数学家的故事.doc

数学巨匠简介（校本课程）临城中学 崔秀华目录第一章、几何之父-欧几里德第二章、天才数学家-欧拉第三章、解析几何的创始人-笛卡尔第五章、20世纪数学的指路人-希尔伯特第四章、科学巨人-牛顿第六章、为科学而疯的人-康托尔第七章、韦达-符号代数的先驱第八章、数学分析严格化的开拓者-柯西第九章、黎曼几何的创始人-黎曼第一章 几何之父-欧几里德我们现在学习的几何学，是由古希腊数学家欧几里德(公无前330前275)创立的。他在公元前300年编写的几何原本，2000多年来都被看作学习几何的标准课本，所以称欧几里德为几何之父。欧几里德生于雅典，接受了希腊古典数学及各种科学文化，30岁就成了有名的学者。应当时埃及国王的邀请，他客居亚历山大城，一边教学，一边从事研究。古希腊的数学研究有着十分悠久的历史，曾经出过一些几何学著作，但都是讨论某一方面的问题，内容不够系统。欧几里德汇集了前人的成果，采用前所未有的独特编写方式，先提出定义、公理、公设，然后由简到繁地证明了一系列定理，讨论了平面图形和立体图形，还讨论了整数、分数、比例等等，终于完成了几何原本这部巨著。原本问世后，它的手抄本流传了1800多年。1482年印刷发行以后，重版了大约一千版次，还被译为世界各主要语种。13世纪时曾传入中国，不久就失传了，1607年重新翻译了前六卷，1857年又翻译了后九卷。欧几里德善于用简单的方法解决复杂的问题。他在人的身影与高正好相等的时刻，测量了金字塔影的长度，解决了当时无人能解的金字塔高度的大难题。他说：“此时塔影的长度就是金字塔的高度。”欧几里德是位温良敦厚的教育家。欧几里得也是一位治学严谨的学者，他反对在做学问时投机取巧和追求名利，反对投机取巧、急功近利的作风。尽管欧几里德简化了他的几何学，国王（托勒密王）还是不理解，希望找一条学习几何的捷径。欧几里德说：“在几何学里，大家只能走一条路，没有专为国王铺设的大道。”这句话成为千古传诵的学习箴言。一次，他的一个学生问他，学会几何学有什么好处?他幽默地对仆人说：“给他三个钱币，因为他想从学习中获取实利。”    欧氏还有已知数图形的分割等著作。第二章 天才数学家-欧拉    欧拉1707年出生在瑞士的巴塞尔（Basel）城，13岁就进巴塞尔大学读书，得到当时最有名的数学家约翰·伯努利（Johann Bernoulli，1667-1748年）的精心指导    欧拉渊博的知识，无穷无尽的创作精力和空前丰富的著作，都是令人惊叹不已的！他从19岁开始发表论文，直到76岁，半个多世纪写下了浩如烟海的书籍和论文到今几乎每一个数学领域都可以看到欧拉的名字，从初等几何的欧拉线，多面体的欧拉定理，立体解析几何的欧拉变换公式，四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数，微分方程的欧拉方程，级数论的欧拉常数，变分学的欧拉方程，复变函数的欧拉公式等等，数也数不清他对数学分析的贡献更独具匠心，无穷小分析引论一书便是他划时代的代表作，当时数学家们称他为"分析学的化身"    欧拉是科学史上最多产的一位杰出的数学家，据统计他那不倦的一生，共写下了886本书籍和论文，其中分析、代数、数论占40%，几何占18%，物理和力学占28%，天文学占11%，弹道学、航海学、建筑学等占3%，彼得堡科学院为了整理他的著作，足足忙碌了四十七年    欧拉著作的惊人多产并不是偶然的，他可以在任何不良的环境中工作，他常常抱着孩子在膝上完成论文，也不顾孩子在旁边喧哗他那顽强的毅力和孜孜不倦的治学精神，使他在双目失明以后，也没有停止对数学的研究，在失明后的17年间，他还口述了几本书和400篇左右的论文19世纪伟大数学家高斯（Gauss，1777-1855年）曾说："研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法"    欧拉的父亲保罗·欧拉（Paul Euler）也是一个数学家，原希望小欧拉学神学，同时教他一点教学由于小欧拉的才人和异常勤奋的精神，又受到约翰·伯努利的赏识和特殊指导，当他在19岁时写了一篇关于船桅的论文，获得巴黎科学院的奖的奖金后，他的父亲就不再反对他攻读数学了    