓術證明了圓麵積的精確公式,並給出了計算圓周率的科學方法。他首先從圓內接六邊形開始割圓,每次的邊數倍增,算到192邊形的麵積,得到π=157/50=3.14,又算到3072邊形的麵積,得到π=3927/1250=3.1416,稱為“徽率”。其次,在《九章算術·陽馬術》注中,他在用無限分割的方法解決錐體體積時,提出了關於多麵體體積計算的原理,被人稱為是劉徽原理。再次,他在《九章算術·開立圓術》注中,指出了當時球體積公式的精確性問題,並引入了“牟合方蓋”這一概念,“牟合方蓋”是指正方體的兩個軸互相垂直的內切圓柱體的貫交部分。此後“牟合方蓋”成為了著名的幾何模型。而且,劉徽還運用了比率算法的思想,提出了解決線性方程組的新方法。重差術,也是劉徽的自創,而且他還運用“類推衍化”的方法,使重差術由兩次測望發展為“三望”、“四望”。而關於兩次測望的問題歐洲是在15~16世紀才開始研究的。

《九章算術》是我國流傳至今最古老的一本綜合性的曆史著作,這部書的完成經過了一段曆史過程,書中所收集的各種數學問題,長期以來經過多人刪補、修訂,最後被西漢時期的數學家整理完成。現今流傳的定本的內容在東漢之前已經形成。它是中國最重要的一部經典數學著作,它的完成奠定了中國古代數學發展的基礎,在中國數學史上占有極為重要的地位。但是它沒有確切的作者,很多人都為他做過注釋,其中比較著名的就有劉徽。

劉徽從小就開始學習《九章算術》,長大以後更是為了這本書下了很大功夫。但是劉徽很喜歡獨立思考,而且他並不完全迷信書本上的東西。隨著他對《九章算術》研究的深入,他發現這本書也有一些不足之處,它隻是著重的介紹了解題的方法,卻缺少對數學原理的理論論證的闡述。

劉徽認為,數學就像樹幹和樹枝一樣是有共通的基本原理的。於是劉徽便寫了《九章算術注》對《九章算數》進行更為詳細的修訂,對書裏的公式和定理給出了更加合理和詳細的證明。他還對其中的一些重要概念也給出了更加嚴格的定義,劉徽的這一細心舉動為中國古代的數學研究體係建立了更為完備的理論。

劉徽不但不迷信書本和前人的思想,敢於提出自己的見解推翻他們的錯誤理論,他還對自身有著嚴格的要求,勇於承認自己的“無知”。比如,在《九章算術》裏關於球體體積計算的公式給的並不精確,後來也有人進行了改進的努力,誰知誤差卻更大。劉徽提出了前人的錯誤之處,自己試圖提出了一種計算方法,但是同樣沒有成功。於是劉徽就把自己的想法和沒解決的問題都寫進了他的《九章算術注》裏,希望後人你能幫他解決這個難題。果然幾百年後,他的難題被後來的大數學家祖衝之解決了。

劉徽在《九章算術注》裏正確地闡述了正負數的定義,還創造了十進位小數記法。但是,劉徽最著名的數學成就,是他用“割圓術”求圓周率的方法。劉徽先在圓內做一個內接正六邊形。圓內接正六邊形,有一個特點,就是每一條邊長都和圓的半徑相等。這樣一來,圓內接正六邊形的六條邊加起來就等於三倍的直徑長。也就是說,圓內接正六邊形的周長和圓的直徑的比例是3。如果再把圓周分割成12等份,做出圓內接12邊形,那麼它的麵積和周長就比圓內接正六邊形更接近於圓的麵積和周長了。如果再進行細分,做出圓內接正24邊形,正48邊形……依此類推就會求出更精確的圓周率近似值。最後,劉徽一直割到圓內接正3072邊形,得出圓周率的近似值是3.1416,劉徽得出的這一近似值是當時世界上最接近圓周率近似值的結果。

