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數(shù)學(xué)家高斯的故事
高斯(Gauss1777~1855)生于Brunswick,位于現(xiàn)在德國中北部。他的祖父是農(nóng)民,父親是泥水匠,母親是一個(gè)石匠的女兒,有一個(gè)很聰明的弟弟,高斯這位舅舅,對小高斯很照顧,偶而會(huì)給他一些指導(dǎo),而父親可以說是一名「大老粗」,認(rèn)為只有力氣能掙錢,學(xué)問這種勞什子對窮人是沒有用的。
高斯很早就展現(xiàn)過人才華,三歲時(shí)就能指出父親帳冊上的錯(cuò)誤。七歲時(shí)進(jìn)了小學(xué),在破舊的教室里上課,老師對學(xué)生并不好,常認(rèn)為自己在窮鄉(xiāng)僻壤教書是懷才不遇。高斯十歲時(shí),老師考了那道著名的「從一加到一百」,終于發(fā)現(xiàn)了高斯的才華,他知道自己的能力不足以教高斯,就從漢堡買了一本較深的數(shù)學(xué)書給高斯讀。同時(shí),高斯和大他差不多十歲的助教Bartels變得很熟,而Bartels的能力也比老師高得多,后來成為大學(xué)教授,他教了高斯更多更深的數(shù)學(xué)。
老師和助教去拜訪高斯的父親,要他讓高斯接受更高的教育,但高斯的父親認(rèn)為兒子應(yīng)該像他一樣,作個(gè)泥水匠,而且也沒有錢讓高斯繼續(xù)讀書,最后的結(jié)論是--去找有錢有勢的人當(dāng)高斯的贊助人,雖然他們不知道要到哪里找。經(jīng)過這次的訪問,高斯免除了每天晚上織布的工作,每天和Bartels討論數(shù)學(xué),但不久之后,Bartels也沒有什么東西可以教高斯了。
1788年高斯不顧父親的反對進(jìn)了高等學(xué)校。數(shù)學(xué)老師看了高斯的作業(yè)后就要他不必再上數(shù)學(xué)課,而他的拉丁文不久也凌駕全班之上。
1791年高斯終于找到了資助人--布倫斯維克公爵費(fèi)迪南(Braunschweig),答應(yīng)盡一切可能幫助他,高斯的父親再也沒有反對的理由。隔年,高斯進(jìn)入Braunschweig學(xué)院。這年,高斯十五歲。在那里,高斯開始對高等數(shù)學(xué)作研究。并且獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理的一般形式、數(shù)論上的「二次互逆定理」(LawofQuadraticReciprocity)、質(zhì)數(shù)分布定理(primenumertheorem)、及算術(shù)幾何平均(arithmetic-geometricmean)。
1795年高斯進(jìn)入哥廷根(G?ttingen)大學(xué),因?yàn)樗谡Z言和數(shù)學(xué)上都極有天分,為了將來是要專攻古典語文或數(shù)學(xué)苦惱了一陣子。到了1796年,十七歲的高斯得到了一個(gè)數(shù)學(xué)史上極重要的結(jié)果。最為人所知,也使得他走上數(shù)學(xué)之路的,就是正十七邊形尺規(guī)作圖之理論與方法。
希臘時(shí)代的數(shù)學(xué)家已經(jīng)知道如何用尺規(guī)作出正2m×3n×5p邊形,其中m是正整數(shù),而n和p只能是0或1。但是對于正七、九、十一邊形的尺規(guī)作圖法,兩千年來都沒有人知道。而高斯證明了:
一個(gè)正n邊形可以尺規(guī)作圖若且唯若n是以下兩種形式之一:
1、n=2k,k=2,3,…
2、n=2k×(幾個(gè)不同「費(fèi)馬質(zhì)數(shù)」的乘積),k=0,1,2,…
費(fèi)馬質(zhì)數(shù)是形如Fk=22k的質(zhì)數(shù)。像F0=3,F(xiàn)1=5,F(xiàn)2=17,F(xiàn)3=257,F(xiàn)4=65537,都是質(zhì)數(shù)。高斯用代數(shù)的方法解決二千多年來的幾何難題,他也視此為生平得意之作,還交待要把正十七邊形刻在他的墓碑上,但后來他的墓碑上并沒有刻上十七邊形,而是十七角星,因?yàn)樨?fù)責(zé)刻碑的雕刻家認(rèn)為,正十七邊形和圓太像了,大家一定分辨不出來。
1799年高斯提出了他的博士論文,這論文證明了代數(shù)一個(gè)重要的定理:
任一多項(xiàng)式都有(復(fù)數(shù))根。這結(jié)果稱為「代數(shù)學(xué)基本定理」(FundamentalTheoremofAlgebra)。
事實(shí)上在高斯之前有許多數(shù)學(xué)家認(rèn)為已給出了這個(gè)結(jié)果的證明,可是沒有一個(gè)證明是嚴(yán)密的。高斯把前人證明的缺失一一指出來,然后提出自己的見解,他一生中一共給出了四個(gè)不同的證明。
在1801年,高斯二十四歲時(shí)出版了《算學(xué)研究》(DisquesitionesArithmeticae),這本書以拉丁文寫成,原來有八章,由于錢不夠,只好印七章。
這本書除了第七章介紹代數(shù)基本定理外,其余都是數(shù)論,可以說是數(shù)論第一本有系統(tǒng)的著作,高斯第一次介紹「同余」(Congruent)的概念。「二次互逆定理」也在其中。
二十四歲開始,高斯放棄在純數(shù)學(xué)的研究,作了幾年天文學(xué)的研究。
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