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数学之王

2021-05-17

启迪与智慧·上旬刊 2021年4期
关键词:欧拉数学家数学

今天我们来介绍一位非常著名的数学家。他和阿基米德、牛顿、高斯并称为数学史四大天王。他的名字叫欧拉。一生堪称传奇,拍一部电视剧80集都不用剧本虚构。

莱昂哈德·欧拉虽然出生在瑞士的一个牧师家庭,可他父亲对数学有浓厚的兴趣。特别喜欢给欧拉讲数学故事。由此把欧拉带上了数学这条路。

而且欧拉的父亲认识当时大名鼎鼎的数学家约翰伯努利。他由此成为了伯努利的弟子。伯努利家族大家应该都听说过吧,三代人出了8位科学家。这个家族自称研究数学就像酒鬼碰上了烈酒。

而约翰伯努利則是伯努利家族成就、地位最高的三人之一。 这就相当于什么呢?中科院院长手把手教学带你飞。而且约翰伯努利的两个儿子,也就是著名数学家尼古拉、丹尼尔更是因此和欧拉相熟。

他们比欧拉大了十几岁,欧拉少年之时,他们就已经是卓有成就的数学家。经常给欧拉讲一些数学趣事。三个数学界大佬手把手教学,不想成为大佬都难。

但是欧拉也不负众望。什么“天赋异禀”“天资聪颖”“高世之智”“八斗之才”,都不足以形容欧拉的盖世神功。人家9岁,就把牛顿的《自然哲学的数学原理》看完了。

欧拉也是一个特别傲娇自负的人,从小就表现得淋漓尽致。

有一天,他问数学老师:“天上一共有多少颗星星啊?”不知如何回答的老师只好说:“天上有多少颗星星不重要,只要记得那些星星是上帝镶嵌进去的就好啦。”

于是欧拉傲娇地说:“老师连这也不知道!”说完这句话他立刻就被学校开除了。

13岁考入巴塞尔大学,一开始主修哲学和法律。后来觉得太容易了,太轻松了。一口气又修了数学、神学、希伯来语以及希腊语。

课余还研究音乐、物理、建筑。这他都觉得大学过得很闲,花了两年时间就把6个专业学完了,然后毕业了。顺手考了一个硕士,可能是觉得硕士学习的内容太简单了,欧拉完全提不起兴趣。心想要不然就考个博士吧。然后硕士读了一年就成功考取了博士。

这时欧拉才心满意足,觉得还有点儿学习的价值,乖乖读了3年。19岁就成功博士毕业了,博士毕业论文就是写的物理论文。

为啥说欧拉自负傲娇气性大,因为他20岁的时候参加巴黎科学院奖金的争夺,就拿了一个第二。

欧拉心想:虽然自己在比赛的时候也没怎么认真。也不至于就第二吧。

当年拿第一的皮埃尔·布格也是厉害人物,在多个领域都有很高成就,被后世尊为“造船工程学之父”。可惜他碰上的对手是欧拉。

欧拉很生气,后果很严重。接下来12年,建筑大赛的冠军都被欧拉拿了。到了33岁,欧拉才不再参与比赛。

在欧拉19岁的时候,著名数学家伯努利邀请他去俄国(他老师约翰伯努利的儿子),欧拉说去就要当皇家科学院院长,然后伯努利就把生理学院院长让给他了。

欧拉20岁的时候才起身到俄国,因为他想申请巴塞尔大学物理系教授。结果被老师无情拒绝了。你又不是物理专业出来的,物理学得好就想当教授吗?而且才19岁!

27岁那年,他发明了一系列对人类影响深远的符号——函数符号f(x)以及三角学符号sin、cos、tg等等。

欧拉凭一己之力,成功为中国数学教材贡献了无数的知识点。

然而,这只是人家做的一点点儿微薄贡献。

从初等几何的欧拉线,多面体的欧拉定理,立体解析几何的欧拉变换公式,四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方程的欧拉方程,级数论的欧拉常数,变分学的欧拉方程,复变函数的欧拉公式都是他送给理科系大学生的礼物。

还有哥德巴赫猜想,也是哥德巴赫写信给欧拉时提出的,现在流行的版本是欧拉记载下来的。

欧拉在数学方面的勤奋还有天赋真的是前无古人,号称科研就和生活一样。可能在喝一杯水的时候,就立马想出一个公式来了。

另外,他还顺便创造了几个全新的学科:拓扑学、弹道学、分析力学,还自学成为制图学家。

当全欧洲的天文学家正在讨论该如何计算彗星的轨道,100多个专家苦苦尝试却毫无进展时。27岁的欧拉听说了这件事之后,挑战之心油然而生,为了表现自己智商高,他连续3天不吃不喝不睡,搞出了一套计算彗星轨道的方法。

然而由于连续3天没合眼,他的右眼劳累过度,几近失明。不过他表示还可以再坚持一下,30岁的独眼欧拉出版了震古烁今的巨著《力学,或解析地叙述运动的理论》,提出了质点的概念。还在速度与加速度问题上引入了矢量,一系列巨大成果,改变了人类发展的走向。

32岁的时候,很久没有跨界的他,心里痒痒的,出版了一部音乐理论著作,发明了空气动力学和流体动力学。

在59岁的时候,欧拉彻底失明了,但是欧拉觉得好像解放了新世界。虽然看不清楚,没有办法计算,但是欧拉强悍的心算能力弥补了这一点。

欧拉的记忆力和心算能力是罕见的,他能够复述年青时代笔记的内容。而且老年时期还能清楚记得维吉尔的史诗《埃涅阿斯纪》,这本书有多厚呢,人民出版社翻译的中文版共有300多页,欧拉可以清晰记得哪一句在哪一页哪一段哪一行。

有一个例子足以说明他的本领,欧拉的两个学生把一个复杂的收敛级数的17项加起来,算到第50位数字,两人相差一个单位。欧拉为了确定究竟谁对,用心算进行全部运算,最后把错误找了出来。欧拉在失明的17年中还解决了使牛顿头痛的月离问题和很多复杂的分析问题。

1771年,因为彼得堡的大火灾殃及他的住宅,带病又失明的欧拉被围困在大火中。虽然他被从火海中救了出来,但他的书籍和大量研究成果全部化为灰烬。

记忆力惊人的欧拉表示,烧掉了没什么,我再重新写出来就好了。他抓紧这最后的时刻,在一块大黑板上奋笔疾书他发现的公式,然后口述其内容,由他的学生特别是大儿子A·欧拉(数学家和物理学家)笔录。然而即使欧拉奋战了13年,依然才整理出来一小部分被烧毁的成果。

据统计,他那不倦的一生,共写下了886本书籍和论文,其中分析、代数、数论占40%,几何占18%,物理和力学占28%,天文学占11%,弹道学、航海学、建筑学等占3%,彼得堡科学院为了整理他的著作,足足忙碌了47年。

1783年,欧拉为了庆祝他计算气球上升定律的成功,请朋友们吃饭,那时天王星刚发现不久,欧拉就写出了计算天王星轨道的要领,他还和他的孙子逗笑,喝完茶后,突然疾病发作,烟斗从手中落下,口里喃喃地说:“我死了。”欧拉“停止了生命和计算”。

欧拉用自己的一生,实践了什么叫开挂的人生。

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