劉徽在數學方麵的研究成果,不僅影響了中國古代數學發展史,而且在世界數學史上也有極高是地位。因此,劉徽還被稱作是“中國數學史上的牛頓”。

9.情係祖國的數學家陳景潤

陳景潤,福建福州人,中國著名數學家。1966年陳景潤發表的《表達偶數為一個素數及一個不超過兩個素數的乘積之和》成為哥德巴赫猜想研究上的裏程碑。陳景潤所發表的成果也被稱之為陳氏定理。我國曾發行過紀念陳景潤的郵票,紫金山天文台將一顆行星命名為“陳景潤星”,我國也曾專門拍攝過有關陳景潤的電視劇。大家都是想以此紀念這個偉大的數學家。

陳景潤1933年生於福建省福州市。這個從小就內向的孩子的童年卻不孤單,因為他喜歡數學,所以那些在別的孩子眼裏枯燥無味的數學方程式就成了他童年裏最好的玩伴。

畢業於廈門大學的他曾在北京四中任教時,因口齒不清而被拒絕上講台授課,隻可批改作業。後來又被調回廈門大學任資料員,同時研究數論,對組合數學與現代經濟管理、科學實驗、尖端技術、人類生活的密切關係等問題也作了研究。再後來由於他對數論中一係列問題的出色研究,受到華羅庚的重視,被調到中國科學院數學研究所工作。

1953年陳景潤從廈門大學數學係畢業的時候,曾被留校當了一名圖書館的資料員,他不僅要整理圖書資料外,還要為數學係學生批改作業。盡管工作繁忙,但仍然不能阻擋陳景潤對數學堅持不懈地研究。在此期間陳景潤不僅大量的閱讀了我國著名數學家華羅庚的很多數學專著,他還為了能直接閱讀外國資料、掌握最新信息而攻讀了英語、俄語、德語、法語、日語、意大利語和西班牙語等多門語言。一個數學家學習那麼多的外語已經讓人感到震撼,但是對於陳景潤來說,他在不斷突破自己的同時也不斷給人們帶來驚喜。

當年陳景潤在福州英華中學讀書時,有幸聆聽了清華大學調來的一名很有學問的數學教師沈元講課。當時沈元老師給同學們講了一道世界數學難題:“大約在200年前,一位名叫哥德巴赫的德國數學家提出了‘任何一個大於2的偶數均可表示兩個素數之和’,簡稱1+1。他一生也沒證明出來,便給俄國聖彼得堡的數學家歐拉寫信,請他幫助證明這道難題。歐拉接到信後,就著手計算。他費盡了腦筋,直到離開人世,也沒有證明出來。之後,哥德巴赫帶著一生的遺憾也離開了人世,卻留下了這道數學難題。200多年來,這個哥德巴赫猜想之謎吸引了眾多的數學家,從而使它成為世界數學界一大懸案。”這堂課讓陳景潤對“哥德巴赫猜想”留下了極為深刻的印象,而且他也有心向那個極為神秘的答案發起進攻。

為了實現自己的理想,那時的陳景潤在一個不足6平米的小屋裏,不屑於嚴寒酷暑的考驗,食不知味、夜不能眠的他,隻借著一盞煤油燈,一支筆就創造了震驚世界的奇跡。他把所以的精力都投入到對數學的研究上,最終攻克了世界著名的數學難題“歌德巴赫猜想”中的“1+2”。陳景潤把這一研究結果發表在了他的論文《表達偶數為一個素數及一個不超過兩個素數的乘積之和》中,論文一經發表就馬上引起了世界數學界的一度震驚,英國數學家哈伯斯坦和德國數學家黎希特把陳景潤的論文寫進他們自己的數學書中,並稱之為“陳氏定理”。陳景潤研究的哥德巴赫猜想以及數論問題的成就,世界上至今無人超越,所以陳景潤被稱為“哥德巴赫猜想第一人”。

