大學(xué)數(shù)學(xué)教育的先驅(qū)——楊武之

         張奠宙   2005-9-12
        楊武之,數(shù)學(xué)家,數(shù)學(xué)教育家。長期在清華大學(xué)和西南聯(lián)合大學(xué)數(shù)學(xué)系任系主任或代主任。是我國早期從事現(xiàn)代數(shù)論和代數(shù)學(xué)教學(xué)與研究的學(xué)者。
  楊武之,原名楊克純,武之是他的號。1896年4月14日出生于安徽合肥。

       
   楊武之的父親楊邦盛,是清末的一名秀才,早年一直在私塾教書。后來去天津,在段芝貴的幕府中司“筆札”,做類似文書之類的事。1907年,因段芝貴失勢,回家賦閑。次年,想到沈陽去謀職,不幸在旅社中染上鼠疫,竟而去世。楊武之的母親姓王,在他9歲時(1905)也早故。所以,楊邦盛夫婦對楊武之的照料不多,生活多由叔父楊邦瑞安排。

1914年,楊武之在安徽省立第二中學(xué)畢業(yè)。這是一所很好的學(xué)校,為楊武之打下了良好的文化基礎(chǔ)。是年秋,考入北京高等師范學(xué)校預(yù)科,為期一年,后入數(shù)理部本科。規(guī)定修業(yè)3年,于1918年畢業(yè)。這一學(xué)歷,在當(dāng)時的師范教育中屬于最高的層次,各地爭相聘用。最后,楊武之決心回到母校——安徽省立二中擔(dān)任教員兼舍監(jiān)(訓(xùn)育主任)。年少氣盛的楊武之,在學(xué)校里施行嚴(yán)格的紀(jì)律,對一批紈绔子弟嚴(yán)加管束。學(xué)校規(guī)定,夜晚10時,關(guān)閉校門,使一批在外尋歡作樂而遲歸的學(xué)生,不得其門而入。由此,一些不思上進(jìn)的學(xué)生,對舍監(jiān)楊武之大為不滿,以至尋釁鬧事,準(zhǔn)備動武報(bào)復(fù)。鬧事之后,因?qū)W生家長袒護(hù)鬧事學(xué)生,希圖不了了之。楊武之遂憤而辭職,轉(zhuǎn)往安慶中學(xué)教書。這一事件對他刺激頗深,覺得一介書生,難以和腐敗的政府及土豪劣紳相周旋。

楊武之因此萌生“科學(xué)救國”的意念,希望以出國留學(xué),振興中華科學(xué),發(fā)揚(yáng)中華文明來改變中國的黑暗現(xiàn)實(shí)。在安慶教書期間,積極準(zhǔn)備參加留學(xué)考試。
  楊武之由父母作主,在幼年時即和同鄉(xiāng)羅竹全之女羅孟華訂親,并于1919年完婚。羅孟華的文化不高,一直操持家務(wù)。他們夫婦之間感情甚篤,終身不渝。1922年,長子楊振寧出生。楊武之的備考也到了緊張階段。

1923年春,楊武之順利地通過安徽省的公費(fèi)出國留學(xué)考試。隨即離別妻子和未滿周歲的兒子,只身赴美國留學(xué)。他先到美國西部的斯坦福大學(xué)讀了三個學(xué)季的大學(xué)課程,取得學(xué)士學(xué)位。然后于1924年秋天轉(zhuǎn)往芝加哥大學(xué)繼續(xù)攻讀。當(dāng)時的芝加哥大學(xué)數(shù)學(xué)系已臻美國第一流水平,楊武之師從名家L.E.迪克森(Dickson),研究代數(shù)學(xué)和數(shù)論。1926年以《雙線性型的不變量》一文獲得碩士學(xué)位。兩年之后,又以《華林問題的各種推廣》,使楊武之成為中國因數(shù)論研究而成為博士的第一人。

1928年秋,楊武之學(xué)成歸國,先在廈門大學(xué)任教一年,次年即被清華大學(xué)聘為數(shù)學(xué)系教授。此后,楊武之一直在清華大學(xué)(包括抗戰(zhàn)時期的西南聯(lián)合大學(xué))任教,直到解放。1950年之后,留在上海復(fù)旦大學(xué)任數(shù)學(xué)教授。1973年5月12日,在上海逝世。

