卡尔·弗里德里希·高斯

卡尔·弗里德里希·高斯(1777-1855)德国数学家、物理学家和天文学家。出生在布劳恩什维格的一个贫穷家庭。早期研究数论,成果收入所著《算术》中。对超几何级数、复变函数论、统计数学、椭圆函数论有重大贡献。他的曲面论是近代微分几何的开端。对于非欧几里得几何的研究,生前虽未发表,但事实证明他是创始人之一。他建立了最小二乘法,并沿着拉普拉斯的思想方法,继续发展了势论。在物理学、天文学、测地学等方面也有很大成就。此外,还有关于向量分析的高斯定理、代数基本定理的证明、正十七边形的作图、关于正态分布的正规曲线、质数定理的验算等研究成果。

1.公元1777年,高斯出生于德困布劳恩什维格的一个贫穷家庭。他的祖父是农民,父亲是个打短工的。父亲靠了自己念过几天书,后来得到了一个在杂货店当算帐先生的差使。

2.有个晚上,父亲结算店里伙计的工钱,费了好大劲才算出来。一直在旁边看父亲算帐的高斯说:“爸爸,你算错了。”父亲将信将疑,又仔细算了一遍,才知道真的错了。父亲觉得很奇怪:谁也没有教过他算术呀!

3.到了上学年龄,高斯到附近小学去念书。教算术的老师是从城里来的。他觉得自己在这么个穷乡村教一群乡下孩子,真是大材小用,所以他不愿意用心教书,还动不动就训斥学生,弄得大家都害怕上算术课。

4.这天,老师的心情特别坏。他拉长着脸走进教室,像军官下命令似的说:“今天,你们给我算1加2加3一直加到100,谁算不出来,就别想回家吃饭!”说完就坐在椅子上看起小说来。

5.过了一会儿,高斯走了上来,把做算术的小石板举到老师面前,问道:“老师,我做得对不对?”老师头也不抬,挥着手说:“回去再算一遍!”高斯站着不动,说:“老师,我想我这个答数是对的。”

6.老师一看,吃了一惊:高斯真的算对了。高斯为什么算得那么快?原来他发现,从1至100一头一尾两个数字相加都是101,这样一共有50个101,两数相乘就是5050,这样比一个一个数加上去当然要快得多,在古代这可是数学家发现的方法。

7.这件事对老师震动很大。他感到自己看不起乡下孩子很不应该。他改变了态度,常常辅导高斯钻研算术。他还从汉堡买了书来送高斯。任老师的鼓励下,高斯对算术的兴趣更浓厚了。

8.高斯家里穷,为了节省灯油,父亲天一黑就要高斯上床睡觉。可是高斯太喜欢读书了。他把大萝卜的中间用小刀挖空,塞进一块油脂,插上灯芯,就成了一盏小油灯。高斯每天借着微弱的灯光读书,一直到深夜才睡。

9.高斯一心钻研数学,进步很快,他很想到大学去深造。可是家里供不起他念书。这时,高斯的数学才能和好学精神,传到当地一个公爵那里。在他的资助下,高斯进了卡罗琳学院学习。

10.在卡罗琳学院,高斯如鱼得水。他充分利用学院良好的学习条件,大量地读书,深入思考各种数学问题,随时把闪现出来的灵感记下来。在研究中他发现了数论中的二次互反律,他对这个定律的证明,比以前的数学家更加严密。

11.过了3年,高斯又进入哥廷根大学学习。这时他对古代语言也发生了兴趣。是继续攻读数学,还是转而研究语言,他一直拿不定主意。直到第二年,高斯用圆规和直尺作出了正十七边形,才决定毕生致力于数学研究。

12.要知道,两千多年来,数学家们一直试图用直尺和圆规作正十七边形,都没有成功,现在却由不到20岁的高斯作出来了。他对朋友说,等他死后,请他们在他的墓碑上刻一个正十七边形。

