理论教育 传世数学家高斯的成就与传奇

传世数学家高斯的成就与传奇

时间:2023-07-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:夏日的午后,丹丹和妈妈窝在沙发上,妈妈为她讲数学家高斯的故事:高斯八岁时进入乡村小学读书。高斯一生成就极为丰硕,以他名字“高斯”命名的成果达110个,属数学家中之最。高斯出生在一个贫穷的家庭。事实上在高斯之前有许多数学家认为已给出了这个结果的证明,可是没有一个证明是严密的。数学知识小链接高斯是最早怀疑欧几里得几何学是自然界和思想中所固有的那些人之一。

传世数学家高斯的成就与传奇

夏日的午后,丹丹和妈妈窝在沙发上,妈妈为她讲数学高斯的故事:

高斯八岁时进入乡村小学读书。教数学的老师是一个从城里来的人,觉得在一个穷乡僻壤教几个小猢狲读书,真是大材小用。而他又有些偏见:穷人的孩子天生都是笨蛋,教这些蠢笨的孩子念书不必认真,如果有机会还应该处罚他们,使自己在这枯燥的生活里添一些乐趣。

这一天正是数学教师情绪低落的一天。同学们看到老师那抑郁的脸孔,心里畏缩起来,知道老师又会在今天捉这些学生处罚了。“你们今天替我算从1加2加3一直到100的和。谁算不出来就罚他不能回家吃午饭。”老师讲了这句话后就一言不发地拿起一本小说坐在椅子上看去了。

教室里的小朋友们拿起石板开始计算:“1加2等于3,3加3等于6,6加4等于10……”一些小朋友加到一个数后就擦掉石板上的结果,再加下去,数越来越大,很不好算。有些孩子的小脸孔涨红了,有些手心、额上渗出了汗来。

还不到半个小时,小高斯拿起了他的石板走上前去。“老师,答案是不是这样?”

老师头也不抬,挥着那肥厚的手,说:“去,回去再算!错了。”他想不可能这么快就会有答案了。可是高斯却站着不动,把石板伸向老师面前:“老师!我想这个答案是对的。”

数学老师本来想怒吼起来,可是一看石板上整整齐齐写了这样的数:5050,他惊奇起来,因为他自己曾经算过,得到的数也是5050,这个8岁的小鬼怎么这样快就得到了这个数值呢?

高斯解释了他发现的一个方法,这个方法就是古时希腊人和中国人用来计算级数1+2+3+…+n的方法。高斯的发现使老师觉得羞愧,觉得自己以前目空一切和轻视穷人家的孩子的观点是不对的。他以后也认真教起书来,并且还常从城里买些数学书自己进修并借给高斯看。在他的鼓励下,高斯开始在数学上作一些重要的研究。

约翰·卡尔·弗里德里希·高斯(Johann Carl Friedrich Gauss,1777年4月30日—1855年2月23日),德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地测量学家,是近代数奠基者之一,被认为是历史上最重要的数学家之一,并享有“数学王子”之称。高斯和阿基米德牛顿并列为世界三大数学家。高斯一生成就极为丰硕,以他名字“高斯”命名的成果达110个,属数学家中之最。他对数论、代数、统计、分析、微分几何、大地测量学、地球物理学力学、静电学、天文学、矩阵理论和光学皆有贡献。(www.daowen.com)

高斯出生在一个贫穷的家庭。高斯在还不会讲话就自己学计算,在三岁时有一天晚上他看着父亲在算工钱时,还纠正父亲计算的错误。

高斯的数学研究几乎遍及所有领域,在数论、代数学、非欧几何、复变函数和微分几何等方面都做出了开创性的贡献。他还把数学应用于天文学、大地测量学和磁学的研究,发明了最小二乘法原理。高斯一生共发表155篇论文,他对待学问十分严谨,只把他自己认为是十分成熟的作品发表出来。

高斯首先迷恋上的也是自然数。高斯在1808年谈到:“任何一个花过一点功夫研习数论的人,必然会感受到一种特别的激情与狂热。”

高斯对代数学的重要贡献是证明了代数基本定理,他的存在性证明开创了数学研究的新途径。事实上在高斯之前有许多数学家认为已给出了这个结果的证明,可是没有一个证明是严密的。高斯把前人证明的缺失一一指出来,然后提出自己的见解,他一生中一共给出了四个不同的证明。高斯在1816年左右就得到非欧几何的原理。他还深入研究复变函数,建立了一些基本概念,发现了著名的柯西积分定理。他还发现椭圆函数的双周期性,但这些工作在他生前都没发表出来。

欧几里德已经指出,正三边形、正四边形、正五边形、正十五边形和边数是上述边数两倍的正多边形的几何作图是能够用圆规和直尺实现的,但从那时起关于这个问题的研究没有多大进展。高斯在数论的基础上提出了判断一给定边数的正多边形是否可以几何作图的准则。例如,用圆规和直尺可以作圆内接正十七边形,这样的发现还是欧几里得以后的第一个。

这些关于数论的工作对代数的现代算术理论(即代数方程的解法)作出了贡献。高斯还将复数引进了数论,开创了负整数算术理论,负整数在高斯以前只是直观地被引进。1831年(发表于1832年)他给出了一个如何借助于x,y平面上的表示来发展精确的负数理论的详尽说明。

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高斯是最早怀疑欧几里得几何学是自然界和思想中所固有的那些人之一。欧几里得是建立系统性几何学的第一人。他模型中的一些基本思想被称作公理,它们是透过纯粹逻辑构造整个系统的出发点。在这些公理中,平行线公理一开始就显得很突出。按照这一公理,通过不在给定直线上的任何点只能作一条与该直线平行的线。

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