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文章阅读:欧拉(ZZ)
[同主题阅读] [版面: 数学] [作者:regulus] , 2002年06月02日13:53:34
regulus
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发信人: regulus (Templar), 信区: Mathematics
标  题: 欧拉(ZZ)
发信站: The unknown SPACE (Sun Jun  2 13:53:34 2002) WWW-POST

http://kepuwang.51.net/fxm/maths/sxj/10.htm

欧拉(L.Euler,1707.4.15-1783.9.18)是瑞士数学家。生于瑞士的巴塞尔(Basel),卒
于彼得堡(Petepbypt)。父亲保罗·欧拉是位牧师,喜欢数学,所以欧拉从小就受到这
方面的熏陶。但父亲却执意让他攻读神学,以便将来接他的班。幸运的是,欧拉并没有走
父亲为他安排的路。父亲曾在巴塞尔大学上过学,与当时著名数学家约翰·伯努利(Joha
nn Bernoulli,1667.8.6-1748.1.1)及雅各布·伯努利(Jacob
Bernoulli,1654.12.27-1705.8.16)有几分情谊。由于这种关系,欧拉结识了约翰的两个
儿子:擅长数学的尼古拉(Nicolaus Bernoulli,1695-1726)及丹尼尔(Daniel
Bernoulli,1700.2.9-1782.3.17)兄弟二人,(这二人后来都成为数学家)。他俩经常给
小欧拉讲生动的数学故事和有趣的数学知识。这些都使欧拉受益匪浅。1720年,由约翰保
举,才13岁的欧拉成了巴塞尔大学的学生,而且约翰精心培育着聪明伶俐的欧拉。当约翰
发现课堂上的知识已满足不了欧拉的求知欲望时,就决定每周六下午单独给他辅导、答题
和授课。约翰的心血没有白费,在他的严格训练下,欧拉终于成长起来。他17岁的时候,
成为巴塞尔有史以来的第一个年轻的硕士,并成为约翰的助手。在约翰的指导下,欧拉从
一开始就选择通过解决实际问题进行数学研究的道路。1726年,19岁的欧拉由于撰写了《
论桅杆配置的船舶问题》而荣获巴黎科学院的资金。这标志着欧拉的羽毛已丰满,从此可
以展翅飞翔。

  欧拉的成长与他这段历史是分不开的。当然,欧拉的成才还有另一个重要的因素,就
是他那惊人的记忆力!,他能背诵前一百个质数的前十次幂,能背诵罗马诗人维吉尔(Vi
rgil)的史诗Aeneil,能背诵全部的数学公式。直至晚年,他还能复述年轻时的笔记的全
部内容。高等数学的计算他可以用心算来完成。

  尽管他的天赋很高,但如果没有约翰的教育,结果也很难想象。由于约翰·伯努利以
其丰富的阅历和对数学发展状况的深刻的了解,能给欧拉以重要的指点,使欧拉一开始就
学习那些虽然难学却十分必要的书,少走了不少弯路。这段历史对欧拉的影响极大,以至
于欧拉成为大科学家之后仍不忘记育新人,这主要体现在编写教科书和直接培养有才化的
数学工作者,其中包括后来成为大数学家的拉格朗日(J.L.Lagrange,1736.1.25-1813.4.
10)。

  欧拉本人虽不是教师,但他对教学的影响超过任何人。他身为世界上第一流的学者、
教授,肩负着解决高深课题的重担,但却能无视"名流"的非议,热心于数学的普及工作。
他编写的《无穷小分析引论》、《微分法》和《积分法》产生了深远的影响。有的学者认
为,自从1784年以后,初等微积分和高等微积分教科书基本上都抄袭欧拉的书,或者抄袭
那些抄袭欧拉的书。欧拉在这方面与其它数学家如高斯(C.F.Gauss,1777.4.30-1855.2.2
3)、牛顿(I.Newton,1643.1.4-1727.3.31)等都不同,他们所写的书一是数量少,二是
艰涩难明,别人很难读懂。而欧拉的文字既轻松易懂,堪称这方面的典范。他从来不压缩
字句,总是津津有味地把他那丰富的思想和广泛的兴趣写得有声有色。他用德、俄、英文
发表过大量的通俗文章,还编写过大量中小学教科书。他编写的初等代数和算术的教科书
考虑细致,叙述有条有理。他用许多新的思想的叙述方法,使得这些书既严密又易于理解
。欧拉最先把对数定义为乘方的逆运算,并且最先发现了对数是无穷多值的。他证明了任
一非零实数R有无穷多个对数。欧拉使三角学成为一门系统的科学,他首先用比值来给出
三角函数的定义,而在他以前是一直以线段的长作为定义的。欧拉的定义使三角学跳出只
研究三角表这个圈子。欧拉对整个三角学作了分析性的研究。在这以前,每个公式仅从图
中推出,大部分以叙述表达。欧拉却从最初几个公式解析地推导出了全部三角公式,还获
得了许多新的公式。欧拉用a 、b 、c 表示三角形的三条边,用A、B、C表示第个边所
对的角,从而使叙述大大地简化。欧拉得到的著名的公式,又把三角函数与指数函联结起
来。