1725年约翰·伯努利的儿子丹尼尔·伯努利赴俄国，并向沙皇喀德林一世推荐了欧拉，这样，在1727年5月17日欧拉来到了彼得堡1733年，年仅26岁的欧拉担任了彼得堡科学院数学教授1735年，欧拉解决了一个天文学的难题（计算慧星轨道），这个问题经几个著名数学家几个月的努力才得到解决，而欧拉却用自己发明的方法，三天便完成了然而过度的工作使他得了眼病，并且不幸右眼失明了，这时他才28岁1741年欧拉应普鲁士彼德烈大帝的邀请，到柏林担任科学院物理数学所所长，直到1766年，后来在沙皇喀德林二世的诚恳敦聘下重回彼得堡，不料没有多久，左眼视力衰退，最后完全失明不幸的事情接踵而来，1771年彼得堡的大火灾殃及欧拉住宅，带病而失明的64岁的欧拉被围困在大火中，虽然他被别人从火海中救了出来，但他的书房和大量研究成果全部化为灰烬了    沉重的打击，仍然没有使欧拉倒下，他发誓要把损失夺回来在他完全失明之前，还能朦胧地看见东西，他抓紧这最后的时刻，在一块大黑板上疾书他发现的公式，然后口述其内容，由他的学生特别是大儿子A·欧拉（数学家和物理学家）笔录欧拉完全失明以后，仍然以惊人的毅力与黑暗搏斗，凭着记忆和心算进行研究，直到逝世，竟达17年之久    欧拉的记忆力和心算能力是罕见的，他能够复述年青时代笔记的内容，心算并不限于简单的运算，高等数学一样可以用心算去完成有一个例子足以说明他的本领，欧拉的两个学生把一个复杂的收敛级数的17项加起来，算到第50位数字，两人相差一个单位，欧拉为了确定究竟谁对，用心算进行全部运算，最后把错误找了出来欧拉在失明的17年中；还解决了使牛顿头痛的月离问题和很多复杂的分析问题欧拉的风格是很高的，拉格朗日是稍后于欧拉的大数学家，从19岁起和欧拉通信，讨论等周问题的一般解法，这引起变分法的诞生等周问题是欧拉多年来苦心考虑的问题，拉格朗日的解法，博得欧拉的热烈赞扬，1759年10月2日欧拉在回信中盛称拉格朗日的成就，并谦虚地压下自己在这方面较不成熟的作品暂不发表，使年青的拉格朗日的工作得以发表和流传，并赢得巨大的声誉他晚年的时候，欧洲所有的数学家都把他当作老师，著名数学家拉普拉斯（Laplace）曾说过："欧拉是我们的导师" 欧拉充沛的精力保持到最后一刻，1783年9月18日下午，欧拉为了庆祝他计算气球上升定律的成功，请朋友们吃饭，那时天王星刚发现不久，欧拉写出了计算天王星轨道的要领，还和他的孙子逗笑，喝完茶后，突然疾病发作，烟斗从手中落下，口里喃喃地说："我死了"，欧拉终于"停止了生命和计算"    欧拉的一生，是为数学发展而奋斗的一生，他那杰出的智慧，顽强的毅力，孜孜不倦的奋斗精神和高尚的科学道德，永远是值得我们学习的欧拉在数学上的建树很多，对著名的哥尼斯堡七桥问题的解答开创了图论的研究。欧拉还发现，不论什么形状的凸多面体，其顶点数v、棱数e、面数f之间总有v-e+f=2这个关系。v-e+f被称为欧拉示性数，成为拓扑学的基础概念。在数论中，欧拉首先引进了重要的欧拉函数(n)，用多种方法证明了费马小定理。以欧拉的名字命名的数学公式、定理等在数学书籍中随处可见, 与此同时，他还在物理、天文、建筑以至音乐、哲学方面取得了辉煌的成就。欧拉还创设了许多数学符号，例如（1736年），i（1777年），e（1748年），sin和cos（1748年），tg（1753年），x（1755年），（1755年），f(x)（1734年）等在数学领域内，18世纪可正确地称为欧拉世纪。欧拉是18世纪数学界的中心人物。他是继I牛顿（Newton）之最重要的数学家之一。在他的数学研究成果中，首推第一的是分析学。欧拉把由伯努利家族继承下来的莱布尼茨学派的分析学内容进行整理，为19世纪数学的发展打下了基础。他还把微积分法在形式上进一步发展到复数范围，并对偏微分方程，椭圆函数论，变分法的创立和发展留下先驱的业绩。在欧拉全集中，有17卷属于分析学领域。他被同时代的人誉为“分析的化身”。1数论欧拉的一系列成奠定作为数学中一个独立分支的数论的基础。欧拉的著作有很大一部分同数的可除性理论有关。欧拉在数论中最重要的发现是二次反律。2代数欧拉代数学入门一书，是16世纪中期开始发展的代数学的一个系统总结。3无穷级数欧拉的微分学原理（Introductio calculi differentialis，1755）是有限差演算的第一部论著，他第一个引进差分算子。