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歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
[版面:散文.原创文学板][首篇作者:cucuwning] , 2013年01月21日09:20:02 ,1653次阅读,14次回复
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cucuwning
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发信人: cucuwning (cucuwning), 信区: Prose
标  题: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Jan 21 09:20:03 2013, 美东)

(15)现代数学第一人---柯西(Augustin Louis Cauchy)

柯西的这个名头有点大,虽然柯西的贡献毋庸置疑,第一人并不是指柯西对现代数学的贡
献,而只是他出现的时间。如同从文言文到白话文,即使有新文化运动的推波助澜,改变
也并非一夜之间,数学发展绝对是一个连续而非离散的过程,因此我们不可能用历史上的
某一天划分数学。柯西与三L都有着或多或少的交集,他的一生的大部分时间与高斯重
叠,他的数学成就毫无疑问是建立在众多前辈所打下的基础之上,但仅就今天数学严谨
的形态而言,可以说柯西是把这种严谨带入数学的第一人。比如说极限的概念,毫无疑
问牛顿,莱布尼兹,拉格朗日,高斯都理解这个概念,可是如果让他们给完全不懂数学的人
去讲解这个概念很可能只是挑战他们自身忍耐的极限。柯西是第一个给出极限严格定义
的人,虽说并不是现在通用的epsilon-delta语言(这个定义将在几十年后由号称现代分
析之父的维尔斯特拉斯给出),但是在数学思想上已经与现代定义基本一致了。有个这个
定义,无法理解牛顿,莱布尼兹,拉格朗日,高斯解释的人八成还是不能理解这个定义
,好处就是他们可以记住这个定义并且相信自己理解了这个概念。这种情况至今还经常
出现在理工科学生的课堂里,当他们看到求导公式的时候,一切对极限的困惑立马烟消
云散,他们要做到的只是记住这些公式和知道如何使用这些公式,殊不知所有这些公式
都来自于他们的极限定义。对于一个把汽车作为代步的人来说,没有必要知道哪怕一丁
点关于制造汽车的理论,对于一个仅仅把数学当做工具的人来说,也没有必要完全理解
那些抽象的定义,可对于为他们制造合适的数学工具的人来说,这些严格的定义才是整
个理论发展和完善的基石。柯西的贡献远不止这一点,个人认为其中最伟大的是开启了
抽象化数学的先河。首先数学一直是很抽象的,你可以把几何图形的面积抽象成定积分
,你也可以把一种物理状态抽象成一类微分方程,但是出发点都是具体的实际问题。而
柯西在已经抽象的基础上又抽象化了一次,定义了一种结构,而不限定结构内的元素属
性。他对任何满足这种结构的集合做了初步的研究,也就是群论的基础。抽象化有一个
好处就是更加普世,也有一个坏处就是更加“难懂。”我个人倒是认为很多抽象的定义
其实很自然,相比于需要大量计算的分析,我更喜欢代数这个相对抽象的分支。

数学到此为止,还是让我们看看有什么卦可以八,有什么情可以煽。(再次感谢“歪写
”这个无敌挡箭牌,让我可以在数学这个严肃的题目下做娱乐性的叙述,如果有一天还
觉得不过瘾,我可能会换上“胡写”的防弹衣。)

柯西从自己的家庭里继承两样对他一生包括学术生涯都有影响的东西,一是对于天主教
的虔诚,二是对波旁王朝的忠心。很多数学家都有自己的信仰并且很虔诚,比如牛顿,
一直是上帝的崇拜者,晚年热衷神学;再比如欧拉,父亲是牧师,相信他失明的时候支
撑他的不单有数学,还有信仰。但是柯西的虔诚显然超过了他们,并在某种程度上影响
了他对科学的判断,这个我们稍后会提到,先让我们看看柯西的身世。柯西的父亲是波
旁政府里的一名议会律师,同时也是巴黎警署的一名中尉,这样的家庭背景在大革命时期
能够保住性命就已经是很幸运的了。老柯西带着全家逃到了乡下一个叫Arcueil的村庄
,并开始了长达十余年的隐居生活。柯西的童年不是那么幸福,家里吃不饱穿不暖,外
面所有的学校都关闭了,有文化的人被大批的送上断头台,看起来柯西即不可能也没有必
要接受任何教育。幸运的是,柯西有个好爸爸,他自己编写了教材来完成对孩子们的教
育,特别是为了培养孩子们的兴趣,有几本教材是用诗歌体写成。在学习自然科学知识的
同时,小柯西也领略到了文学和诗歌的美,并且此后一生都痴迷于法文诗和拉丁文诗。
此外,柯西一家还有一个值得一提的邻居,就是在大革命里如鱼得水的拉普拉斯。尽管
拉普拉斯不是什么道德模范,但是他有一个优点就是喜欢交际而且平易近人。很快拉普
拉斯就在他贫穷的邻居家里看到了营养不良的柯西,并且发现了他的数学才能。拉普拉
斯没有想到的是这种才能在几年以后会让他惊出一身冷汗,差点心脏病发作。