  在普及教育和科研中,欧拉意识到符号的简化和规则化既有有助于学生的学习,又有
助于数学的发展,所以欧拉创立了许多新的符号。如用sin 、cos 等表示三角函数,用 e
表示自然对数的底,用f(x) 表示函数,用 ∑表示求和,用 i表示虚数等。圆周率π虽然
不是欧拉首创,但却是经过欧拉的倡导才得以广泛流行。而且,欧拉还把e 、π 、i 统
一在一个令人叫绝的关系式中。 欧拉在研究级数时引入欧拉常数C, 这是继π 、e 之
后的又一个重要的数。

  欧拉不但重视教育,而且重视人才。当时法国的拉格朗日只有19岁,而欧拉已48岁。
拉格朗日与欧拉通信讨论"等周问题",欧拉也在研究这个问题。后来拉格朗日获得成果,
欧拉就压下自己的论文,让拉格朗日首先发表,使他一举成名。

  欧拉19岁大学毕业时,在瑞士没有找到合适的工作。1727年春,在巴塞尔他试图担任
空缺的教研室主任职务,但没有成功。这时候,俄国的圣彼得堡科院刚建立不久,正在全
国各地招聘科学家,广泛地搜罗人才。已经应聘在彼得堡工作的丹尔·伯努利深知欧拉的
才能,因此,他竭力聘请欧拉去俄罗斯。在这种情况下,欧拉离开了自己的祖国。由于丹
尼尔的推荐,1727年,欧拉应邀到圣彼得堡做丹尼尔的助手。在圣彼得堡科学院,他顺利
地获得了高等数学副教授的职位。1731年,又被委任领导理论物理和实验物理教研室的工
作。1733年,年仅26岁的欧拉接替回瑞士的丹尼尔,成为数学教授及彼得堡科学院数学部
的领导人。

  在这期间,欧拉勤奋地工作,发表了大量优秀的数学论文,以及其它方面的论文、著
作。

  古典力学的基础是牛顿奠定的,而欧拉则是其主要建筑师。1736年,欧拉出版了《力
学,或解析地叙述运动的理论》,在这里他最早明确地提出质点或粒子的概念,最早研究
质点沿任意一曲线运动时的速度,并在有关速度与加速度问题上应用矢量的概念。

  同时,他创立了分析力学、刚体力学,研究和发展了弹性理论、振动理论以及材料力
学。并且他把振动理论应用到音乐的理论中去,1739年,出版了一部音乐理论的著作。17
38年,法国科学院设立了回答热本质问题征文的奖金,欧拉的《论火》一文获奖。在这篇
文章中,欧拉把热本质看成是分子的振动。

  欧拉研究问题最鲜明的特点是:他把数学研究之手深入到自然与社会的深层。他不仅
是位杰出的数学家,而且也是位理论联系实际的巨匠,应用数学大师。他喜欢搞特定的具
体问题,而不象现代某些数学家那样,热衰于搞一般理论。