13.数学家们还在试图用圆规和直尺作各种正多边形,而高斯经过深入研究,令人信服地证明:正七、九、十一、十三、十四边形只用圆规和直尺是作不出的。高斯的这一成果,使数学家们从无谓的工作中解脱了出来。

14.高斯思考问题,总比别人站得更高。那时候,一元一次到一元四次方程的根都已经求出,人们正在求一元八次方程的根。高斯却想:几百年来,数学家们都认为代数方程都有根,却没有证明过这一点。高斯又投入了艰苦的探索。

15.1799年,高斯发表了他的研究结果。他严密地证明:不管是一元几次方程,都至少有一个根存在。高斯这一研究成果,还启发了数学家们,把他们的眼光引导到一般数学原理的探索上去,而不是只埋头解一个个具体的方程。

16.高斯的数学研究,一直是在公爵的资助下进行的,高斯不愿老是依赖别人过日子。但那时适合理论数学家工作的职位很少。天文学家却比较容易找到职位。高斯的数学天才,是天文工作很需要的。于是,高斯来到天文台工作。

17.天文台的同事们很欢迎这位有名望的数学家。当时天文台的一项重要工作是观测行星,研究它的运行规律,计算它运行的轨道形状及它同太阳的距离。这些都需要很高的数学水平所以,高斯一到天文台,就投入了紧张的工作。

18.早在1776年,迪丢斯发现各个行星和太阳的距离是有规律的。他推出一个数列,这个数列很接近各个行星和太阳之间距离的比。高斯在迪丢斯研究的基础上,创立了更加精确的行星轨道理论。

19.另一位天文学家波雅齐曾在1801年发现了一颗小行星,但过了不久小行星便消失了,后来也不再出现。当时观测至的数据很少,要计算出它的运行轨道是一件很困难的事情。

20.有一位叫欧拉的天文学家用他自己研究出来的行星轨道计算方法,连着计算了三天,才得出结果。但是,因为劳累过度,他的双眼就失明了,被迫放弃了天文研究。

21.高斯想,如果人们都用这个方法来计算行星轨道,工作效率就太低了,对身体的损害也太大。他仔细分析了欧拉的计算方法的优劣,加以改进,找到了新的计算方法。用这个方法,高斯只用了一个小时就算出了那颗小行星的轨道。

22.高斯根据这颗小行星的运行轨道和其他数据,预测到它将在什么时候出现在什么位置上。后来天文学家的观测结果证明,高斯的预见是完全正确的。高斯在科学界的声望越来越高了。

23.高斯一如既往地保持着踏实严谨的治学态度。为了取得精确可靠的数据,他常常在观测台上一呆就是几个小时。得到了观测数据,他又紧接着进行复杂的计算,废寝忘食对高斯来说是很平常的事情。

24.为了研究曲面理论,高斯常常到各地去作测量。研究经费有限,高斯没有足够的助手。住在简陋的旅舍里,生活、工作都要自己料理,他就是经过这样艰苦的研究,创立了自己的曲面理论。

25.50岁以后,高斯开始转向物理学,他做了许多电和磁的实验,和另一位科学家威伯尔发明了电报,使人类的通讯手段有了一个飞跃的发展。人们在哥廷根树立了高斯和威伯尔的雕像,表彰达两位科学家的功绩。

26.在从事科学研究的同时,高斯并没有完全放弃对语言的兴趣。他先后学会了十几种外语。直到60多岁,他还自学俄语。劳作劳累了,他就读俄国作家的诗歌、散文当作休息。

27.高斯死后,留下许多日记和书信手稿。从这些资料中,人们才知道,他早在1800年,就已经发现了椭圆函数,1816年,他已经发现了欧几里得几何学。高斯为数学的发展,做出了杰出的贡献。

28.在高斯生活的年代,经济学、统计学、财政、保险等学科和社会事业还没有充分发展起来,但学识广博的高斯已经预见到数学在这些领域里的广泛应用。高斯的预言现在都已成了现实。