業餘數學家之王費馬
17世紀的一位法國數學家,提出了一個數學難題,使得後來的數學家一籌莫展,這個人就是費馬(1601~1665年)。
這道題是這樣的:當n>2時,xn+yz=zn沒有正整數解。在數學上這稱為“費馬大定理”。為了獲得它的一個肯定的或者否定的證明,曆史上幾次懸賞征求答案,一代又一代最優秀的數學家都曾研究過,但是300多年過去了,至今既未獲得最終證明,也未被推翻。即使用現代的電子計算機也隻能證明:當n≤4100萬時,費馬大定理是正確的。由於當時費馬聲稱他已解決了這個問題,但是沒有公布結果,於是留下了數學難題中少有的千古之謎。
費馬生於法國南部,在大學裏學的是法律,以後以律師為職業,並被推舉為議員。費馬的業餘時間全用來讀書,哲學、文學、曆史、法律樣樣都讀。30歲時迷戀上數學,直到他64歲病逝,一生中有許多偉大的發現。不過,他極少公開發表論文、著作,主要是通過與友人通信透露他的思想。在他死後,由兒子通過整理他的筆記和批注挖掘他的思想。好在費馬有個“不動筆墨不讀書”的習慣,凡是他讀過的書,都有他的圈圈點點,勾勾畫畫,頁邊還有他的評論。他利用公務之餘鑽研數學,並且成果累累。後世數學家從他的諸多猜想和大膽創造中受益匪淺,讚譽他為“業餘數學家之王”。
費馬對數學的貢獻包括:與笛卡爾共同創立了解析幾何;創造了作曲線切線的方法,被微積分發明人之一牛頓奉為微積分的思想先驅;通過提出有價值的猜想,指明了關於整數的理論——數論的發展方向。他還研究了擲骰子賭博的輸贏規律,從而成為古典概率論的奠基人之一。
全能數學家彭加勒
一位數學史權威評價彭加勒(1854~1912年)時說,他是“對於數學和它的應用具有全麵知識人的最後一個人。”20世紀以來,數學進入了多學科、高難度的現代階段,要想達到每個領域的最高成就已經不可能,但彭加勒確實是他那個時代的數學全才。
一般把數學劃分為算術、代數、幾何和分析四個領域,彭加勒對各個領域的研究成果,都是第一流的。他成功地解決了像太陽、地球、月亮間相互運動這一類的三體問題;他是現代物理的兩大支住——相對論和量子力學的思想先驅;他研究科學哲學提出的“約定論”著重分析了人類理性認識的基本法則,日益受到當代哲學家的重視。在他從事科學研究的34年裏,發表論文500篇,著作30多部,獲得過法國、英國、俄國、瑞典、匈牙利等國家的獎賞,被聘為30多個國家的科學院院士。
1912年6月26日,彭加勒病逝前20天作了最後一次講演,他說:“人生就是持續鬥爭。”彭加勒的一生就是鬥爭的一生。他因為小時候得過病,語言不夠流暢,寫字畫圖都有困難;還留下了喉頭麻痹身體虛弱的後遺症。不少人把他當做笨人。他成為數學家後,一位心理學家通過測驗仍然認定他是“笨人”。彭加勒取得成就的關鍵是注意力高度集中。他一生最大的嗜好就是讀書,讀書速度快,記憶準確持久。因為視力不好,書寫困難,他上課不記筆記,全神貫注於聽講、思索、理解,長期地磨煉,使他具備了運用大腦完成複雜運算,構思長篇論文的能力。1871年,17歲的彭加勒報考高等工業學校,輕鬆地解決了主考官特意為他設計的難題,盡管他的幾何作圖得了零分,學校也破格錄取。1879年,25歲的彭加勒獲數學博士學位,32歲任數學和物理學教授,以後在科學園地裏辛勤耕耘26年。
非歐幾何創始人之一