博士論文:推進(jìn)“棱錐數(shù)的華林問題”
  楊武之的主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)是數(shù)論研究,尤其以華林(Waring)問題的工作著稱。
  中國的數(shù)論研究淵遠(yuǎn)流長。孫子定理,中國剩余定理,秦九韶的不定方程理論,都是享譽(yù)世界的名篇。但到明清之際,數(shù)論研究已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐洲,到本世紀(jì)20年代,能研究現(xiàn)代的數(shù)論而發(fā)表創(chuàng)造性論文的中國人,當(dāng)以楊武之為第一人。
  所謂華林問題,是指下列猜想:每個正整數(shù)都是4個平方數(shù)之和,9個立方數(shù)之和,一般地,g(k)個k次方數(shù)之和。

1770年,J.-L.拉格朗日(Lagrange)證明了每個正整數(shù)確實(shí)是4個平方數(shù)之和,即g(2)=4。

1909年,大數(shù)學(xué)家D.希爾伯特(Hilbert)證明:g(k)必是有限數(shù)。

1928年,楊武之的導(dǎo)師狄克遜證得:g(3)=9。另外,S.W.貝爾(Baer)證明,凡大于23×1014的整數(shù)是8個立方數(shù)之和。于是狄克遜要楊武之考慮帶系數(shù)的華林問題,即每個正整數(shù)f可否表示為f=rx3十C7,其中C7=x31十x32十…十x37,r=0,1,2,…,8.楊武之很快得到下述結(jié)果:
  1.凡是大于14.1×4016的正整數(shù)都可表示為rx3十C7,其中r=5,7。
  2.凡大于(30.1)×4196的正整數(shù)都可表示為3x3十C7。
        3.凡大于23×1014的正整數(shù)都可表為8×c3十C7。
 。矗泊笥冢玻场粒保埃保吹钠嬲麛(shù)都可表示為rx3十C7,其中r=2,4,6。
 。担泊笥冢玻场粒保埃保吹钠嬲麛(shù)的兩倍,都可表為2x3十7。
  楊武之的博士論文還討論了帶系數(shù)的7次方數(shù)的表示等問題。
  楊武之最好的工作是關(guān)于棱錐數(shù)的華林問題。棱錐數(shù)p(n)=1/6(n3-n)是三角形數(shù)f(n)=n/2(n十1)的推廣。1640年,費(fèi)馬猜測每個正整數(shù)都是不超過3個三角形數(shù)之和。后來證明這是對的。至于每個正整數(shù)能表示為幾個棱錐數(shù)之和,也陸續(xù)有人研究。

1896年,W.J.馬耶(Maillet)首先得到,每個充分大的正整數(shù)是12個棱錐數(shù)之和。

1928年,楊武之在博士論文里證明:每個正整數(shù)都可寫成9個棱錐數(shù)之和。此結(jié)果在20余年內(nèi)沒有改進(jìn),直至G.N.沃森(Watson)在1952年將“9個”減為“8個”。到1991年為止,這仍是已證明了的最好結(jié)果。

電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后,許多人曾作過實(shí)際驗(yàn)算,認(rèn)為除241個例外數(shù)之外,小于106的正整數(shù)都是5個棱錐數(shù)之和。1991年,楊振寧和鄧越凡等人的計(jì)算表明,凡小于109的正整數(shù),除了17,27,…,343867等241個例外數(shù)之外,都是4個棱錐數(shù)之和。他們猜想,除這241個數(shù)之外,表示任何正整數(shù),只要4個棱錐數(shù)就夠了。
  楊武之的這篇博士論文,首先在美國數(shù)學(xué)會的會議上作了介紹(1928年4月6日)。同年美國數(shù)學(xué)會通報(bào)第34卷,第412頁上曾對此作了報(bào)道。以后全文發(fā)表于1931年的《清華理科報(bào)告》。