欧拉在大量地应用幂级数时，还引进了新的极其重要的傅里叶三角级数类。1777年，为了把一个给定函数展成在（0，“180”）区间上的余弦级数，欧拉又推出了傅里叶系数公式。欧拉还把函数展开式引入无穷乘积以及求初等分式的和，这些成果在后来的解析函数一般理论中占有重要的地位。他对级数的和这一概念提出了新的更广泛的定义。他还提出了两种求和法。这些丰富的思想，对19世纪末，20世纪初发散级数理论中的两个主题，即渐近级数理论和可和性的概念产生了深远影响。4函数概念18世纪中叶，分析学领域有许多新的发现，其中不少是欧拉自已的工作。它们系统地概括在欧拉的无穷分析引论、微分学原理和积分学原理组成的分析学三部曲中。这三部书是分析学发展的里程碑四式的著作。5初等函数无穷分析引论第一卷共18章，主要研究初等函数论。其中，第八章研究圆函数，第一次阐述了三角函数的解析理论，并且给出了棣莫佛（de Moivre）公式的一个推导。欧拉在无穷分析引论中研究了指数函数和对数函数，他给出著名的表达式（这里i表示趋向无穷大的数；1777年后，欧拉用i表示 ），但仅考虑了正自变量的对数函数。1751年，欧拉发表了完备的复数理论。6单复变函数通过对初等函数的研究，达朗贝尔和欧拉在17471751年间先后得到了（用现代数语表达的）复数域关于代数运算和超越运算封闭的结论。他们两人还在分析函数的一般理论方面取得了最初的进展。7微积分学欧拉的微分学原理和积分学原理二书对当时的微积分方法作了最详尽、最有系统的解说，他以其众多的发现丰富可无穷小分析的这两个分支。8微分方程积分原理还展示了欧拉在常微分方程和偏方程理论方面的众多发现。他和其他数学家在解决力学、物理问题的过程中创立了微分方程这门学科。在常微分方程方面，欧拉在1743年发表的论文中，用代换 给出了任意阶常系数线性齐次方程的古典解法，最早引人了“通解”和“特解”的名词。1753年，他又发表了常系数非齐次线性方程的解法，其方法是将方程的阶数逐次降低。欧拉在18世纪30年代就开始了对偏微分程的研究。他在这方面最重要的工作，是关于二阶线性方程的。9变分法1734年，他推广了最速降线问题。然后，着手寻找关于这种问题的更一般方法。1744年，欧拉的寻求具有某种极大或极小性质的曲线的方法一书出版。这是变分学史上的里程碑，它标志着变分法作为一个新的数学分析的诞生。10几何学坐标几何方面，欧拉的主要贡献是第一次在相应的变换里应用欧拉角，彻底地研究了二次曲面的一般方程。微分几何方面，欧拉于1736年首先引进了平面曲线的内在坐标概念，即以曲线弧长这一几何量作为曲线上点的坐标，从而开始了曲线的内在几何研究。1760年，欧拉在关于曲面上曲线的研究中建立了曲面的理论。这本著作是欧拉对微分几何最重要的贡献，是微分几何发展史上的里程碑。欧拉对拓扑学的研究也是具有第一流的水平。1735年，欧拉用简化（或理想化）的表示法解决了著名的歌尼斯堡七桥游戏问题得到了具有拓扑意义的河桥图的判断法则，即现今网络论中的欧拉定理。第三章 解析几何的创始人笛卡尔法国数学家、物理学家、哲学家笛卡尔(15961650)，生前因怀疑教会信条受到迫害，长年在国外避难。他的著作生前或被禁止出版或被烧毁，他死后多年还被列入“禁书目录”。但在今天，法国首都巴黎安葬民族先贤的圣日耳曼圣心堂中，庄重的大理石墓碑上镌刻着“笛卡尔，欧洲文艺复兴以来，第一个为人类争取并保证理性权利的人”。笛卡尔的著作，无论是数学、自然科学，还是哲学，都开创了这些学科的崭新时代。几何学是他公开发表的唯一数学著作，虽则只有117页，但它标志着代数与几何的第一次完美结合，使形形色色的代数方程表现为不同的几何图形，许多相当难解的几何题转化为代数题后能轻而易举地找到答案. 他的主要著作都是在荷兰完成的，其中1637年出版的方法论一书成为哲学经典。这本书中的3个著名附录几何折光和气象更奠定了笛卡儿在数学、物理和天文学中的地位。在几何中，笛卡儿分析了几何学与代数学的优缺点，指出：希腊人的几何过于抽象，而且过多的依赖于图形，总是要寻求一些奇妙的想法。代数却完全受法则和公式的控制，以致于阻碍了自由的思想和创造。他同时看到了几何的直观与推理的优势和代数机械化运算的力量。于是笛卡儿着手解决这个问题，并由此创立了解析几何。所以说笛卡尔是解析几何的创始人。