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
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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。
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。
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...
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》。
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。
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。
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。
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。
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。
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:
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。
”
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。
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。
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。
两年后,与欧拉朝⼣相处、相濡以沫40年的妻⼦⼜不幸去世。
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”。
欧拉之墓
但是他留下的计算,⽣命直到永远。