羅巴切夫斯基(1792-1856年),俄國數學家,非歐幾何的創始人之一。生於諾夫哥羅得即現在高爾基城。10歲進入中學,15歲進喀山大學,19歲獲碩士學位,24歲任喀山大學數學教授。1826年2月6日羅巴切夫斯基在喀山大學提出了用法文寫的論文《幾何學原理簡述及平行線定理的嚴格證明》。人們把這一天公認為是新幾何的誕生日。1827年7月30日被選為喀山大學校長,一直連任到1846年。1829年《喀山通報》第一次登載了他的幾何論述“關於幾何學原理”。他的主要功績是改變了歐幾裏得幾何中的平行公理(即第五公設),提出了一種新的幾何學,稱為“雙曲幾何學”或羅巴切夫斯基幾何學。但是它和傳統的歐氏幾何發生了矛盾,所以最初發表時不能被人理解,甚至被認為是荒謬的,因而在他生前這種幾何思想未被人們重視。1856年2月24日羅巴切夫斯基逝世,1893年在他誕生100周年之際,為了紀念他在數學史上的傑出貢獻,喀山大學樹起了他的紀念像。1896年9月1日又在喀山大學對麵樹起了羅巴切夫斯基的紀念碑,將他的名字載入世界數學的光輝史冊。
沈括和他的隙積術
沈括(公元1031~1095年)是我國古代卓越的科學家,他出生於錢塘(杭州)。有一天,他和朋友在一家酒店喝酒時,看到院子裏整整齊齊放著一堆酒壇。
“你猜,這堆酒壇有多少個?”朋友好奇地問,“一共有122個。”沈括沉思了一會兒回答。
後來,他的朋友把這堆酒壇搬開來,一個一個點了一下,果然一個不多,一個不少,恰好是122個,猜得真準呀!
原來他是計算出來的,因為酒壇疊得很有規律:每一層都排成長方形,而且下一層比上一層長、寬各增加一個,這堆酒壇有4層,他數得最上麵一層長為5個,寬為3個,以下每層依次為6×4個,7×5個,8×6個,合計
5×3+6×4+7×5+8×6=122(個)。
一般地,假定共有n層,最上麵一層為ab個,則以下每層依次為(a+1)(b+1)個,(a+2)(b+2)個,……[a+(n-1)][b+(n-1)]個。所以這堆酒壇的總數為
S=ab+(a+1)(b+1)+(a+2)(b+2)+…+[a+(n-1)][b+(n-1)]。
下麵我們來進行推導:
ab=ab,
(a+1)(b+1)=ab+1×(a+b)+12,
(a+2)(b+2)=ab+2×(a+b)+22,
……
[a+(n-1)][b+(n-1)]=ab+(n-1)(a+b)+(n-1)2,
∴S=nab+A(a+b)+B。
其中,A=1+2+…+(n-1)=n(n-1)2,
B=12+22+…+(n-1)2=n(n-1)(2n-1)6。
∴S=nab+n(n-1)2(a+b)+n(n-1)(2n-1)6
=n6[6ab+3(n-1)(a+b)+(n-1)(2n-1)]。
沈括認為通常求體積的各種公式,作為計算對象的形體都是實心的,但他的問題卻是形體中間有空隙,因此就把這個方法稱為隙積術了,不過,當時沈括把最上麵一層的長和寬的個數分別記作a和b,最底下一層的長和寬的個數分別記作c和d,共n層,因此他得到的公式是
S=n6[(2b+d)a+(b+2d)c]+n6+(c-a)
我國古代一次方程組的研究
大家知道,我國古代在數學方麵有許多傑出的成就,僅以代數中的一次方程組來說,早在兩千多年以前,我國最古老的數學經典著作《九章算術》中,就對它有過記載。在公元263年,三國時魏國劉徽編輯的《九章算術》中的第八章就是方程章,共有18個問題,全都是一次方程組的問題,其中二元的問題有8個,三元的問題有6個,四元的問題有2個,五元的問題有1個,屬於不定方程(六個未知數五個方程)的1個。《九章算術》中所用的作法稱為“方程術”。例如“方程章”中第7個問題:“今有牛五羊二值金十兩,牛二羊三值八兩,問牛羊各值幾何。”
設牛羊各值金x、y兩,這個問題相當於求下麵方程組的解:
5x+2y=10,2x+5y=8,解得x=3421,y=2021。
在數學史中,大多數人認為是法國數學家別朱(1730~1783)在公元18世紀最早提出一次方程組的解法,而我國最在2000多年前的《九章算術》中就已經掌握了係統的一次方程組的解法,比歐洲至少要早1500年。由此可以看出,我國古代關於一次方程組的解法研究遙遙領先,它是我國古代數學最傑出的創造之一。