笛卡尔一生作出了多方面的贡献，他在1634年写的宇宙学，包含当时被教会视为“异端”的观点：他提出地球自转和宇宙无限；他提的漩涡说是当时最权威的太阳起源理论；他还提出了光的本性是粒子流的假说，并认为在广袤无垠的太空中存在着极其精细的以太。直到二三百年以后，笛卡尔的这些观点仍具有很高的研究价值。笛卡儿不仅在哲学领域里开辟了一条新的道路，同时笛卡儿又是一勇于探索的科学家，在物理学、生理学等领域都有值得称道的创见，特别是在数学上他创立了解析几何，从而打开了近代数学的大门，在科学史上具有划时代的意义。笛卡儿的主要数学成果集中在他的“几何学”中。当时，代数还是一门比较新的科学，几何学的思维还在数学家的头脑中占有统治地位。在笛卡儿之前，几何与代数是数学中两个不同的研究领域。笛卡儿站在方法论的自然哲学的高度，认为希腊人的几何学过于依赖于图形，束缚了人的想象力。对于当时流行的代数学，他觉得它完全从属于法则和公式，不能成为一门改进智力的科学。因此他提出必须把几何与代数的优点结合起来，建立一种“真正的数学”。笛卡儿的思想核心是：把几何学的问题归结成代数形式的问题，用代数学的方法进行计算、证明，从而达到最终解决几何问题的目的。依照这种思想他创立了我们现在称之为的“解析几何学”。1637年，笛卡儿发表了几何学，创立了直角坐标系。他用平面上的一点到两条固定直线的距离来确定点的距离，用坐标来描述空间上的点。他进而又创立了解析几何学，表明了几何问题不仅可以归结成为代数形式，而且可以通过代数变换来实现发现几何性质，证明几何性质。解析几何的出现，改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向，把相互对立着的“数”与“形”统一了起来，使几何曲线与代数方程相结合。笛卡儿的这一天才创见，更为微积分的创立奠定了基础，从而开拓了变量数学的广阔领域。最为可贵的是，笛卡儿用运动的观点，把曲线看成点的运动的轨迹，不仅建立了点与实数的对应关系，而且把形（包括点、线、面）和“数”两个对立的对象统一起来，建立了曲线和方程的对应关系。这种对应关系的建立，不仅标志着函数概念的萌芽，而且标明变数进入了数学，使数学在思想方法上发生了伟大的转折由常量数学进入变量数学的时期。正如恩格斯所说：“数学中的转折点是笛卡儿的变数。”有了变数，运动进入了数学，有了变数，辨证法进入了数学，有了变数，微分和积分也就立刻成为必要了。笛卡儿的这些成就，为后来牛顿、莱布尼兹发现微积分，为一大批数学家的新发现开辟了道路。笛卡儿在其他科学领域的成就同样累累硕果。笛卡儿靠着天才的直觉和严密的数学推理，在物理学方面做出了有益的贡献。从1619年读了开普勒的光学著作后，笛卡儿就一直关注着透镜理论；并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分。笛卡儿坚信光是“即时”传播的，他在著作论人和哲学原理中，完整的阐发了关于光的本性的概念。他还从理论上推导了折射定律，与荷兰的斯涅耳共同分享发现光的折射定律的荣誉。他还对人眼进行光学分析，解释了视力失常的原因是晶状体变形，设计了矫正视力的透镜。在力学方面，他提出了宇宙间运动量总和是常数的观点，创造了运动量守恒定律，为能量守恒定律奠定了基础。他还指出，一个物体若不受外力作用，将沿直线匀速运动。笛卡儿在其他的科学领域还有不少值得称道的创见。他发展了宇宙演化论，创立了漩涡说。他认为太阳的周围有巨大的漩涡，带动着行星不断运转。物质的质点处于统一的漩涡之中，在运动中分化出土、空气和火三种元素，土形成行星，火则形成太阳和恒星。笛卡儿的这一太阳起源的旋涡说，比康德的星云说早一个世纪，是17世纪中最有权威的宇宙论。他还提出了刺激反应说，为生理学做出了一定的贡献。笛卡儿近代科学的始祖。笛卡儿是欧洲近代哲学的奠基人之一，黑格尔称他为“现代哲学之父”。他自成体系，熔唯物主义与唯心主义于一炉，在哲学史上产生了深远的影响。同时，他又是一位勇于探索的科学家，他所建立的解析几何在数学史上具有划时代的意义。笛卡儿堪称17世纪的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一，被誉为“近代科学的始祖”。第五章 20世纪数学的指路人-希尔伯特希尔伯特，D（Hilbert，David，18621943）德国数学家，生于东普鲁士哥尼斯堡（前苏联加里宁格勒）附近的韦劳。