“數(shù)學(xué)王子”高斯成長(zhǎng)經(jīng)歷

 高斯(Gauss 1777~1855)出生于德國(guó)布倫茲維克一個(gè)普通勞動(dòng)者的家庭。

高斯的研究領(lǐng)域遍及純粹數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,并且開辟了許多新的數(shù)學(xué)領(lǐng)域,從最抽象的代數(shù)數(shù)論到內(nèi)蘊(yùn)幾何學(xué),都留下了他的足跡。他是有史以來最杰出的三位數(shù)學(xué)家之一,對(duì)數(shù)學(xué)的發(fā)展做出了最重要的貢獻(xiàn)的數(shù)學(xué)家,還被稱為“數(shù)學(xué)王子”。

下面我們來看一下高斯的成長(zhǎng)經(jīng)歷,看看他的人生發(fā)展軌跡與普通人有哪些不同。 高斯的祖父是農(nóng)民,父親格爾恰爾德·迪德里赫是一個(gè)泥水匠,先后當(dāng)過護(hù)堤工、泥瓦匠和園丁。

  

他的父親可以說是一個(gè)“大老粗”,他認(rèn)為只有力氣才能掙錢,學(xué)問這種東西對(duì)窮人沒有用。母親羅捷雅是一個(gè)石匠的女兒。迪德里赫在娶了羅捷雅的第二年,他們唯一的孩子高斯出生了。從小高斯是在這樣一個(gè)很貧苦的生活環(huán)境下成長(zhǎng)起來的。父親對(duì)高斯總是很嚴(yán)厲,有時(shí)甚至有些過分。他常常根據(jù)自己的人生經(jīng)驗(yàn)來為年幼的高斯規(guī)劃人生。

高斯從小就對(duì)一切現(xiàn)象和事物都感到十分好奇,而且什么事情總想弄個(gè)水落石出,有時(shí)就會(huì)做一些事,超出家長(zhǎng)容許的范圍。當(dāng)父親為此訓(xùn)斥孩子時(shí),母親羅捷雅總是支持高斯,堅(jiān)決反對(duì)頑固的丈夫想把兒子變得跟他一樣無知。 高斯尊重他的父親,并且秉承了其父誠(chéng)實(shí)、謹(jǐn)慎的性格。 

在高斯成長(zhǎng)過程中,他的母親羅捷雅和舅舅弗利德里希對(duì)他有更大的影響。數(shù)學(xué)史上很少有人象高斯一樣很幸運(yùn)地有一位鼎力支持他成才的母親。羅捷雅真誠(chéng)地希望兒子能干出一番偉大的事業(yè),她對(duì)高斯的才華極為珍視。然而,她也不敢輕易地讓兒子投入當(dāng)時(shí)尚不能養(yǎng)家糊口的數(shù)學(xué)研究中。在高斯19歲那年,盡管他已做出了一些偉大的數(shù)學(xué)成就,但她仍向數(shù)學(xué)界的朋友波爾約問道:高斯將來會(huì)有出息嗎?波爾約說她的兒子將是“歐洲最偉大的數(shù)學(xué)家”,為此她激動(dòng)得熱淚盈眶。

高斯的舅舅弗利德里希是一個(gè)非常有智慧的人,他聰明能干且為人熱情。他發(fā)現(xiàn)姐姐的兒子高斯聰明伶利,因此他就把一部分精力花在這位小天才的教育上。他用生動(dòng)活潑的方式開發(fā)高斯的智力。若干年后,已成年并成就顯赫的高斯回想起舅舅為他所做的一切,深感對(duì)他成才之重要,他想到舅舅多產(chǎn)的思想,不無傷感地說,舅舅去世使“我們失去了一位天才”。正是由于弗利德里;垩圩R(shí)才,經(jīng)常勸導(dǎo)姐夫讓孩子繼續(xù)求學(xué)深造,才使得高斯走上科學(xué)研究的道路,成為一位罕見的“數(shù)學(xué)王子”。 

高斯幼年就展現(xiàn)了突出的數(shù)學(xué)才華

高斯很早就展現(xiàn)出了他過人的才華,三歲時(shí)就能指出父親帳冊(cè)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(duì)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。高斯和比他大十歲的助教巴特爾斯變得很熟,而巴特爾斯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)。1787年高斯10歲,他進(jìn)入了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的班次,這是一個(gè)首次創(chuàng)辦的班,孩子們?cè)谶@之前都沒有聽說過算術(shù)這么一門課程。數(shù)學(xué)教師是布特納,他對(duì)高斯的成長(zhǎng)也起著一部分作用。 

