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数学之王欧拉有多强?发现最美数学公式,给圆周率取名为π

 qiangk4kzk8us4 2022-12-05 发布于云南

在数学几百年的历史中,有一位“数学之王”。论起对数学的贡献,如果他要称第二,可能没人敢称第一。

  • 自然常数e,用的是他名字的首字母;
  • 圆周率π,是他取的名字;
  • 他发现了“世界上最美、最简单也最复杂的公式”;
  • 而他传奇的一生,更是从刚学会走路就会算数开始,直到死亡前一秒还在讨论公式中结束;
  • 也许他的全名大家不熟悉,但一定知道以他名字命名的“欧拉公式”。

他就是18世纪瑞士数学家、物理学家、天文学家、科学家——莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)。

他的一生和对学术的贡献,配得上“伟大”二字,被后辈称为“神”一般的存在。!

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13岁上大学、16岁硕士毕业,还哲学、数学都精通!

欧拉出生于瑞士巴塞尔的一个牧师家庭。

家里面有六个孩子,其中欧拉就是长子,所以他在家里特别听话懂事。

在欧拉出生不久后,他们全家就搬到了郊外的里恩。在里恩,欧拉度过了他童年时期大部分的时光。

郊外的童年时光惬意也自由,小欧拉会帮父母放羊,顺便大量阅读书籍。其中大部分书都是与数学和科学有关的。

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真正让家人发现欧拉对数学的天赋,是一个放羊的故事。

有一次欧拉的父亲需要修建新的羊圈,因为家里的羊越养越多,羊圈的空间不够需要扩大。可是都没有很多的篱笆...

正当全家人都在伤脑筋时,小欧拉用他过人的数学头脑,重新设计了父亲的羊圈:把羊圈改成了25米边长的正方形,用简单的100米长的篱笆就成功扩大了羊圈的范围。

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成功帮爸爸省了一大笔钱。

大人们都惊呆了,这么聪明的方法,小欧拉又没人教,是怎么想出来的?

而当时的欧拉还不满7岁,还是在上幼儿园的年纪!有一种“别人家的孩子”的既视感...

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之后不久,欧拉正式开始了学业。为了让欧拉有一个更好的教育,欧拉的父母决定让欧拉搬回巴塞尔与他的外祖母一起居住。

但很可惜,当时欧拉所读的学校,并没有开设数学科目。

他的父亲只能请当时的一些大学生,当欧拉的家教老师,这就是欧拉人生中的第一个“数学老师”。如果当时那位大学生知道这位小同学未来的数学成就,应该要乐开了花吧。

很快欧拉的数学认知水平就超过了他的家教老师。

由于他太过喜欢数学,自学《代数学》。

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这本书连当时他的几位老师也未曾看过,连他的“大学生老师”也看的不是很懂,但是欧拉却看的津津有味。

遇到不懂得地方,还会做笔记,画记号,有不懂得地方还会向别人请教。

当时,欧拉还不满10岁。果然一个有数学天赋的人,表现就是与众不同。

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13岁,欧拉凭借自己的努力,考上了巴塞尔大学。跟随父亲的职业,选择了主修哲学与法律。

当时的他不仅是这所大学年龄最小的学生,也是当时整个瑞士年轻最小的学生。

因此这消息一出,在当时轰动了整个数学界,因为当时小欧拉已经展现出了过人的数学天赋。

在巴塞尔大学里,他认识了当时欧洲最出名的数学家——伯努利。

伯努利家族是当时非常有么的数学物理世家,他们家的事也很值得看,但这次主角是欧拉,伯努利下次咱们再细说。

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欧拉与伯努利画像

16岁,欧拉取得了哲学的硕士学位。其中他的学位论文,主题内容就是笛卡尔哲学与牛顿哲学的比较研究。

硕士毕业以后,欧拉为了遵从了父亲的意愿进入了神学系,学习神学,希腊语和希伯来语。

但当时欧拉的数学老师伯努利,觉得这样子太过可惜了,简直就是浪费一个数学人才。最后成功说服欧拉的父亲允许欧拉学习数学,并使他相信欧拉日后肯定能成为一位伟大的数学家。