中学时代，希尔伯特就是一名勤奋好学的学生，对于科学特别是数学表现出浓厚的兴趣，善于灵活和深刻地掌握以至应用老师讲课的内容。1880年，他不顾父亲让他学法律的意愿，进入哥尼斯堡大学攻读数学。1884年获得博士学位，后来又在这所大学里取得讲师资格和升任副教授。1893年被任命为正教授，1895年，转入格廷根大学任教授，此后一直在格廷根生活和工作，于是930年退休。在此期间，他成为柏林科学院通讯院士，并曾获得施泰讷奖、罗巴切夫斯基奖和波约伊奖。1930年获得瑞典科学院的米塔格莱福勒奖，1942年成为柏林科学院荣誉院士。希尔伯特是一位正直的科学家，第一次世界大战前夕，他拒绝在德国政府为进行欺骗宣传而发表的告文明世界书上签字。战争期间，他敢干公开发表文章悼念“敌人的数学家”达布。希特勒上台后，他抵制并上书反对纳粹政府排斥和迫害犹太科学家的政策。由于纳粹政府的反动政策日益加剧，许多科学家被迫移居外国，曾经盛极一时的格廷根学派衰落了，希尔伯特也于1943年在孤独中逝世。希尔伯特是对二十世纪数学有深刻影响的数学家之一。他领导了著名的格廷根学派，使格廷根大学成为当时世界数学研究的重要中心，并培养了一批对现代数学发展做出重大贡献的杰出数学家。希尔伯特的数学工作可以划分为几个不同的时期，每个时期他几乎都集中精力研究一类问题。按时间顺序，他的主要研究内容有：不变式理论、代数数域理论、几何基础、积分方程、物理学、一般数学基础，其间穿插的研究课题有：狄利克雷原理和变分法、华林问题、特征值问题、“希尔伯特空间”等。在这些领域中，他都做出了重大的或开创性的贡献。希尔伯特认为，科学在每个时代都有它自己的问题，而这些问题的解决对于科学发展具有深远意义。他指出：“只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满着生命力，而问题缺乏则预示着独立发展的衰亡和终止。”在1900年巴黎国际数学家代表大会上，希尔伯特发表了题为数学问题的著名讲演。他根据过去特别是十九世纪数学研究的成果和发展趋势，提出了23个最重要的数学问题。这23个问题通称希尔伯特问题，后来成为许多数学家力图攻克的难关，对现代数学的研究和发展产生了深刻的影响，并起了积极的推动作用，希尔伯特问题中有些现已得到圆满解决，有些至今仍未解决。他在讲演中所阐发的想信每个数学问题都可以解决的信念，对于数学工作者是一种巨大的鼓舞。他说：“在我们中间，常常听到这样的呼声：这里有一个数学问题，去找出它的答案！你能通过纯思维找到它，因为在数学中没有不可知。”三十年后，1930年，在接受哥尼斯堡荣誉市民称号的讲演中，针对一些人信奉的不可知论观点，他再次满怀信心地宣称：“我们必须知道，我们必将知道。”希尔伯特的几何基础（1899）是公理化思想的代表作，书中把欧几里得几何学加以整理，成为建立在一组简单公理基础上的纯粹演绎系统，并开始探讨公理之间的相互关系与研究整个演绎系统的逻辑结构。1904年，又着手研究数学基础问题，经过多年酝酿，于二十年代初，提出了如何论证数论、集合论或数学分析一致性的方案。他建议从若干形式公理出发将数学形式化为符号语言系统，并从不假定实无穷的有穷观点出发，建立相应的逻辑系统。然后再研究这个形式语言系统的逻辑性质，从而创立了元数学和证明论。希尔伯特的目的是试图对某一形式语言系统的无矛盾性给出绝对的证明，以便克服悖论所引起的危机，一劳永逸地消除对数学基础以及数学推理方法可靠性的怀疑。然而，1930年，年青的奥地利数理逻辑学家哥德尔（KGdel，19061978）获得了否定的结果，证明了希尔伯特方案是不可能实现的。但正如哥德尔所说，希尔伯特有关数学基础的方案“仍不失其重要性，并继续引起人们的高度兴趣”。希尔伯特的著作有希尔伯特全集（三卷，其中包括他的著名的数论报告）、几何基础、线性积分方程一般理论基础等，与其他合著有数学物理方法、理论逻辑基础、直观几何学、数学基础。1900年8月8日，在巴黎第二届国际数学家大会上，德国的希尔伯特(18621943)提出新世纪数学家应当努力解决的23个问题。从那以后，全世界几乎所有的数学家，都被他吸引。这23个问题成为本世纪数学学科发展的缩影。这些问题的研究有力地推动了20世纪数学的发展。