大學(xué)數(shù)學(xué)教育的先驅(qū)
  楊武之一生從事數(shù)學(xué)教育,特別是在清華大學(xué)和西南聯(lián)合大學(xué)執(zhí)教并主持系務(wù)時期,培養(yǎng)和造就了兩代數(shù)學(xué)人才,對中國現(xiàn)代數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)很大。

1928年,清華留美預(yù)備學(xué)校改制為清華大學(xué)。鄭之蕃、熊慶來先期來清華大學(xué)任教。1928年和1929年,孫光遠(yuǎn)與楊武之亦先后到校。這4位教授,加上唐培經(jīng)、周鴻經(jīng)兩位教員,陣容極一時之盛。1930年,陳省身跟孫光遠(yuǎn)學(xué)幾何。
次年,華羅庚又來校跟楊武之研習(xí)數(shù)論。隨后的學(xué)生又有許寶騄、柯召等人的到來。30年代的上半期,清華大學(xué)已成為國內(nèi)最強(qiáng)的數(shù)學(xué)中心。
  楊武之在清華大學(xué)講授過很多代數(shù)課程,特別是30年代初開設(shè)的群論課,影響了大批的后學(xué)者。
  抗戰(zhàn)以后,清華大學(xué)與北京大學(xué)、南開大學(xué)并為西南聯(lián)合大學(xué)。楊武之又擔(dān)任數(shù)學(xué)系的系主任,以及清華大學(xué)數(shù)學(xué)研究生部的主任。戰(zhàn)時的生活十分艱苦,但是西南聯(lián)合大學(xué)數(shù)學(xué)系的學(xué)術(shù)生活并不貧乏,科學(xué)水平節(jié)節(jié)上升,這和楊武之的組織與領(lǐng)導(dǎo)是分不開的。

楊武之與華羅庚

華羅庚自學(xué)成才,踏進(jìn)清華園的傳奇故事已是盡人皆知,但是究竟清華園內(nèi)的數(shù)學(xué)圈內(nèi)怎樣發(fā)現(xiàn)華羅庚的細(xì)節(jié),現(xiàn)在已很難查考。應(yīng)該說,唐培經(jīng)、楊武之,熊慶來等先生都為華羅庚來清華大學(xué)作出過努力,而系主任熊慶來的支持,則是關(guān)鍵的一著。
  華羅庚來到清華大學(xué)以后,選擇數(shù)論為研究方向,而且集中研究華林問題,顯然是受到楊武之的直接影響。華羅庚在1980年寫給香港《廣角鏡》周刊的一封信說:“引我走上數(shù)論道路的是楊武之教授!

華羅庚于1936年赴英國,追隨G.H.哈代(Hardy)學(xué)習(xí)解析數(shù)論,成績卓著。楊武之為自己的學(xué)生超過自己而高興非凡。1938年華羅庚回國后到西南聯(lián)合大學(xué)任教。當(dāng)時擔(dān)任系主任的楊武之,不顧學(xué)校里的各種反對意見,向校方提出破格提升華羅庚的職務(wù),即越過講師、副教授直升正教授。

起初校方以華羅庚未在英國拿博士學(xué)位而拒絕,后經(jīng)楊武之力爭,最終才得到同意。所以,華羅庚在上述給《廣角鏡》的信中也寫道:“從英國回國,未經(jīng)講師、副教授,直接提我為正教授的又是楊武之教授!

在西南聯(lián)合大學(xué)時期,楊武之和華羅庚曾同住于昆明西北郊的大塘子村。兩家過往很密。當(dāng)年,華羅庚曾有一信給楊武之,內(nèi)稱:“古人云:生我者父母,知我者鮑叔。我之鮑叔即楊師也!

楊武之所師法的迪克森學(xué)派,在本世紀(jì)初的美國影響很大。后來由于英國、蘇聯(lián)等國的解析數(shù)論的興起而漸漸式微。所以,楊武之的數(shù)論研究雖曾起過啟蒙和推動的作用,可惜由于迪克森學(xué)派的衰落而未能發(fā)揮重大影響。

中國數(shù)論學(xué)派,在華羅庚的領(lǐng)導(dǎo)下,獲得了重大的發(fā)展。飲水思源,人們將會緬懷楊武之在早期所發(fā)揮的前驅(qū)作用。