欧拉发现世界上最美丽的公式

欧拉名副其实“数学之王”,他从19岁开始发表论文,直到76岁。

他那不倦的一生,共写下了886本书籍和论文,并发现了一些新理论,其中又震惊整个数学圈的“欧拉几何证明”,还有“世界上最美丽的公式”——欧拉公式。

早在1639年,法国著名数学家笛卡尔就发现了一个规律:“不管由多边形围成的凸多面体的外形如何变化,都满足一个简单的公式——V-E+F=2。

但在当时这个规律并未广泛流传。

由于欧拉之前所写的硕士毕业论文就有涉及到了笛卡尔的理论,于是他又重新独立地发现了这个规律,并把他延展开来。

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为了把这个理论推广到空间中若干个多边形围成的凸多面体中,欧拉首先选择了几个形状简单的多面体进行推理。

通过观察法,把所得的数据进行了归纳总结,他惊奇发现这些多面体的面角和是由多面体的顶点数决定的。

于是从聪明的欧拉又把这个猜想进一步推广,就得到了V-E+F=2的最终结论。

因此这个公式就被命名为欧拉几何证明公式。

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后来他又发现了最美的数学公式:欧拉恒等式

这个公式被评选为“史上最美的公式”,因为这个公式用加法,乘法,乘方最基础的运算,把数学中三个最神奇的常数联系了在一起,没有任何杂质,漂亮到令人敬畏的地步。

欧拉将三角函数与复指数函数巧妙地关联了起来。

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其中,e 为自然常数,i 为虚数,x则是以弧度为单位的参数(变量)。

尤其是当参数x等于π的时候,欧拉公式可简化成为:

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上式将5个微妙且看似无关的数学符号e、i、π、0、1紧密地联系了起来,其美妙之处让人称绝。

高斯也曾经对这个公式叹为观止,并说:“一个人第一次看到这个公式而不感到它的魅力,他不可能成为数学家。”

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之后欧拉一直从事着学术,包括几何、代数、物理和天文学的研究,所涉猎的领域范围是当时科学家圈子里最广的之一。

人们之后以他的名字命名了一颗小行星,纪念他的贡献。

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天公不作美,被命运安排的人生转折

欧拉年轻时期的工作一直都是顺利。

然而,生活却不会让他如此顺利,命中的厄运却接二连三向他袭来。让他完全无法招架。

在他完成彗星轨道计算任务后,由于操劳过度眼睛患上了神经炎症。

而右眼因为发炎而最终失明,他不能再看书了,只能勉强看清大字体的提纲。这对于他而言绝对是一个沉重的打击。

但是命运的噩耗还是不肯定对他放手,更可怕的事情接踵而来了。

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在他59岁时,他的左眼视力也开始恶化,1771年,欧拉双目完全失明。

可是他仍不想放弃自己的数学研究,因此没有听从亲友的劝说进行精心调养,而是抓紧完全失明前的最后时刻,在黑板上疾书最新发现的公式和定理。

然后口述内容,由家人和学生做笔录。

生活实在是太残忍了。

同年,圣彼得堡的一场特大火灾殃及到欧拉的住宅,幸好人们来得及抢救出欧拉本人及其部分手稿,但是很可惜的是,他的全部财产和大量研究成果化为灰烬。

两年后,与欧拉朝夕相处、相濡以沫40年的妻子又不幸去世。

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欧拉连遭生活的沉重打击,但他仍不屈不挠地奋斗,丝毫没有减少过他的科学研究活动。

凭借他顽强的毅力和孜孜不倦的学习精神,与他的儿子和助手们一起讨论著作出版计划。还口述了好几本著作,如《月球运动理论和计算机方法》(1772)。

有时还会简要地口述研究成果,由别人记录整理。

据欧拉的一位助手统计,七年内他为欧拉整理的论文高达250篇。

另一位欧拉的助手,也表示自己也整理过70篇的论文。

而且在,欧拉充沛的精力保持到生命的最后一刻,不浪费自己生命中的每一秒。

1783年9月18日,欧拉为了庆祝他关于气球升空的公式得到了证明,因此决定请朋友们吃饭。

饭后,有位天文学家提出刚发现不久的天王星的运行轨迹问题,欧拉马上就说出了计算的要领。

当意想不到的事情却发生了。

在欧拉还与孙子逗笑的时候,突然他疾病发作,烟斗从手中落下。最后他说了一句“我要死了”,就“停止了生命和计算”。

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欧拉之墓

但是他留下的计算,生命直到永远。

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