希尔伯特的工作涉及许多数学基本问题。19世纪中叶以后，与通常的欧几里德几何不同的非欧几何出现后，暴露了几千年来被认为非常严密的欧几里德几何的缺陷，需要改进。希尔伯特的巨著几何学基础，提出了一个更为严谨完整的几何公理系统，并引起了20世纪初为建立各个数学分支牢固基础而努力的“公理化运动”。他在1900年提出的23个数学问题，被认为是本世纪数学的制高点，在世界上产生了深远的影响。著名的哥德巴赫猜想也是问题之一，以陈景润为代表的中国数学家获得了重大突破，但还没有彻底解决。希尔伯特领导的数学学派是上世纪末本世纪初数学界的一面旗帜，希尔伯特被称为“无冕的数学之王”。希尔伯特生于普鲁士，从小对数学得心应手。他的一位亲戚回忆说，小希尔伯特“作文”要靠妈妈帮助，但是却能给老师讲解数学难题。希尔伯特18岁进大学，23岁获博士学位。希尔伯特不仅是位杰出的学者，而且是为思想自由、政治民主而斗争的战士，1943年2月14日与世长辞。后人在他的墓碑上镌刻着他的格言：“我们必须知道，我们必将知道。”第四章 科学巨人 牛顿伊撒克·牛顿（Isaac Newton,16421727）于1642年12月25日出生在英国林肯郡沃尔斯索普村。他是个早产儿，出生时十分脆弱和瘦小。在他出生之后的最初几个月里，医生不得不在他的脖子上装了一个支架来保护他，没有人期望他能活下来。后来，牛顿时常拿自己开玩笑，说他妈妈曾告诉他：他出生时是如此弱小，以至于可以把他放进一个一夸脱（约114升）的大杯子里。牛顿的父亲是一个农民，在他出生前几个月就去世了。当他还不到两岁的时候，他母亲改嫁给了当地的一位牧师，小牛顿只好寄宿在他年迈的外婆家中。牛顿小时候性格孤僻腼腆，对功课也不感兴趣，学习很吃力。12岁时，他由农村小学转到格朗达姆镇学校，在班上被同学瞧不起，而且常常受欺负。有一次，班上的一个大个子又欺负他，牛顿终于忍无可忍，奋起反抗，竟然把对方打败了。从此他发奋读书，成绩逐渐上升到全班第一。14岁那年，他继父病故，他母亲就把他接回家并想把他培养成一个农民。但事实表明牛顿并不适合做这方面的事情。他宁愿读书，做一些木制模型，他曾经自己做过一个以老鼠为动力的磨面粉的磨和一个用水推动的木钟，就是不愿意干农活。幸运的是，他母亲最终放弃了这种尝试并让他回到中学去学习。1661年6月，18岁的牛顿考进了剑桥大学的三一学院。在最初的一段时间里，他的成绩并不突出。但在导师巴罗的影响下，他的学业开始突飞猛进。巴罗这位优秀的数学家、古典学者、天文学家和光学研究领域里的权威，是第一个发现牛顿天才的人。1664年，牛顿获得学士学位，1665年毕业于剑桥大学，并留校作研究工作。在此期间，牛顿开始把注意力放在数学上。他先读了欧几里得的几何原本，在他看来那太容易了；然后他又读笛卡儿的几何学，这对他来说又有些困难。他还读了奥特雷德的入门，开普勒和韦达的著作，还有沃利斯的无穷的算术。他从读数学到研究数学，四岁时就发现了二项式定理的推广形式，并且创造了流数术，即我们现在所说的求导数方法。1666年6月由于凶猛的鼠疫横行，剑桥大学被迫停课。牛顿回到了伍尔斯托普家乡，住了将近两年。其间，他研究数学和物理问题，并且将万有引力理论的基本原理系统化。1666年，他做了第一个光学实验，用三棱镜分析目光，发现白光是由不同颜色的光构成的，从而奠定了光谱分析学的基础。1667年，牛顿回到剑桥，有两年的功夫主要从事光学研究。1669年，巴罗把自己卢卡斯讲座的席位让给了牛顿，于是牛顿开始了他长达18年的大学教授生涯。他的第一个讲演是关于光学理论的，后来他把它作为一篇论文在英国皇家学会会刊上发表，并引起了相当大的反响。他在光学中得到的一些结论引起了一些科学家的猛烈攻击。他看到这些争论非常无聊，就发誓再也不发表任何关于科学的东西了。也许就是因为这个原因，从而引发了他与莱布尼茨在微积分发现的优先权上的争论。这场争论导致英国数学家追认牛顿为他们的导师，并割断了他们与欧洲大陆的联系。从而使英国的数学进展推迟了一百年。牛顿的流数术写于1671年。在这部影响深远的著作中，牛顿阐述了他的微积分的一些基本概念，还有对代数方程或超越方程都适用的实根近似值求法。这种方法后来被称为牛顿法。1672年，由于他设计、制造了反射望远镜，而被选为皇家学会会员。他把关于光的粒子学说的论著寄给了皇家学会，他的声誉以及对理论的巧妙处理，使该理论得到了普遍采用。