著名數學家的故事
有壹次,哥德巴赫研究壹個數論問題時,他寫出:
3+3=6,3+5=8,
3+7=10,5+7=12,
3+11=14,3+13=16,
5+13=18,3+17=20,
5+17=22,……
看著這些等式,哥德巴赫忽然發現:等式左邊都是兩個質數的和,右邊都是偶數。於是他猜想:任意兩個奇質數的和是偶數,這當然是對的,但可惜這只是壹個平凡的命題。
對—般的人,事情也許就到此為止了。但哥德巴赫不同,他特別善於聯想,善於換個角度看問題。他運用逆向思維,把等式逆過來寫:
6=3+3,8=3+5,
10=3+7,12=5+7,
14=3+11,16=3+13,
18=5=13,20=3+17,
22=5+17,……
這說明什麽?哥德巴赫自問,然後自答:從左向右看,就是6~22這些偶數,每壹個數都能“分拆”成兩個奇質數之和。在壹般情況下也對嗎?他又動手繼續試驗:
24=5+19,26=3+23,
28=5+23,30=7+23,
32=3+29,34=3+31,
36=5+31,38=7+31,
……
壹直試到100,都是對的,而且有的數還不止壹種分拆形式,如
24=5+19=7+17=11+13,
26=3+23=7+19=13+13
34=3+31=5+29=11+23=17+17
100=3+97=11+89=17+83
=29+71=41+59=47+53.
這麽多實例都說明偶數可以(至少可用壹種方法)分拆成兩個奇質數之和。在壹般情況下對嗎?他想說:對!於是他企圖找到壹個證明,幾經努力,但沒有成功;他又想找到壹個反例,說明它不對,冥思苦索,也沒有成功。
於是,1742年6月7日,哥德巴赫提筆給歐拉寫了壹封信,敘述了他的猜想:
(1)每壹個偶數是兩個質數之和;
(2)每壹個奇數或者是壹個質數,或者是三個質數之和。
(註意,由於哥德巴赫把“1”也當成質數,所以他認為2=1+1,4=1+3也符合要求,歐拉在復信中糾正了他的說法。)
同年6月30日,歐拉復信說,“任何大於(或等於)6的偶數都是兩個奇質數之和,雖然我還不能證明它,但我確信無疑,它是完全正確的定理。”
歐拉是數論大家,這個連他也證明不了的命題,可見其難度之大,自然引起了各國數學家的註意。
人們稱這個猜想為哥德巴赫猜想,並比喻說,如果說數學是科學的皇後,那麽哥德巴赫猜想就是皇冠上的明珠。二百多年來,為了摘取這顆耀眼的明珠,成千上萬的數學家付出了巨大的艱苦勞動。
1920年,挪威數學家布朗創造了壹種新的“篩法”,證明了每壹個充分大的偶數都可以表示成兩個數的和,而這兩個數又分別可以表示為不超過9個質因數的乘積。我們不妨把這 個命題簡稱為“9+9”。
這是壹個轉折點。沿著布朗開創的路子,932年數學家證明了“6+6”。1957年,我國數學家王元證明了“2+3”,這是按布朗方式得到的最好成果。
布朗方式的缺點是兩個數都不能確定為質數,於是數學家們又想出了壹條新路,即證明“1+C”。1962年,我國數學家潘承洞和另壹位蘇聯數學家,各自獨立地證明了“1+5”,使問題推進了壹大步。
1966年至1973年,陳景潤經過多年廢寢忘食,嘔心瀝血的研究,終於證明了“1+2”:對於每壹個充分大的偶數,壹定可以表示成壹個質數及壹個不超過兩個質數的乘積的和。即
偶數=質數+質數×質數
妳看,陳景潤的這個結果,離哥德巴赫猜想的最後解決只有壹步之遙了!人們稱贊“陳氏定理”是“輝煌的定理”,是運用“篩法”的“光輝頂點”。
想想練練
1.50以內有15個質數:2、3、5、7、11、13、17、19、23、29、31、37、41、43、47.請選出10個填入圖內,使○+○的和等於同壹個50以內的偶數,把這個偶數填入中間的○內。
2.用給出的:3、3、5、5、7、7、11、11、13、13、17、17、19、23、23、23這16個數,根據哥德巴赫猜想,寫出8個連續的偶數。
摘取數學皇冠上的明珠——陳景潤 (1933~1996)
在現代數學史上,陳景潤的名字與哥德巴赫猜想緊緊聯系在壹起。被譽為光輝成就的“陳氏定理”將哥德巴赫猜想的證明推進了壹大步,使中國在這壹領域的研究上居世界領先地位。