陳景潤以他的“歌德巴赫猜想”一舉成為了世界知名的大數學家,深受人們的敬重。但是榮譽一身的陳景潤並沒有因此而產生驕傲自滿的情緒,而且他把他所取得的成績歸功於祖國和人民。陳景潤為了維護祖國的利益,還不惜犧牲個人的名利。

國際數學家聯合會主席曾現在1977年給陳景潤寫過一封信,邀請他出席國際數學家大會。參加這次大會的3000多人都是由世界著名的數學家組成的。而大會共指定了10位數學家作學術報告,陳景潤就是其中之一。這對一位數學家而言,是極大的榮譽,而且可以極大的提高個人的國際知名度。

但是陳景潤並沒有自作主張一口答應聯合會主席的邀請,而是立即向研究所黨支部作了彙報,請求黨的指示。黨支部把這一情況又上報到科學院。科學院的黨組織對這個問題比較慎重,因為由於台灣的原因,中國在國際聯合會上並沒有明確的席位。

科學院的黨組織認為應該尊重陳景潤的個人意見,因此讓他自己做主。經過慎重考慮,陳景潤最後決定放棄這次難得的機會。他在答複國際數學家聯合會主席的信中這樣寫道:“第一,我們國家曆來是重視跟世界各國發展學術交流與友好關係的,我個人非常感謝國際數學家聯合會主席的邀請。第二,世界上隻有一個中國,惟一能代表中國廣大人民利益的是中華人民共和國,台灣是中華人民共和國不可分割的一部分。因為目前台灣占據著國際數學家聯合會我國的席位,所以我不能出席。第三,如果中國隻有一個代表的話,我是可以考慮參加這次會議的。”就這樣,為了維護祖國母親的尊嚴,陳景潤犧牲了個人的利益,放棄了擴張自己國際知名度的機會。

1979年,美國普林斯頓高級研究所邀請陳景潤去美國作短期的研究訪問工作。為了充分利用普林斯頓研究所的優良環境,陳景潤就擠出一切可以節省的時間,拚命工作,連中午飯也不回住處去吃。有時候外出參加會議,旅館裏比較嘈雜,他便躲進衛生間裏,繼續進行研究工作。經過如此的艱辛奮鬥,他終於完成了論文《算術級數中的最小素數》,成功地把最小素數從原來的80推進到16,這是當時世界上最先進的研究成果。

當時陳景潤每個月從可研究所獲得2000美金的報酬,但是節儉的他都是吃自己帶去的幹糧和水果,在其他的方麵也都相當的節儉,以至於在美國生活五個月,除去房租、水電花去1800美元外,夥食費等僅花了700美元。也就是說五個月陳景潤獲得的10000美元,他到走的時候還剩下7500美元。這筆錢在當時不是個小數目,他完全可以像其他人一樣,從國外買回些高檔家電。但他把這筆錢全部上交給了國家。別人問他原因時,他這樣答到“我們的國家還不富裕,我不能隻想著自己享樂。”陳景潤的愛國之心,可見一斑。

由於陳景潤在數學研究上的不凡表現,他還兩次受到過國際數學家大會最高規格的邀請。除了數學上的突出成績,陳景潤還在組合數學與現代經濟管理、尖端技術和人類密切關係等方麵進行了深入的研究和探討。1996年,陳景潤在患帕金森氏綜合征10多年之後,由於突發性疾病而逝世,終年63歲。

10.統計大師許寶騄

許寶騄,字閑若,原籍浙江杭州,我國著名數學家。許寶騄開創了中國概率論和數理統計的教學與研究工作。在參數估計理論、多元分析、極限理論等方麵也取得卓越成就,而且參加開拓了多元統計分析學科。

許寶騄在1910年出生於北京,他的祖父曾任蘇州知府,父親曾任兩浙鹽運使,算得上是名門世家。兄弟姊妹七人中他是最小的那個。其兄許寶駒、許寶騤均是民主人士,此三人被稱為“杭州許氏三傑”,而他的姊夫俞平伯也是著名的文學家。