  正因为欧拉所研究的问题都是与当时的生产实际、社会需要和军事需要等紧密相连,
所以欧拉的创造才能才得到了充分发挥,取得了惊人的成就。欧拉在搞科学研究的同时,
还把数学应用到实际之中,为俄国政府解决了很多科学难题,为社会作出了重要的贡献。
如菲诺运河的改造方案,宫延排水设施的设计审定,为学校编写教材,帮助政府测绘地图
;在度量衡委员会工作时,参加研究了各种衡器的准确度。另外,他还为科学院机关刊物
写评论并长期主持委员会工作。他不但为科学院做大量工作,而且挤出时间在大学里讲课
,作公开演讲,编写科普文章,为气象部门提供天文数据,协助建筑单位进行设计结构的
力学分析。1735年,欧拉着手解决一个天文学难题──计算慧星的轨迹(这个问题需经几
个著名的数学家几个月的努力才能完成)。由于欧拉使用了自己发明的新方法,只用了三
天的时间。但三天持续不断的劳累也使欧拉积劳成疾,疾病使年仅28岁的欧拉右眼失明。
这样的灾难并没有使欧拉屈服,他仍然醉心于科学事业,忘我地工作。但由于俄国的统治
集团长期的权力之争,日益影响到了欧拉的工作,使欧拉很苦闷。事也凑巧,普鲁士国王
腓特烈大帝(Frederick the Great,1740-1786在位)得知欧拉的处境后,便邀请欧拉去
柏林。尽管欧拉十分热爱自己的第二故乡(在这里他普工作生活了14年),但为了科学
事业,他还是在1741年暂时离开了圣彼得堡科学院,到柏林科学院任职,任数学物理所所
长。1759年成为柏林科学院的领导人。在柏林工作期间,他并没有忘记俄罗斯,他通过书
信来指导他在俄罗斯的学生,并把自己的科学著作寄到俄罗斯,对俄罗斯科学事业的发展
起了很大作用。

  他在柏林工作期间,将数学成功地应用于其它科学技术领域,写出了几百篇论文,他
一生中许多重大的成果都是这期间得到的。如:有巨大影响的《无穷小分析引论》、《微
分学原理》,既是这期间出版的。此外,他研究了天文学,并与达朗贝尔(I.L.R.D'Alem
bert,1717.11.16-1783.10.29)、拉格朗日一起成为天体力学的创立者,发表了《行星和
慧星的运动理论》、《月球运动理论》、《日蚀的计算》等著作。在欧拉时代还不分什么
纯粹数学和应用数学,对他来说,整个物理世界正是他数学方法的用武之地。他研究了流
体的运动性质,建立了理想流体运动的基本微分方程,发表了《流体运动原理》和《流体
运动的一般原理》等论文,成为流体力学的创始人。他不但把数学应用于自然科学,而且
还把某一学科所得到的成果应用于另一学科。比如,他把自己所建立的理想流体运动的基
本方程用于人体血液的流动,从而在生物学上添上了他的贡献,又以流体力学、潮汐理论
为基础,丰富和发展了船舶设计制造及航海理论,出版了《航海科学》一书,并以一篇《
论船舶的左右及前后摇晃》的论文,荣获巴黎科学院奖金。不仅如此,他还为普鲁士王国
解决了大量社会实际问题。1760年到1762年间,欧拉应亲王的邀请为夏洛特公主函授哲学
、物理学、宇宙学、神学、化理学、音乐等,这些通信充分体现了欧拉渊博的知识、极高
的文学修养、哲学修养。后来这些通信整理成《致一位德国公主的信》,1768年分三卷出
版,世界各国译本风靡,一时传为佳话。

  自从1741年欧拉离开彼得堡以后,俄国的政局一直不好,政权几次更迭,最后落入叶
卡捷林娜二世的手中,她吸取了以往的教训,开始致力于文治武功。她一面与伏尔泰、狄
德罗等法国启蒙学者通信,一面又四方招聘有影响的科学家去彼得堡科学院任职。欧拉自
然成了她主要聘请的对象。1766年,年已花甲的欧拉应邀回到彼得堡,这次俄国为他准备
了优越的工作条件。

