03.03 数学家欧拉到底有多牛B?

摇滚巨匠孙海英


答:欧拉(1707-1783),数学中的一个超级明星,他的贡献几乎涉及数学的所有基础领域,尤其是欧拉那非凡的数学技巧,让人叹为观止,至今无人能超越。


数学界的三大高峰:欧拉、高斯和黎曼。其中,欧拉的数学技巧无与伦比;高斯的数学才能绝无仅有;而黎曼的数学灵感,足够让其他数学家忙碌几百年。




我来举几个欧拉的例子:

一、欧拉那超凡的心算能力

有一次,欧拉的两个学生,对一个复杂级数求和的第五十多位起了争执,然后欧拉仅凭心算,就判断了谁对谁错。

上面一个例子,如何你怀疑真实性,那么下面一个,是世界公认的:

在没有计算机的年代,梅森素数的寻找是相当困难的,在1588年意大利数学家卡塔尔迪(1548-1626),找到了第六个和第七个梅森素数M17和M19之后,两百多年没有任何进展;直到 1772年,欧拉在双目失明的情况下,仅靠心算得到了第八个梅森素数M31,是当时世界上已知的最大素数。

这里绝不仅仅像“某某大脑”里面,一些只会速算的人,欧拉那超凡的心算能力,只不过是他众多才能中一个而已,相对于他的数学才能,心算能力只是辅助。


二、当之无愧的数学英雄

1735年,天文学家遇到一个棘手的天文学问题,几个月都得不到解决;直到他们去请教欧拉,欧拉专研了三天,把这个问题解决了。



不过也因此右眼恶化,最终失明。这时候,欧拉才28岁。


三、数学能力

欧拉的老师,也是一位大名鼎鼎的数学家——约翰·伯努利。约翰·伯努利有两个儿子,也是著名的科学家——哥哥:尼古拉斯·伯努利;弟弟:丹尼尔·伯努利。

在1722年,哥德巴赫意识到,阶乘函数(n!) 或许可以延拓到整个实数域,但是他无法得到延拓后的函数,于是他写信给伯努利兄弟,也没有得到解决。

因为欧拉和伯努利家族联系紧密,所以欧拉也得知了这个问题,欧拉使用丹尼尔·伯努利发明的无穷插值法,完美地得到了阶乘函数全实数表达式——即伽玛函数。



此时的欧拉,只有22岁,也是这时,欧拉结识了哥德巴赫,并和他成为一生的好友。


四、一举成名

前面的例子,虽然让欧拉名声鹊起,但是最终让欧拉登上世界舞台的,是一个世纪难题的解决——巴塞尔级数问题。

巴塞尔级数(1+1/4+1/9+1/16+1/25+……=?),在1650年被提出,期间无数数学家研究过,都没有得到解决,举个例子:

莱布尼兹厉害吧!微积分的发明者之一,我们现在学习沿用的微积分概念基本,就是莱布尼茨发明的,他对级数的操控,几乎可以说是随心应手,甚至对他的朋友惠更斯宣称:对于任何收敛的无穷级数,只要其中各项遵循一定规律,那么我就能求出和来。然后1673年,莱布尼茨遇到了英国数学家佩尔(1611-1685),佩尔用巴塞尔级数,一下就把这个血气方刚的莱布尼茨镇住了,莱布尼茨苦思一整天,最终不得不认输!

可是在1734年,27岁的欧拉,突然就把这个问题解决了:



而欧拉使用的方法非常巧妙,仅仅用到了简单的两个数学知识,简单到一位数学不错的中学生都能看懂,相当于:这个级数展开很初等吧!这个根与系数的关系是初中知识吧!唉——合起来,这个世界难题就解决了!

如果莱布尼兹还在的话,看到这个证明,不知道他会作何感受!