許寶騄幼年隨父赴任,從小就攻讀《四書》、《五經》、曆史及古典文學,10歲後就學作文言文,因此他的文學修養很深,用語、寫作都很精練、準確。1928年考入燕京大學理學院。由於中學期間受親人的影響,使他對數學頗感興趣,入大學後了解到清華大學數學係最好,決心轉學念數學。所以1929年許寶騄考入清華大學數學係,當時的老師有熊慶來、孫光遠、楊武之等數學界的元老級人物,而一起學習的同學更是有以後數學界的佼佼者華羅庚、柯召等人。1934年在任北京大學數學係助教的許寶騄,曾先後兩年擔任正在訪問北京大學的美國哈佛大學教授奧斯古德的助教,奧斯古德在他後來出版的書中,提到了許寶騄的幫助。奧斯古德是分析方麵的專家,在這兩年內許寶騄做了大量的分析方麵的習題,也開始了一些研究。1936年許寶騄再次考取了赴英留學,在統計係學習數理統計,攻讀博士學位。1938年許寶騄因成績優異,研究工作突出,第一個被倫敦大學破格用統計實習的口試來代替。同年他獲得了哲學博士學位。而且許寶騄被推薦提升為倫敦大學講師。1940年發表的3篇文章中有兩篇成為了數理統計學科的重要文獻,為多元統計分析和內曼-皮爾遜理論奠基了工作基礎,因此他又獲得了科學博士的學位。

抗日戰爭爆發後,具有愛國精神的許寶騄決定為國效勞,於是他在1940年從英國到了昆明的西南聯合大學任教。以後也同樣成為數學家的鍾開萊、王壽仁、徐利治等均是他的學生。1948年他當選為中央研究院院士,不久卻發現已患肺結核。但他依然長期帶病工作,教學科研一直未斷,在矩陣論,概率論和數理統計方麵發表了10餘篇論文。1963年許寶騄被發現肺部有空洞,而且他的結核菌已有抗藥性,組織屢次安排他休養,但他依然帶領青年人搞科研,就算後來的“文化大革命”也沒能阻止他對統計學的研究。

十幾年後,德國施普林格出版社刊印了由鍾開萊主編的《許寶騄全集》,全集共收錄了已發表的、未被發表的論文40篇。書評中有這樣一句話:許寶騄被公認為在數理統計和概率論方麵第一個具有國際聲望的中國數學家。1980年與1990年秋,北京大學兩次為許寶騄舉辦紀念會,並出版了《許寶騄文集》。

安德森曾為紀念許寶騄而寫過一篇文章,文中一開始就這樣寫道:“從1938年到1945年,許所發表的論文處於多元分析數學理論發展的前沿。1945年後,他在哥倫比亞大學和北卡羅萊納大學講授多元分析,在那裏他培養學生從事這一領域的研究。如同一個有高度素養的數學家那樣,許推進了矩陣論在統計理論中的作用,同時也證明了有關矩陣的一些新的定理。”

安德森的這一段話明確的評價了許寶騄的工作,並闡明了他研究工作的特色。多元統計分析中,維希特所導出正態總體樣本協差陣的分布,被認為是多元分析曆史的開始,但是沒有一個嚴格而清晰的證明。但是許寶騄解決了這一困難,他通過把矩陣演算融合於分析的積分計算之中,給出了一個漂亮的證明。

有倔強精神的許寶騄在學術研究上一直都堅持知難而進,每次都會積極參與重大問題的探討,並且力求徹底解決問題的所在。他不僅自己在多元分析方麵有很多開創性的工作,還培養出了像安德森、奧肯等這樣國際多元分析學術帶頭人,所以許寶騄無可非議的被公認為是多元統計分析的奠基人之一。在斯坦福大學統計係的走廊上,許寶騄和很多世界著名的統計學家們一起被懸掛在牆上,被一代代的學子們瞻仰。

許寶騄為祖國的科學事業而長期帶病搞科研和教學,直到1970年12月他去世時床邊依然放著他用來進行科研的鋼筆和未完成的手稿。