  这时欧拉的科学研究工作已经是硕果累累,思想也已经成熟。除了一些专题还需继续
研究外,他希望能在晚年对过去的成就作系统的总结,出版几部高质量的著作。然而,厄
运再次向他袭来。由于俄罗斯气候严寒,以及他工作的劳累,欧拉的左眼又失明了,从此
欧拉陷入伸手不见五指的黑暗之中。但欧拉是坚强的,他用口授、别人记录的方法坚持写
作。他先集中精力撰写了《微积分原理》一书,在这部三卷本巨著中,欧拉系统地阐述了
微积分发明以来的所有积分学的成就,其中充满了欧拉精辟的见解。1768年,《积分学原
理》第一卷在圣彼得堡出版。1770年第三卷出版。同年,他又口述写成《代数学完整引论
》,有俄文、德文、法文版,成为欧洲几代人的教科书,正当欧拉在黑暗中搏斗时,厄运
又一次向他袭来。1771年,圣彼得堡一场大火,秧及欧拉的住宅,把欧拉包围在大火中。
在这危急的时刻,是一位仆人冒着生命危险把欧拉从大火中背出来。欧拉虽然幸免于难,
可他的藏书及大量的研究成果都化为灰烬。种种磨难,并没有把欧拉搞垮。大火以后他立
即投入到新的创作之中。资料被焚,他又双目失明,在这种情况下,他完全凭着坚强的意
志和惊人的毅力,回忆所作过的研究。欧拉的记忆力也确实罕见,他能够完整地背诵出几
十年前的笔记内容,数学公式当然更能背诵如流。欧拉总是把推理过程想得很细,然后口
授,由他的长子记录。他用这种方法又发表了论文400多篇以及多部专著,这几乎占他
全部著作的半数以上。1774年,他把自己多年来研究变分问题所取得的成果集中发表一本
书《寻求具有某种极大或极小性质的曲线的技巧》中。从而创立了一个新的分支──变分
法。另外,欧拉对天文学中的"三体问题"月球运动及摄运问题进行了研究。后来,他解决
了牛顿没有解决的月球运动问题,首创了月球绕地球运动地精确理论。为了更好地进行天
文观测,他曾研究了光学,天文望远镜和显微镜。研究了光通过各种介质的现象和有关的
分色效应,提出了复杂的物镜原理,发表过有关光学仪器的专著,对望远镜和显微镜的设
计计算理论做出过开创性的贡献,在1771年他又发表了总结性著作《屈光学》。欧拉从19
岁开始写作,直到逝世,留下了浩如烟海的论文、著作,甚至在他死后,他留下的许多手
稿还丰富了后47年的圣彼得堡科学院学报。就科研成果方面来说,欧拉是数学史上或者说
是自然科学史上首屈一指的。

  作为这样一位科学巨人,在生活中他并不是一个呆板的人。他性情温和,性格开朗,
也喜欢交际。欧拉结过两次婚,有13个孩子。他热爱家庭的生活,常常和孩子们一起做科
学游戏,讲故事。

   欧拉旺盛的精力和钻研精神一直坚持到生命的最后一刻。1783年9月18日下午,欧拉
一边和小孙女逗着玩,一边思考着计算天王星的轨迹,突然,他从椅子上滑下来,嘴里轻
声说:"我死了"。一位科学巨匠就这样停止了生命。

  历史上,能跟欧拉相比的人的确不多,也有的历史学家把欧拉和阿基米德、牛顿、高
斯列为有史以来贡献最大的四位数学家,依据是他们都有一个共同点,就是在创建纯粹理
论的同时,还应用这些数学工具去解决大量天文、物理和力学等方面的实际问题,他们的
工作是跨学科的,他们不断地从实践中吸取丰富的营养,但又不满足于具体问题的解决,
而是把宇宙看作是一个有机的整体,力图揭示它的奥秘和内在规律。

  由于欧拉出色的工作,后世的著名数学家都极度推崇欧拉。大数学家拉普拉斯(P.S.
M.de Laplace,1749.3.23-1827.3.5)普说过:"读读欧拉,这是我们一切人的老师。"被
誉为数学王子地高斯也普说过:"对于欧拉工作的研究,将仍旧是对于数学的不同范围的
最好的学校,并且没有别的可以替代它"。

--
Hear me, O God of the silver bow, that protectest Regulus with thy might, hear
me oh thou of Sminthe. If I have ever decked your temple with garlands, or burned
your thigh-bones in fat of bulls or goats, grant my prayer, and let your arrows
avenge these my tears.

※ 来源:.The unknown SPACE bbs.mit.edu.[FROM: 128.227.216.154]

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