五、超凡的贡献

欧拉是最多产的数学家之一,而且基本都是高质量的数学成果。

在1909年,瑞士自然科学联合会,开始着手收集欧拉的手稿和论文,刚开始预计要60-80卷才能将其收录,这项工作由全世界许多个人和团体资助下进行,不过他们后来在圣彼得堡又发现欧拉的大量手稿,导致原先的预算经费不够而临时终止。



而且这些资料,将近一半都是欧拉在双目失明下仅凭心算和口述,然后他的大儿子笔录完成才得以留下来的。

最终整理欧拉的著作,圣彼得堡科学院花了整整四十七年。


六、失明的欧拉

1766年,欧拉双眼完全失明;在1771年,彼得堡的大火灾殃及欧拉住宅,有幸的是欧拉被人及时救出,可是他前半生的著作,几乎全部化为灰烬,但是欧拉并未灰心。




在接下来的十多年里,双眼彻底失明的欧拉,由他口述,他大儿子笔录的方式,重新写下了被大火夺走的数学研究,而且他一生超过一半的数学著作,都是在他双目失明后创作的!


七、非凡的人格魅力

欧拉的人格魅力是令人敬佩的,以至于得到皇室无偿的资金支持,比如在大火后,女皇无偿地补偿了欧拉的经济损失。

欧拉有位学生,也是大名鼎鼎的数学家——拉格朗日。

拉格朗日利用变分法,解决了等周问题,然后请教他的老师欧拉,欧拉给与了高度赞扬,并在1759年10月2日的回信中,鼓励他把这个发现发表出来。



其实,这时的欧拉,已经研究这个问题很久了,并得到了这个问题的完美解法,但他还是非常谦让地,把这个发现让给了拉格朗日,使得拉格朗日赢得了巨大的声誉,后来欧拉发现拉格朗日的证明方法和自己的不一样,所以欧拉才把他的发现方法公布出来。


八、物理学的意外发现

超弦理论是目前非常前沿的理论,然而他的起源离不开欧拉,在1969年,物理学家Gabriele Veneziano,在欧拉的一本著作中,注意到了一个函数(欧拉B函数),可以用来描述强作用力。



后来物理学家Leonard Susskind发现,这一函数延伸出来的物理图像,是"可扭曲有弹性的线段",并在后来发展成了"超弦理论"。


这样的例子数不胜数,比如还有:所有自然数之和在量子力学中的应用,素数的欧拉乘积式,复变函数的欧拉公式,调和级数的欧拉常数,自然对数也叫欧拉常数,三角函数的定义,流体力学的欧拉方程,天文学天体轨道的数值计算,数论中的欧拉公式,拓扑学欧拉方程等等。

每个贡献都是非凡的,随便拿一个出来,都可以让另外一位数学家名留青史,然而,这些都是欧拉一个人的贡献。


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艾伯史密斯


你敢相信吗?在漫长的数学数学史中.莱昂哈德•欧拉(发音同"oiler")留给我们的宝贵财富是无与伦比的。他的着述在数量上和质量上都是势不可挡的。欧拉的着作有厚厚的70多卷,足以证明这位谦和的瑞士人的非凡天才,正是他如此深刻地改变了数学的面貌。事实上,面对他数量奇多、质量极高的着述,人们的第一反应就是,他的故事似乎是一篇天方夜谭.而不是无可否认的历史事实。


欧拉当之无愧的名望,有一部分要归功于他着述的数学敎科书。欧拉不仅写出了一些高水平高难度的数学着作,也写出了一些非常初级的数学书,而且,他并不认为如此就降低了身份。也许,他最着名的教科书是他1748年写成的《无穷小分析引论》。这部不朽的数学论着足以与欧几里得的《几何原本》相媲美。欧拉在这部着作中评述了前辈数学家的发现、组织并整理了他们的论证,其论着之精妙,使得绝大部分前人着作都显得陈腐。1755年,欧拉又在《无穷小分析引论》一书中加入了一卷有关微分学的内容,1768~1774年,又加了三卷有关积分学的内容,从此确定了数学分析延续至今的大方向。

