德國大數學家高斯

德國大數學家高斯( Carl Friedrich Gauss 1777-1855 )是德國最偉大,最傑出的科學家,如果單純以他的數學成就來說,很少在一門數學的分支裡沒有用到他的一些研究成果。

德國大數學家高斯

貧寒家庭出身

高斯的祖父是農民,父親除了從事園藝的工作外,也當過各色各樣的雜工,如護堤員、建築工等等。父親由於貧窮,本身沒有受過什麼教育。

母親在三十四歲時才結婚,三十五歲生下了高斯。她是一名石匠的女兒,有一個很聰明的弟弟,他手巧心靈是當地出名的織綢能手,高斯的這位舅舅,對小高斯很照顧,有機會就教育他,把他所知道的一些知識傳授給他。而父親可以說是一名」大老粗」,認為只有力氣能掙錢,學問對窮人是沒有用的。

高斯在晚年喜歡對自己的小孫兒講述自己小時候的故事,他說他在還不會講話的時候,就已經學會計算了。

他還不到三歲的時候,有一天他觀看父親在計算受他管轄的工人們的週薪。父親在喃喃的計數,最後長嘆的一聲表示總算把錢算出來。

父親念出錢數,準備寫下時,身邊傳來微小的聲音:「爸爸!算錯了,錢應該是這樣。。。。。。」

父親驚異地再算一次,果然小高斯講的數是正確的,奇特的地方是沒有人教過高斯怎麼樣計算,而小高斯平日靠觀察,在大人不知不覺時,他自己學會了計算。

另外一個著名的故事亦可以說明高斯很小時就有很快的計算能力。當他還在小學讀書時,有一天,算術老師要求全班同學算出以下的算式:

1 + 2 + 3 + 4 + 。。。。+ 98 + 99 + 100 = ?

在老師把問題講完不久,高斯就在他的小石板上端端正正地寫下答案5050,而其他孩子算到頭昏腦脹,還是算不出來。最後只有高斯的答案是正確無誤。

原來1 +100= 101

2 + 99 = 101

3 + 98 = 101

50 + 51 = 101

前後兩項兩兩相加,就成了50對和都是101的配對了即101 × 50 = 5050。

按:今用公式

德國大數學家高斯

表示1 + 2 + 。。。 + n

高斯的家裡很窮,在冬天晚上吃完飯後,父親就要高斯上床睡覺,這樣可以節省燃料和燈油。高斯很喜歡讀書,他往往帶了一梱蕪菁上他的頂樓去,他把蕪菁當中挖空,塞進用粗棉卷成的燈芯,用一些油脂當燭油,於是就在這發出微弱光亮的燈下,專心地看書。等到疲勞和寒冷壓倒他時,他才鑽進被窩

睡覺。

高斯的算術老師本來是對學生態度不好,他常認為自己在窮鄉僻壤教書是懷才不遇,現在發現了「神童」,他是很高興。但是很快他就感到慚愧,覺得自己懂的數學不多,不能對高

斯有什麼幫助。

他去城裡自掏腰包買了一本數學書送給高斯,高斯很高興和比他大差不多十歲的老師的助手一起學習這本書。這個小孩和那個少年建立起深厚的感情,他們花許多時間討論這裡面的東西。

高斯在十一歲的時候就發現了二項式定理( x + y ) n的一般情形,這裡n可以是正負整數或正負分數。當他還是一個小學生時就對無窮的問題注意了。

有一天高斯在走回家時,一面走一面全神貫注地看書,不知不覺走進了布倫斯維克( Braunschweig )宮的庭園,這時布倫斯維克公爵夫人看到這個小孩那麼喜歡讀書,於是就和他交談

,她發現他完全明白所讀的書的深奧內容。

公爵夫人回去報告給公爵知道,公爵也聽說過在他所管轄的領地有一個聰明小孩的故事,於是就派人把高斯叫去宮殿。

費迪南公爵( Duke Ferdinand )很喜歡這個害羞的孩子,也賞識他的才能,於是決定給他經濟援助,讓他有機會受高深教育,費迪南公爵對高斯的照顧是有利的,不然高斯的父親是反對孩子讀太多書,他總認為工作賺錢比去做什麼數學研究是更有用些,那高斯又怎麼會成材呢?

高斯的學校生涯

在費迪南公爵的善意幫助下,十五歲的高斯進入一間著名的學院(程度相當於高中和大學之間)。在那裡他學習了古代和現代語言,同時也開始對高等數學作研究。

他專心閱讀牛頓、尤拉、拉格朗日這些歐洲著名數學家的作品。他對牛頓的工作特別欽佩,並很快地掌握了牛頓的微積分理論。

1795年10月他離開家鄉的學院到哥庭根( Gottingen )去唸大學。哥庭根大學在德國很有名,它的豐富數學藏書吸引了高斯。許多外國學生也到那裡學習語言、神學、法律或醫學。這是

一個學術風氣很濃厚的城市。

高斯這時候不知道要讀什麼系,語言系呢還是數學系?如果以實用觀點來看,學數學以後找生活是不大容易的。

可是在他十八歲的前夕,現在數學上的一個新發現使他決定終生研究數學。這發現在數學史上是很重要的。

我們知道當n ≧ 3時,正n邊形是指那些每一邊都相等,內角也一樣的n邊多邊形。

希臘的數學家早知道用圓規和沒有刻度的直尺畫出正三、四、五、十五邊形。但是在這之後的二千多年以來沒有人知道怎麼用直尺和圓規構造正十一邊、十三邊、十四邊、十七邊多

邊形。

還不到十八歲的高斯發現了:一個正n邊形可以用直尺和圓規畫出當且僅當n是底下兩種形式之一:

德國大數學家高斯

k= 0,1,2, 。。。

十七世紀時法國數學家費馬( Fermat )以為公式

德國大數學家高斯

在k = 0, 1, 2, 3, 。。。。給出素數。(事實上,目前只確定F 0 ,F 1 ,F 2 ,F 4是質數,F 5不是)。

高斯用代數方法解決了二千多年來的幾何難題,而且找到正十七邊形的直尺與圓規的作法。他是那麼的興奮,因此決定一生研究數學。據說,他還表示希望死後在他的墓碑上能刻上一個正十七邊形,以紀念他少年時最重要的數學發現。

德國大數學家高斯

1799年高斯呈上他的博士論文,這論文證明了代數一個重要的定理:任何一元代數方程都有根。這結果數學上稱為「代數基本定理」。

事實上在高斯之間有許多數學家認為已給出了這個結果的證明,可是沒有一個證是嚴密的,高斯是第一個數學家給出嚴密無誤的證明,高斯認為這個定理是很重要的,在他一生中給了一共四個不同的證明。高斯沒有錢印刷他的學位論文,還好費迪南公爵給他錢印刷。

德國大數學家高斯

二十歲時高斯在他的日記上寫,他有許多數學想法出現在腦海中,由於時間不定,因此只能記部分小部分部分幸虧他把研究的成果寫成一本叫<算學研究>,並且在二十四歲時出版,這書是用拉丁文寫,原來有八章,由於錢不夠,只好印七章,這書可以說是數論第一本有系統的著作,高斯第一次介紹」同

餘」這個概念。