高斯最出名的故事就是他十歲時(shí),小學(xué)老師出了一道算術(shù)難題:“計(jì)算1+2+3…+100=?” 。這對(duì)初學(xué)算術(shù)的學(xué)生來說是很難的,但是高斯卻在幾秒后將答案算了出來。他的方法是把數(shù)目一對(duì)對(duì)的湊在一起:1+100,2+99,3+98,……49+52,50+51,因?yàn)橛?0組這樣的組合,所以很快就能算出:101×50=5050。不過,這很可能是一個(gè)不真實(shí)的傳說。據(jù)對(duì)高斯素有研究的著名數(shù)學(xué)史家E.T.貝爾考證,布特納當(dāng)時(shí)給孩子們出的是一道更難的加法題:81297+81495+81693+…+100899。 當(dāng)然,這也是一個(gè)等差數(shù)列的求和問題。當(dāng)布特納剛一寫完時(shí),高斯也算完并把寫有答案的小石板交了上去。

E.T.貝爾寫道,高斯晚年經(jīng)常喜歡向人們談?wù)撨@件事,說當(dāng)時(shí)只有他寫的答案是正確的,而其他的孩子們都錯(cuò)了。高斯沒有明確地講過,他是用什么方法那么快就解決了這個(gè)問題。數(shù)學(xué)史家們傾向于認(rèn)為,高斯當(dāng)時(shí)已掌握了等差數(shù)列求和的方法。一位年僅10歲的孩子,能獨(dú)立發(fā)現(xiàn)這一數(shù)學(xué)方法實(shí)屬很不平常。貝爾根據(jù)高斯本人晚年的說法而敘述的史實(shí),應(yīng)該是比較可信的。而且,這更能反映高斯從小就注意把握更本質(zhì)的數(shù)學(xué)方法這一特點(diǎn)。

高斯的計(jì)算能力,更主要地是他的獨(dú)到的數(shù)學(xué)方法、非同一般的創(chuàng)造力,使布特納對(duì)他刮目相看。他特意從漢堡買了最好的算術(shù)書送給高斯,說:“你已經(jīng)超過了我,我沒有什么東西可以教你了!苯又,高斯與布特納的助手巴特爾斯建立了真誠(chéng)的友誼,直到巴特爾斯逝世。他們一起學(xué)習(xí),互相幫助,高斯由此開始了真正的數(shù)學(xué)研究。

1788年高斯不顧父親的反對(duì)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。他在新的學(xué)校里,所有的功課都極好,特別是古典文學(xué)、數(shù)學(xué)尤為突出。

高斯老師和助教巴特爾斯去拜訪高斯的父親,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,而且他也沒有錢讓高斯繼續(xù)讀書,最后的結(jié)論是——去找有錢的人當(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,每天和巴特爾斯討論數(shù)學(xué),但不久之后,巴特爾斯也沒有什么東西可以教高斯了。 

經(jīng)過巴特爾斯等人的引薦,布倫茲維克公爵召見了14歲的高斯。這位樸實(shí)、聰明但家境貧寒的孩子贏得了公爵的同情,公爵慷慨地提出愿意作高斯的資助人,讓他繼續(xù)學(xué)習(xí)。布倫茲維克公爵在高斯的成才過程中起了舉足輕重的作用。不僅如此,這種作用實(shí)際上反映了歐洲近代科學(xué)發(fā)展的一種模式,表明在科學(xué)研究社會(huì)化以前,私人的資助是科學(xué)發(fā)展的重要推動(dòng)因素之一。高斯正處于私人資助科學(xué)研究與科學(xué)研究社會(huì)化的轉(zhuǎn)變時(shí)期。

1791年高斯終於找到了資助人——布倫斯維克公爵費(fèi)迪南,答應(yīng)盡一切可能幫助他,高斯的父親再也沒有反對(duì)的理由。1792年,15歲的高斯進(jìn)入布倫茲維克的卡羅琳學(xué)院繼續(xù)學(xué)習(xí)。

