5 数学天才——高斯
知识扩展
有一个故事是这样的:小学老师出了一道算术难题:计算1+2+3…+100=?这可难倒了初学算术的学生,但是其中有个学生却在几秒后将答案解了出来,他利用算术级数(等差级数)的对称性,然后就像求得一般算术级数和的过程一样,把数目一对对地凑在一起:1+100,2+99,3+98,……49+52,50+51,而这样的组合有50组,所以答案很快就可以求出:101×50=5050。你们知道这位小学生是谁吗?他就是数学神童高斯。
高斯(1777—1855),德国数学家、天文学家、物理学家、大地测量学家,近代数学奠基者之一。他在历史上的影响很大,有“数学王子”“数学家之王”的美称,被认为是人类有史以来“最伟大的四位数学家之一”(阿基米德、牛顿、高斯、欧拉)。人们还称赞高斯是“人类的骄傲”。
高斯1777年4月30日生于不伦瑞克的一个工匠家庭。幼时家境贫困,但非常聪明,表现出超人的数学天才。1792年,15岁的高斯进入布伦瑞克学院。在那里,高斯开始研究高等数学,独立发现了二项式定理的一般形式、数论上的“二次互反律”、质数分布定理及算术几何平均。1795—1798年,他在哥廷根大学学习,1796年发现正十七边形的尺规作图法,并给出可用尺规作出的正多边形的条件,解决了欧几里得以来悬而未决的问题。1798年,转入黑尔姆施泰特大学,第二年因证明代数基本定理获博士学位。从1807年起担任哥廷根大学教授兼哥廷根天文台台长直至逝世。
高斯的成就遍及数学的各个领域,在数论、非欧几何、微分几何、超几何级数、复变函数论以及椭圆函数论等方面都有开创性贡献。他十分注重数学的应用,并且在对天文学、大地测量学和磁学的研究中也偏重于用数学方法进行研究。他发明了最小二乘法。高理的数论研究总结在《算术研究》(1801)中,这本书奠定了近代数论的基础,它不仅是数论方面的划时代之作,也是数学史上不可多得的经典著作之一。高斯对代数学的重要贡献是证明了代数基本定理,开创了数学研究的新途径。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。1828年高斯出版了《关于曲面的一般研究》,全面系统地阐述了空间曲面的微分几何学,并提出内蕴曲面理论。高斯一生共发表155篇论文,其著作还有《地磁概念》和《论与距离平方成反比的引力和斥力的普遍定律》等。
高斯
知识放大镜
高斯小故事
有人说高斯是绝顶聪明的天才,高斯却说:“我的知识和成功,全是靠勤奋学习取得的。我小时候很喜欢数学,甚至在学会说话之前,就学会计数了。”
在高斯3岁时,有一天晚上他看着父亲在算工钱,父亲算了半天,累得满头是汗。“唉,终于算出来了!”父亲站起身子伸了伸懒腰说。
“爸爸,您算得不对!”站在一边的小高斯低声地说,“总数应该是……”
“你怎么知道的?”父亲不以为然地问了一句。
“我是心里算出来的呀!”高斯天真地说,“不信您再算一遍。”
父亲又仔细核算了一遍,发现果真算错了,而儿子说的总数是对的。他又惊又喜,兴奋地说:“聪明的孩子,过几天爸爸就送你上学。”
黑格尔
高斯不仅是数学家,还是那个时代最伟大的物理学家和天文学家之一。1801年的元旦,一位意大利天文学家在西西里岛观察到在白羊座(Aries)附近有光度八等的星移动,在天空出现了41天,扫过八度角之后,就在太阳的光芒下没了踪影。当时天文学家无法确定这颗新星是彗星还是行星,这个问题很快成了学术界关注的焦点,甚至成了哲学问题。黑格尔就曾写文章嘲笑天文学家说,不必那么热衷去找寻第八颗行星,他认为用他的逻辑方法可以证明太阳系的行星,不多不少正好是7颗。高斯利用天文学家提供的观测资料,算出了它的轨迹。几个月以后,这颗最早发现迄今仍是最大的小行星准时出现在高斯指定的位置上。
在物理学方面高斯最引人注目的成就是在1833年和物理学家韦伯发明了有线电报,这使高斯的声望超出了学术圈而进入公众社会。除此以外,高斯在力学、测地学、水工学、电动学、磁学和光学等方面均有杰出的贡献。
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高斯的故事
高斯年轻时,成就斐然。邻居的几个小伙子很不服气,决心要为难他一下。小伙子们用一根细棉线系上一块银币,然后再找来一个非常薄的玻璃瓶,把银币悬空垂放在瓶中,瓶口用瓶塞塞住,棉线的另一头也系在瓶塞上。准备好以后,他们小心翼翼地捧着瓶子,在大街上拦住高斯,用挑衅的口吻说道,“你一天到晚捧着书本,拿着放大镜东游西逛,一副蛮有学问的样子,你那么有本事,能不碰破瓶子,不去掉瓶塞,把瓶中的棉线弄断吗?”
大街上的围观者越来越多,小伙子们更得意了,他们为自己高明的难题而叫绝。有人甚至挖苦道:“怎么样,你智力有限吧,实在解不出,就把你得到的那么多荣誉证书拿到大街上当众烧掉,以后别再逞能了。”
高斯虽然气恼,但他仍克制住,冷静思考。他无意地看了看明媚的阳光,又望了望那个瓶子,忽然高兴地叫道:“有办法了。”说着从口袋里拿出一面放大镜,对着瓶子里的棉线照着,一分钟、两分钟……人们好奇地睁大了眼,随着钱币“铛”的一声掉落瓶底,大家发现棉线被烧断了。
人们不由发出一阵欢呼声,那几个小伙子也佩服得连连赞叹。
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