在他所有的教材中,欧拉的论述都非常清楚易懂,并且,他所选用的数学符号,都是为了将他的意思表达的更加清晰明了,而不是故弄玄虚。事实上,对于今天的读者来说,欧拉的数学着述堪称是最早的具有现代数学意味的着述。这当然不仅是因为他使用了现代数学符号,面且还因为他的影响十分深远,所有后来的数学家都采用了他的文体、符号和格式。此外,欧拉在写作时就想到了,并非所有读者能像他那样具有惊人的数学学习能力。欧拉不同于以往那类数学家,他们虽然对问题有深邃的见解,但却无法把自己的思想传达给别人。相反,他深深地喜爱教学。法国数学家孔多塞在谈到欧拉时有一句精辟的话:“他喜欢教诲他的学生,而不是在他们的面前炫耀以求取些许满足。”这正是对这样一个人的高度赞美,因为就算欧拉喜欢炫耀,他的数学才干也确实足以令任何人吃惊。

任何人在谈到欧拉的数学时,都会提到他的《全集》,这是一部73卷的文集,这部文集汇编了他一生用拉丁文、法文和德文撰着的886卷书和文章。他的着作数量极大,产出速度极快,甚至在他晚年失明后也是如此,据报道,在他辞世后,他的着作出版工作历时47年才完成。

如前所述,欧拉并未将他的研究局限于纯数学领域。相反,他广泛涉猜声学,工程学、机械学、天文学等许多领域,甚至还有三卷着作专门论述光学仪器,如望远镜和显微镜。据估计,如果有人清18世纪后75年中的所有数学着作,那么,其中大约有三分之一都出自莱昂哈德•欧拉之手!虽然这听来令人难以相信,但事实就是这样。

如果你在图书馆里,站在收藏欧拉着作的书架前,一架接一架地看去,其着述洋洋大观,令人难以置信。这成千上万页具有开创性的文字,涉及数学的所有分支,从变分法,到图论,到复分析,到微分方程等,他们指引了数学各个领域的新方向。实际上,数学的每个分支都有欧拉创立的重要定理。因此,我们可以在几何学中找到欧拉三角,在拓扑学中找到欧拉指示性函数,在图论中找到欧拉圆,更不要说使人目不暇接的欧拉常数、欧拉多项式、欧拉积分等名目了。即使这些都加在一起也只是道出了道出了一半,因为人们一向归于他人名下的许多数学定理,实际上却是欧拉发现的,并深藏于他卷帙浩繁的着述中.有一则似假还真的趣话说道:

法则和定理的命名,常有喧宾夺主的事情,否则,有半数应署上欧拉的名字。

1783年9月7日,莱昂哈德•欧拉溢然长逝。尽管他已双目失明,但直至他逝世前,他都一直在积极地进行数学研究。据说.在他生命的最后一天,他还在与他的孙子们一起游戏并讨论有关天王星的最新理论。对于欧拉来说,死神来得太快,用孔多塞的话说,“他终止了计算和生命。”欧拉死后葬于他曾居住过的圣彼得堡(现在叫做列宁格勒),他曾断断续续地在那里度过了许多美好的时光。


数学经纬网


欧拉不仅伟大还励志

高产

欧拉对数学的贡献是全方面的。涉猎范围之广:从数论到分析,从抽象到应用。可以算得上一位百科全书式的数学家了。据统计他的学术作品约有60-80册。法国著名数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯,曾有过这样的评价:“拜读欧拉的著作吧,在任何意义上,他都是我们的大师”!

成就

他引进了“函数”的概念,并且第一个将函数的写为f(x),以表示一个以x为自变量的函数。

他引入了三角函数现代符号。

使用e表记自然对数的底(现在也称作欧拉数)。

用用希腊字母Σ表记累加和以i表示虚数单位。

欧拉建立了弹性体的力矩定律:作用在弹性细长杆上的力矩正比于物质的弹性和通过质心轴和垂直于两者的截面的转动惯量。

他还直接从牛顿运动定律出发,建立了流体力学里的欧拉方程。

他对微分方程理论作出了重要贡献。

他还是欧拉近似法的创始人,这些计算法被用于计算力学中。此中最有名的被称为欧拉方法。

在数论里他引入了欧拉函数。

欧拉将虚数的幂定义为如下公式:

欧拉在1736年解决了柯尼斯堡七桥问题,并且发表了论文《关于位置几何问题的解法》,对一笔画问题进行了阐述,是最早运用图论和拓扑学的典范。

在几何学和代数拓扑学方面,欧拉公式给出了单连通多面体的边、顶点和面之间存在的关系。

在1739年,欧拉写下了《音乐新理论的尝试》,书中试图把数学和音乐结合起来。一位传记作家写道:这是一部“为精通数学的音乐家和精通音乐的数学家而写的”著作。

励志

在欧拉的数学生涯中,他的视力一直在恶化。在1735年一次几乎致命的发烧后的三年,他的右眼近乎失明。

在他于1766年被查出有白内障的几个星期后,导致了他的近乎完全失明。即便如此,病痛似乎并未影响到欧拉的学术生产力,这大概归因于他的心算能力和超群的记忆力。比如,欧拉可以从头到尾不犹豫地背诵维吉尔的史诗《埃涅阿斯纪》,在书记员的帮助下,欧拉在多个领域的研究其实变得更加高产了。在1775年,他平均每周就完成一篇数学论文。



兔肉菌


↓被誉为上帝的公式↓

几乎第一眼看到这个公式的人,无不用震惊来形容。



1707年,欧拉出生,13岁上大学、15岁大学毕业、16岁硕士毕业、19岁博士毕业。。。

20岁参加法国科学院举办的竞赛,结果得了第二名,气不过,于是在接下来的12年,连续夺冠。

还是20岁,丹尼尔·伯努利(科学世家、伯努利家族)邀请欧拉去俄国的皇家科学院任职

欧拉一生醉心于研究,在18世纪的环境下,几乎每个数学领域都能看到欧拉的身影:多面体的欧拉定理、变分法的欧拉方程、数论的欧拉函数、欧拉常数、欧拉线等等


他还发明了一大批数学符号,如i、Σ、e、f(x)等等

欧拉从1707年出生,到1783年去世,76年间写下了886部或篇书籍和论文。

你以为这886部都是数学专著吗?并不是,欧拉涉猎极广,其中数学方面占到了58%、物理和力学占28%、天文占11%、剩下的3%是航海学、建筑学、弹道学等等。后世的研究者为了整理清楚它的著作,竟足足用了四十七年的时间。

最后用拉普拉斯的一句话总结:读读欧拉吧,他是我们所有人的老师!

期待您点评和关注哦!


赛先生科普


欧拉的贡献很多,随便说说都很震撼人心。

欧拉在7桥问题中,实际上开始了拓扑学的研究,当然这主要是图论的起源。欧拉给出了7桥问题的一个判断依据,这虽然不难,但也是很牛的。

欧拉研究了刚体的运动方程,给出了自由刚体运动的方程组,以及与这个运动相关的欧拉角——相当于坐标系。这个方程可以描述太空中的卫星的姿态,是非常有用的。

欧拉给出了三角函数的欧拉公式,把三角函数与复数联系在了一起,这也是很深邃的工作。

欧拉给出了自然常数的值,2.71828……这个值刻画了贷款行业的无限复利,是一个非常重要的常数。

欧拉还给出了欧拉示性数,这个东西刻画了多面体的边数、面数与顶点数的关系,这是一个拓扑不变量,后来被我们中国的数学家陈省身推广到高维。这个拓扑不变量在物理学中非常有用,量子物理中有很多拓扑物态,都与欧拉示性数有关。未来的量子计算机,很可能就是拓扑的量子计算机。

欧拉还给出了素数的无限连乘积,这个东西后来被黎曼推广到复变量,提出黎曼猜想。而黎曼猜想是数论的核心问题,至今没有解决。所以,可见欧拉是多伟大,这些伟大的数学家之间的灵魂是相同的。心事浩淼连广宇,与无声处听惊雷。

《欧拉全集》有几千万字,一般人根本读不完,这个人晚年眼睛瞎了,但依然坚持做数学研究,因为他的心里跟明镜似的。伟大的欧拉,与高斯、黎曼一起成为数学的三大高峰,至今让人高山仰止。


轩中科技评论


如果不知道欧拉有多伟大,其实你可以想象一下没有这些符号的数学会是什么样……

光是没有f(x)就很恐怖了吧


论智



还有比欧拉公式更完美的数学公式么?


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