牛顿从1673年到1683年在大学的讲演主要是关于代数和方程论的。其演讲内容都包括在1707年发表的通用算术一书中。其中，有许多方程论的成果，如：实多项式的虚根必成对出现；求多项式根的上界的规则等等。1679年，牛顿把对地球半径的一次新的测量与对月球运动的研究联系起来，并以此来证实他的万有引力定律。他还假定太阳和行星为重质点，证明了他的万有引力定律与开普勒的行星运动定律的一致性。但有5年之久，他没有把这个重要的发现告诉任何人。后来，哈雷看到了牛顿的原稿，认识到它的重要性。于是在他的鼓励下，牛顿从1685年至1687年，完成了巨著自然科学的数学原理第1、2、3册，由哈雷出资发表。这部著作的诞生立刻对整个欧洲产生了巨大影响。这本书中，第一次有了地球和天体主要运动现象的完整的力学体系和完整的数学公式。事实证明，这是科学史上最有影响、荣誉最高的著作。有意思的是，这些定理也许是用流数术发现的，但却都是借助古典希腊几何熟练地证明的。在相对论出现之前，整个物理学和天文学都是以牛顿在这部著作中作出的一个特别适合的坐标系的假定为基础的。书中还有许多涉及高次平面曲线的成果和一些引人入胜的几何定理的证明。然而，牛顿对自己的评价却十分谦虚：“我不知道世间把我看成什么样的人；但是对我来说，就像一个在海边玩耍的小孩，有时找到一块比较平滑的卵石或格外漂亮的贝壳，感到高兴，在我前面是完全没有被发现的真理的大海洋。”他很尊重前人的成果，他说如果他比别人看得远些，那只是由于站在巨人肩上的原故。纵览牛顿的一生，他不愧为最伟大的数学家和物理学家。他对物理问题的洞察力以及运用数学方法处理物理问题的能力，都是空前卓越的。莱布尼茨说：“在从世界开始到牛顿生活的年代的全部数学中，牛顿的工作超过一半！”1689年，牛顿成为剑桥大学选出的国会议员。1692年，他得了奇怪的病，持续了大约两年，致使他有些精神失常。1696年，牛顿被任命为造币局总监。1699年，他被法国巴黎科学院选为外籍院土，同时被提升为造币厂厂长。1703年，被选为皇家学会主席并连任20年，直至他逝世。1705年，他被封为爵士。晚年，他主要从事化学、炼丹和神学。虽然他在数学上创造性的工作实质上已经停止了，但他还没有失去这方面的非凡能力，仍能熟练地解决提供给他的数学竞赛题，而这些题目是远远超过了其他数学家的能力的。在他晚年的生活中，与莱布尼茨那场不幸的争论，使他很不愉快。1727年，他在一场拖了很久的痛苦的病中死去，终年85岁。他被安葬在威斯敏斯特教堂。第六章 为科学而疯的人康托尔由于研究无穷时往往推出一些合乎逻辑的但又荒谬的结果(称为“悖论”)，许多大数学家唯恐陷进去而采取退避三舍的态度。在18741876年期间，不到30岁的年轻德国数学家康托尔向神秘的无穷宣战。他靠着辛勤的汗水，成功地证明了一条直线上的点能够和一个平面上的点一一对应，也能和空间中的点一一对应。这样看起来，1厘米长的线段内的点与太平洋面上的点，以及整个地球内部的点都“一样多”，后来几年，康托尔对这类“无穷集合”问题发表了一系列文章，通过严格证明得出了许多惊人的结论。康托尔的创造性工作与传统的数学观念发生了尖锐冲突，遭到一些人的反对、攻击甚至谩骂。有人说，康托尔的集合论是一种“疾病”，康托尔的概念是“雾中之雾”，甚至说康托尔是“疯子”。来自数学权威们的巨大精神压力终于摧垮了康托尔，使他心力交瘁，患了精神分裂症，被送进精神病医院。真金不怕火炼，康托尔的思想终于大放光彩。1897年举行的第一次国际数学家会议上，他的成就得到承认，伟大的哲学家、数学家罗素称赞康托尔的工作“可能是这个时代所能夸耀的最巨大的工作。”可是这时康托尔仍然神志恍惚，不能从人们的崇敬中得到安慰和喜悦。1918年1月6日，康托尔在一家精神病院去世。康托尔(18451918)，生于俄国彼得堡一丹麦犹太血统的富商家庭，10岁随家迁居德国，自幼对数学有浓厚兴趣。23岁获博士学位，以后一直从事数学教学与研究。他所创立的集合论已被公认为全部数学的基础。第七章 韦达-符号代数的先驱韦达（FrancisVieta，1540l603)，1540年生于法国普瓦图的丰特奈一勒扎特。早年学法律，曾在巴黎裁判所任律师。后以律师身份在地方议会供职。1580年任那瓦尔的亨利亲王的枢密顾问。