十八世纪的最后一年,大革命终于结束了,老柯西得以重新回到巴黎工作,作为上院秘
书的他在卢森堡宫里有一间自己的办公室,而少年柯西也把自己的书房搬到了这间办公
室,于是他会经常见到老爸的一位同事,巴黎综合工科学校的数学教授拉格朗日。和拉
普拉斯一样,没过多久,拉格朗日就发现了柯西在数学方面的与众不同,并且当众夸奖柯
西道,“作为数学家的我们迟早要被这个瘦小的年轻人取代。”拉格朗日年轻的时候曾
因为过度劳累,饱受疾病的困扰,看到柯西瘦弱的身体,他给了老柯西一个很特别的忠
告,“在十七岁之前,多对柯西进行文学方面的教育,而不要让他接触任何数学书籍。
”老柯西很好的完成了这个任务,从十三岁进入学校开始,柯西就用法语,希腊语,拉丁语
在五花八门诗歌和作文比赛里折各种桂,独占不同的鳌头,很快成为学校里的明星, 除
了不会开车,整个就是一个法国版韩寒。

二十二岁的时候,柯西在拉格朗日的鼓励下,发表了关于正多面体的一系列论文来回答当
年巴黎科学院的金奖题目。作为审稿人之一的勒让德对论文给予了高度评价,并预言柯
西在数学方面必有一番作为。至此,柯西得到了三L的一致肯定。不过另外一个审稿人
马吕对柯西所使用的方法持怀疑态度,虽然马吕在数学界不是什么大人物,但是他的怀疑
在一百年以后被证明是有道理的。柯西的论文并没有获奖,但是里面有一个关于一个多
面体的面数(F),边数(E)和顶点数(V)的简洁而优美的结论,E+2=F+V。这个公式是欧
拉首先发现的,柯西重新发现推广了它并给出了一个严格的证明。

二十六岁的时候柯西因为证明了费马留下的一个困惑大家已久的定理而引起轰动同时也
把他带到当时第一流数学家的行列。这是一个数论的定理,在叙述它之前,先让我们定义
一下三角形数,平方数,五边形数,……。所谓三角形数就是可以将这个数字那么多的点
排列成一个等边三角形。比如1,3,6,10……。6个点组成的等边三角形有三行,分别是
一个点,两个点和三个点。平方数很明确就是某个整数的平方,比如1,4,9,……。几
何上,平方数个点可以被排列成一个正方形。相似的,我们可以定义五边形数,六边形数
(如图)

这个定理是这样的,任何一个正整数都是三个三角形数的和,四个平方数的和,五个五边
形数的和,……,n个n边形数的和,有一点要注意就是0和1属于所有这些类型。这个定理
看起来并不难,但是欧拉,拉格朗日和勒让德都被难住了,高斯也只证明了三角形数这一
个情形。

二十七岁的时候柯西成为法国科学院院士。这件事在当时引起了非常大的争议,倒不是
因为柯西不够资格,而是因为他的院士席位是从蒙日手里接过来的。这个故事说来话比
较长,我这里就短说一下吧。蒙日是十八世纪法国的一位数学家,他最突出的贡献是发
明了画法几何,也就是如何把三位图形画在二维的平面里,如今这个技术只是高中几何
里面一个必备的技巧,但在发明之初,这个并不复杂技术为简化和直观化许多复杂的制图
带来了革命性的突破。有两个小故事可以看出蒙日的为人。有一次蒙日参加一个聚会时
听到一个贵族因为遭到拒绝而在说一个寡妇的坏话,蒙日既不认识这个贵族,也不认识那
个寡妇,但是蒙日从人群中挤过去给了贵族下颚一拳。几个月后蒙日在另一个聚会上被
一位少妇吸引,经人介绍,这位少妇竟然就是蒙日打抱不平的主人公,于是他们顺理成章
地开始了幸福的生活。三十四岁的时候蒙日被任命为海军军官候补生资格考试的主考官
以接替去世的前任主考人,海军部长要求他重新编写一部教材,但是蒙日拒绝了,理由是
当时使用的教材的版税是前任主考人遗孀的唯一收入。蒙日出生于一个贫民家庭,父亲
是个磨刀匠,所以在大革命期间,蒙日毫不犹豫的支持革命党人,并与拿破仑成为了好
友。蒙日对拿破仑的忠诚不是出于对名誉和金钱的渴望而是出于对自身阶级的忠诚。当
拿破仑被流放的时候,蒙日依然没有改变他的忠诚,百日王朝结束后,蒙日拒绝效忠波旁
王朝,这就回到了本段开头那一幕,于是蒙日从科学院院士的名单被除名了,而号称要把
科学与政治分开的其他院士集体沉默,这件事在当时的法国引起不小的反响,很多人声援
蒙日,就是在这种情况下,柯西接替了蒙日。应该说柯西是当之无愧的,但因为政治的原
因,柯西得到了一些非议,实际情况是,柯西是蒙日最好的继承人,在忠诚方面,再没有一
个人能像柯西这样,如此地接近蒙日了。