1953年,陳景潤畢業於廈門大學數學系。由於他對數論中壹系列問題的出色研究,受到華羅庚教授的重視,被調入中國科學院數學研究所工作,後來就有了“羅庚慧眼識景潤”的佳話。雖然當時的生活條件非常艱苦,在僅有6平方米的小屋裏陳景潤堅持埋頭於哥德巴赫猜想的研究,經過無數個日夜、幾度寒暑的艱苦努力, 終於取得了震驚世界的成就。然而,陳景潤付出的努力也是驚人的,用掉的演算草稿紙可以裝滿幾個麻袋,並且積勞成疾。即使如此,躺在病榻上的他,仍鍥而不舍地耕耘著。陳景潤在數論中其他著名問題,如高斯圓內格點問題、球內格點問題、塔裏問題、華林問題等的研究上也做出了重要貢獻。
歐 拉
歐拉(L.Euler,1707.4.15-1783.9.18)是瑞士數學家。生於瑞士的巴塞爾(Basel),卒於彼得堡(Petepbypt)。父親保羅·歐拉是位牧師,喜歡數學,所以歐拉從小就受到這方面的熏陶。但父親卻執意讓他攻讀神學,以便將來接他的班。幸運的是,歐拉並沒有走父親為他安排的路。父親曾在巴塞爾大學上過學,與當時著名數學家約翰·伯努利(Johann Bernoulli,1667.8.6-1748.1.1)及雅各布·伯努利(Jacob Bernoulli,1654.12.27-1705.8.16)有幾分情誼。由於這種關系,歐拉結識了約翰的兩個兒子:擅長數學的尼古拉(Nicolaus Bernoulli,1695-1726)及丹尼爾(Daniel Bernoulli,1700.2.9-1782.3.17)兄弟二人,(這二人後來都成為數學家)。他倆經常給小歐拉講生動的數學故事和有趣的數學知識。這些都使歐拉受益匪淺。1720年,由約翰保舉,才13歲的歐拉成了巴塞爾大學的學生,而且約翰精心培育著聰明伶俐的歐拉。當約翰發現課堂上的知識已滿足不了歐拉的求知欲望時,就決定每周六下午單獨給他輔導、答題和授課。約翰的心血沒有白費,在他的嚴格訓練下,歐拉終於成長起來。他17歲的時候,成為巴塞爾有史以來的第壹個年輕的碩士,並成為約翰的助手。在約翰的指導下,歐拉從壹開始就選擇通過解決實際問題進行數學研究的道路。1726年,19歲的歐拉由於撰寫了《論桅桿配置的船舶問題》而榮獲巴黎科學院的資金。這標誌著歐拉的羽毛已豐滿,從此可以展翅飛翔。
歐拉的成長與他這段歷史是分不開的。當然,歐拉的成才還有另壹個重要的因素,就是他那驚人的記憶力!,他能背誦前壹百個質數的前十次冪,能背誦羅馬詩人維吉爾(Virgil)的史詩Aeneil,能背誦全部的數學公式。直至晚年,他還能復述年輕時的筆記的全部內容。高等數學的計算他可以用心算來完成。
盡管他的天賦很高,但如果沒有約翰的教育,結果也很難想象。由於約翰·伯努利以其豐富的閱歷和對數學發展狀況的深刻的了解,能給歐拉以重要的指點,使歐拉壹開始就學習那些雖然難學卻十分必要的書,少走了不少彎路。這段歷史對歐拉的影響極大,以至於歐拉成為大科學家之後仍不忘記育新人,這主要體現在編寫教科書和直接培養有才化的數學工作者,其中包括後來成為大數學家的拉格朗日(J.L.Lagrange,1736.1.25-1813.4.10)。
歐拉本人雖不是教師,但他對教學的影響超過任何人。他身為世界上第壹流的學者、教授,肩負著解決高深課題的重擔,但卻能無視"名流"的非議,熱心於數學的普及工作。他編寫的《無窮小分析引論》、《微分法》和《積分法》產生了深遠的影響。有的學者認為,自從1784年以後,初等微積分和高等微積分教科書基本上都抄襲歐拉的書,或者抄襲那些抄襲歐拉的書。歐拉在這方面與其它數學家如高斯(C.F.Gauss,1777.4.30-1855.2.23)、牛頓(I.Newton,1643.1.4-1727.3.31)等都不同,他們所寫的書壹是數量少,二是艱澀難明,別人很難讀懂。而歐拉的文字既輕松易懂,堪稱這方面的典範。他從來不壓縮字句,總是津津有味地把他那豐富的思想和廣泛的興趣寫得有聲有色。他用德、俄、英文發表過大量的通俗文章,還編寫過大量中小學教科書。他編寫的初等代數和算術的教科書考慮細致,敘述有條有理。他用許多新的思想的敘述方法,使得這些書既嚴密又易於理解。歐拉最先把對數定義為乘方的逆運算,並且最先發現了對數是無窮多值的。他證明了任壹非零實數R有無窮多個對數。歐拉使三角學成為壹門系統的科學,他首先用比值來給出三角函數的定義,而在他以前是壹直以線段的長作為定義的。歐拉的定義使三角學跳出只研究三角表這個圈子。歐拉對整個三角學作了分析性的研究。在這以前,每個公式僅從圖中推出,大部分以敘述表達。歐拉卻從最初幾個公式解析地推導出了全部三角公式,還獲得了許多新的公式。歐拉用a 、b 、c 表示三角形的三條邊,用A、B、C表示第個邊所對的角,從而使敘述大大地簡化。歐拉得到的著名的公式:
又把三角函數與指數函聯結起來。