1795年,公爵又為他支付各種費(fèi)用,送他入德國(guó)著名的哥丁根大學(xué),這樣就使得高斯得以按照自己的理想,勤奮地學(xué)習(xí)和開始進(jìn)行創(chuàng)造性的研究。由于他在語言和數(shù)學(xué)上都極有天分,所以高斯為了將來是要專攻古典文學(xué)或還是數(shù)學(xué),他還著實(shí)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)家們已經(jīng)知道如何用尺規(guī)作出正多邊形=2m×3n×5p ,其中m 是正整數(shù),而n 和p 只能是0或1。但是對(duì)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。

     

高斯在進(jìn)大學(xué)的第二年,他發(fā)現(xiàn)正十七邊形的尺規(guī)作圖法。并給出可用尺規(guī)作出的正多邊形的條件,解決了歐幾里得以來懸而未決的問題。

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,但後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!

在大學(xué)里,高斯開始對(duì)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”、素?cái)?shù)分布定理及算術(shù)幾何平均。

  

1799年高斯提交了他的博士論文,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”。1827年他發(fā)表了《曲面的一般研究》,涵蓋一部分現(xiàn)在大學(xué)念的“微分幾何”。 高斯完成了博士論文,回到家鄉(xiāng)布倫茲維克。雖然高斯的博士論文順利通過了,已被授予博士學(xué)位,同時(shí)獲得了講師職位,但是這不是他想所關(guān)心的事和期待的結(jié)果,因此他只能回老家。

正當(dāng)高斯為自己的前途、生計(jì)擔(dān)憂而病倒時(shí),又是公爵伸手援助了他。公爵為高斯付了長(zhǎng)篇博士論文的印刷費(fèi)用,還送給他一幢公寓,又贊助高斯把他最重要的研究成果《算術(shù)研究》出版印刷了,使該書得以在1801年問世;此外他還負(fù)擔(dān)了高斯的所有生活費(fèi)用。所有這一切,令高斯十分感動(dòng)。他在博士論文和《算術(shù)研究》中,寫下了情真意切的獻(xiàn)詞:“獻(xiàn)給大公”,“你的仁慈,將我從所有煩惱中解放出來,使我能從事這種獨(dú)特的研究”。

1806年,公爵在抵抗拿破侖統(tǒng)帥的法軍時(shí)不幸陣亡,這給高斯以沉重打擊。他悲痛欲絕,長(zhǎng)時(shí)間對(duì)法國(guó)人有一種深深的敵意。公爵的去世給高斯帶來了經(jīng)濟(jì)上的拮據(jù),德國(guó)處于法軍奴役下的不幸,還有他的第一個(gè)妻子的逝世,這一切使得高斯有些心灰意冷,但他是位剛強(qiáng)的漢子,從不向他人透露自己的窘?jīng)r,也不讓朋友安慰自己。人們只是在19世紀(jì)整理他的未公布于眾的數(shù)學(xué)手稿時(shí)才得知他那時(shí)的心態(tài)。在一篇討論橢圓函數(shù)的手搞中,突然插入了一段細(xì)微的鉛筆字:“對(duì)我來說,死去也比這樣的生活更好受些。” 

慷慨、仁慈的資助人去世了,因此高斯必須找一份合適的工作,以維持一家人的生計(jì)。由于高斯在天文學(xué)、數(shù)學(xué)方面的杰出工作,他的名聲從1802年起就已開始傳遍歐洲。彼得堡科學(xué)院不斷有信息給他,自從1783年歐拉去世后,歐拉在彼得堡科學(xué)院的位置一直在等待著象高斯這樣的天才。公爵在世時(shí)堅(jiān)決勸阻高斯去俄國(guó),他甚至愿意給高斯增加薪金,為他建立天文臺(tái),F(xiàn)在,高斯又在

為了不使德國(guó)失去最偉大的天才,德國(guó)著名學(xué)者洪堡聯(lián)合其他學(xué)者和政界人物,為高斯?fàn)幦〉搅讼碛刑貦?quán)的哥廷根大學(xué)數(shù)學(xué)和天文學(xué)教授,以及哥廷根天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)的職位。1807年,高斯赴哥廷根就職,全家遷居到那里,開始了他另一段在天文臺(tái)工作的科學(xué)生涯。