现在来说说柯西让拉普拉斯惊出一身冷汗的发现吧,关于无穷级数收敛的定义和判定。
一个简单的例子 1/(1+x)=1-x+x^2-x^3+x^4……,这个等式并不是什么时候都成立,比
如说x=2的时候就不行,现在我们都知道原因是右边的级数在x=2这一点不收敛。柯西是
第一个给收敛进行严格定义的人,并给出了一些判别方法。拉普拉斯在他的巨著《天体
力学》里使用了很多无穷级数进行计算,但是他本人并不知道还有收敛这一回事。但是
一个数学家的直觉救了他,在用柯西的方法验证了所有他使用的级数都是在收敛的情况
下时,他长长的松了一口气。

作为一个波旁王朝的坚定支持者,柯西在王朝复辟以后得到了不计其数的荣誉,除了科学
院院士,还是巴黎综合工科学校,法兰西学院和索邦大学的数学教授, 他在欧洲的声誉甚
至超出了高斯。然而在四十岁的时候,王朝的结束让这一切戈然而止。宣誓过效忠查理
的柯西自动放弃了这一切,离开了妻子和两个年幼的女儿,离开了法国,过起了流浪的生
活。他先去了瑞士,打算找一个能继续发挥他才能,并忘记烦恼的工作。不过没过多久
,意大利国王听说柯西正在找工作,就邀请他到都灵做数学教授,柯西非常高兴,并展现
了他的另一方面天赋,很快的学会了意大利语,然后开始用这种语言在都灵授课。

漂泊了十年之后,柯西回到巴黎,回到了科学院,并在计量局找到了工作,但由于他坚
持不宣誓效忠当时的政府,为了工作他不得不与政府展开了一场旷日持久的战争。应该
说胜利属于柯西,凭借一封公开信,柯西取得了广大人民群众的支持,也得到了政府的
默许,在此后无论政府如何改变,柯西始终忠于他宣誓过的查理。柯西与蒙日出身于不
同的阶级,虽然我们很难分辨哪一个阶级更正义,他们都从始至终的忠于自己的阶级,
从道德的角度来说,他们一样的高尚。

和欧拉一样,柯西是一个高产的作家,他一共有789篇论文,其中不乏几百页的长篇大
论。在那个年代,出论文是要自费或者学校掏钱的,而他不但产量大而且还有作文大赛
冠军的底子,动不动就是上百页,弄得科学院学报成了他自己专刊似的,于是学报几次
更改投稿规则就来限制柯西,他的很多论文也因此在当时迟迟不能发表。柯西后来实在
不过瘾,就自己创办了一个刊物,专门发表自己的论文,据说销量还不错。

柯西一生被人诟病的是他过于虔诚的信仰,三句话不离主基督耶稣,要是你想跟他讨论
或者向他学习任何数学知识,那么你就得先忍受他的一通传教。而且他将这种态度带到
了科学领域里,比如他当评审的时候,不光看作者的数学水平,还要给天主教徒附加分
。这一点在他晚年的时候更为突出。有道是皇天不负有心人,在柯西孜孜不倦的努力下
,终于成功的把福音传给了埃尔米(Hermite),让天堂里又多了一位数学家。

让我们用柯西生命中的最后一句话作为本章的结束语,“人们走了,但是他们的功绩留
了下来。(Men pass away but their deeds abide)”


--
醉里笑 柳岩胸小,芙蓉脸薄; 梦中骂 韩寒才浅,德纲不fun。

※ 修改:·cucuwning 於 Jan 21 09:24:30 2013 修改本文·[FROM: 68.]
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bluebel
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发信人: bluebel (蓝贝), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Jan 21 12:53:18 2013, 美东)