工作之余，进行许多数学研究。在法国与西班牙战争期间，他曾破译西班牙作战机密，首次崭露数学才能，但却遭西班牙宗教裁判所缺席判决处以焚烧致死的极刑，幸未能执行。15841589年间，由于政治原因，韦达变成平民。于是他更加专心于数学研究，有时竟能几昼夜不眠。他是一位人文主义者，主张复古的意识很强。他还自费印刷、发行自己的著作。l603年12月13日在巴黎逝世。韦达最突出的贡献是在符号代数方面。他系统地研读了卡丹、塔泰格利亚、蓬贝利、斯蒂文以及丢番图的著作，并从这些名家、尤其是从丢番图的著作中，获取了使用字母、缩写代数的思想方法，主张用“分析”这个术语来概括当时代数的知识内容和方法，而不赞成从阿拉伯承袭而来的algebra这个词。他创设了大量的代数符号，用字母代替本知数和未知数的乘幂，也用字母表示一般的系数，他的这套做法后继笛卡儿等人的改进，成为现代代数的形式。韦达把他的符号性代数称作“类的筹算术”，以区别所谓具体的所谓“数的筹算术”，从而指出了代数和算术的区别。他还系统地阐述并改进了三、四次方程的解法，指出了根与系数之间的重要关系，即韦达定理。从而，使当时的代数学系统化了，所以人们也称韦达为“西方代数学之父”。 韦达，F（Viete，Francoic）1540年生于法国普瓦图地区Poitou，今旺代省的丰特奈勒孔特（FontenayleComte）；1603年12月13日卒于巴黎。韦达是法国十六世纪最有影响的数学家。他的成就主要有：平面三角学与球面三角学应用于三角形的数学定律是韦达最早的数学专著之一，也是早期系统论述平面和球面三角学的著作之一。韦达还专门写了一篇论文“截角术”，初步讨论了正弦，余弦，正切弦的一般公式，首次把代数变换应用到三角学中。他考虑含有倍角的方程，具体给出了将表示成的函数，并给出当n等于任意正整数的倍角表达式了。符号代数与方程理论分析方法入门是韦达最重要的代数著作，也是最早的符号代数专著，书中第1章应用了两种希腊文献：帕波斯的数学文集第7篇和丢番图著作中的解题步骤结合起来，认为代数是一种由已知结果求条件的逻辑分析技巧，并自信希腊数学家已经应用了这种分析术，他只不过将这种分析方法重新组织。韦达不满足于丢番图对每一问题都用特殊解法的思想，试图创立一般的符号代数。他引入字母来表示量，用辅音字母B，C，D等表示已知量，用元音字母A（后来用过N）等表示未知量x，而用A quadratus，A cubus 表示，并将这种代数称为本“类的运算”以此区别于用来确定数目的“数的运算”。当韦达提出类的运算与数的运算的区别时，就已规定了代数与算术的分界。这样，代数就成为研究一般的类和方程的学问，这种革新被认为是数学史上的重要进步，它为代数学的发展开辟了道路，因此韦达被西方称为“代数学之父”。1593年，韦达又出版了另一部代数学专著分析五篇（5卷，约1591年完成）；论方程的识别与订正是韦达逝世后由他的朋友A安德森在巴黎出版的，但早在1591年业已完成。其中得到一系列有关方程变换的公式，给出了G卡尔达诺三次方程和L费拉里四次方程解法改进后的求解公式。而另一成就是记载了著名的韦达定理，即方程的根与系数的关系式。韦达还探讨了代数方程数值解的问题，1591年已有纲要，1600年以幂的数值解法为题出版。几何学的贡献1593年韦达在分析五篇中曾说明怎样用直尺和圆规作出导致某些二次方程的几何问题的解。同年他的几何补篇（Supplementum geometriae）在图尔出版了，其中给尺规作图问题所涉及的一些代数方程知识。此外，韦达最早明确给出有关圆周率值的无穷运算式，而且创造了一套10进分数表示法，促进了记数法的改革。之后，韦达用代数方法解决几何问题的思想由笛卡儿继承，发展成为解析几何学。第八章 数学分析严格化的开拓者-柯西柯西，AL（Cauchy，AugustinLouis）1789年8月21日生于法国巴黎；1857年5月22日卒于法国斯科。数学、数学物理、力学。数学分析严格化的开拓者分析严格化的需要柯西怀着严格化的明确目标，为数学分析建立了一个基本严谨的完整体系。他说：“至于方法，我力图赋予几何学中存在的严格性，决不求助于从代数一般性导出的推理。这种推理只能认为是一种推断，有时还适用于提示真理，但与数学科学的令人叹服的严谨性很不相符。”他说他通过分析公式成立的条件和规定所用记号的意