哈哈!沙发我忠实坐!
其实这篇看下来我最佩服的反倒是小柯西的爸爸老柯西,他没有像大多数父母那样从3
岁开始就挖掘儿子的数学天分,而是从外围入手培养儿子的广泛兴趣和关注孩子的健康
成长和独立人格,这个需要勇气和胆识,事实证明他的教育是成功的他个伟大的父亲。
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glutton130
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发信人: glutton130 (glutton130), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Tue Jan 22 02:59:05 2013, 美东)

老读者留名。

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furthermore
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发信人: furthermore (找啊找啊找), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Tue Jan 22 08:24:38 2013, 美东)

顶。等了一个多星期啊,哈哈。
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cucuwning
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发信人: cucuwning (cucuwning), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Wed Jan 23 00:17:48 2013, 美东)

哈哈,谢谢,你这个头像让人印象深刻
【 在 glutton130 (glutton130) 的大作中提到: 】
: 老读者留名。



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发信人: cucuwning (cucuwning), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Wed Jan 23 00:18:52 2013, 美东)

有时太忙,就写得慢了,包函,16已经更新了,多多指教。


【 在 furthermore (找啊找啊找) 的大作中提到: 】
: 顶。等了一个多星期啊,哈哈。



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发信人: cucuwning (cucuwning), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Wed Jan 23 00:20:25 2013, 美东)

成了爸爸之后,我觉得压力好大,真不知道怎么教育孩子。


【 在 bluebel (蓝贝) 的大作中提到: 】
: 哈哈!沙发我忠实坐!
: 其实这篇看下来我最佩服的反倒是小柯西的爸爸老柯西,他没有像大多数父母那样从
3
: 岁开始就挖掘儿子的数学天分,而是从外围入手培养儿子的广泛兴趣和关注孩子的健康
: 成长和独立人格,这个需要勇气和胆识,事实证明他的教育是成功的他个伟大的父亲。



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JackBlack
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发信人: JackBlack (Black Jack), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Fri Jan 25 17:49:02 2013, 美东)

看完了,赞!

【 在 cucuwning (cucuwning) 的大作中提到: 】
: (15)现代数学第一人---柯西(Augustin Louis Cauchy)
: 柯西的这个名头有点大,虽然柯西的贡献毋庸置疑,第一人并不是指柯西对现代数学的贡
: 献,而只是他出现的时间。如同从文言文到白话文,即使有新文化运动的推波助澜,改变
: 也并非一夜之间,数学发展绝对是一个连续而非离散的过程,因此我们不可能用历史上的
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: 叠,他的数学成就毫无疑问是建立在众多前辈所打下的基础之上,但仅就今天数学严谨
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: 的人,虽说并不是现在通用的epsilon-delta语言(这个定义将在几十年后由号称现代分
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cuoolongtea
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发信人: cuoolongtea (四有新人), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Sat Jan 26 01:16:16 2013, 美东)

等了好久!
先赞后看。
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发信人: happyfrog (happyfrog), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Jan 28 13:21:18 2013, 美东)

Love and addicted to your writings, man, please continue!
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发信人: Uniped (Uniped), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Jan 28 16:54:41 2013, 美东)

顶的人太少啊~
支持一个,顺便问下作者不介意我自己转微博收藏吧?
注明转载的哦~
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cucuwning
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发信人: cucuwning (cucuwning), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Jan 28 17:43:10 2013, 美东)

没问题,而且谢谢宣传。
【 在 Uniped (Uniped) 的大作中提到: 】
: 顶的人太少啊~
: 支持一个,顺便问下作者不介意我自己转微博收藏吧?
: 注明转载的哦~



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发信人: cucuwning (cucuwning), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Jan 28 17:49:13 2013, 美东)

Thank you and I will definitely do that.
【 在 happyfrog (happyfrog) 的大作中提到: 】
: Love and addicted to your writings, man, please continue!



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sukye
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发信人: sukye (勤奋的小苏●书鱼), 信区: Prose
标  题: Re: 歪写数学史(15)现代数学第一人---柯西
发信站: BBS 未名空间站 (Wed Sep  4 11:25:53 2019, 美东)

柯西与大L没有交集啊。。

还有欧拉那篇没了。。
http://mitbbsau.com/article_t/Recommend/31374547.html


【 在 cucuwning (cucuwning) 的大作中提到: 】
: (15)现代数学第一人---柯西(Augustin Louis Cauchy)
: 柯西的这个名头有点大,虽然柯西的贡献毋庸置疑,第一人并不是指柯西对现代数学的贡
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