從數學認識高斯

文/張瑞棋  |2025.05.13
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圖/123RF

文/張瑞棋 

高斯出生於1777年4月30日,家境清寒,父親幹過屠夫、園丁與砌磚匠,母親目不識丁,但他從小展露數學天分,3歲就能看出父親核算給工人的薪資有誤,當場予以糾正。繼1加到100這個事蹟之後,他又在11歲時獨自導出二項式定理的一般展開式。

數學天才 自小傳奇



在老師的大力推薦下,費迪南公爵資助高斯繼續升學,鑽研高等數學。雖然他繳出不錯成績,例如改進了牛頓、歐拉等人的證明,但生計問題讓他一直猶豫是否要成為數學家。直到1796年,就在即將滿19歲前一個月,高斯解決了自歐幾里得以來,高懸2000年無人能解的難題:如何將圓十七等分?此一足以列入史冊的成就讓他終於下定決心,要將一生奉獻給數學。

結果他在7個月內就完成了四十多項證明,包括才隔9天就發現判別餘數問題的「二次互反律」、100天後證明任何自然數最多只需用3個三角形數之和就能表示。1799年,他又證明前人無法完成的「代數基本定理」,並以此論文取得博士學位,日後他又提出另外3種不同方式的證明。

1801年,他出版劃時代的鉅作《算術研究》,霍金聲稱直到這本書才建構出完整的數論,其重要性可見一斑。

高斯其它著名的數學成就包括:代表常態分布的高斯曲線、建構複數平面而賦予複數在幾何上的意義、對曲面的研究為曲面幾何奠定基礎(最後由他的學生黎曼完成)。此外,在他未曾發表的日誌錄中,記載了許多領先後人的想法,如非歐幾何、橢圓函數等。

高斯展現的驚人創造力,以及寬廣深遠的影響,讓他獲得「數學王子」的美譽。但除了數學,他在其它科學領域也有重要貢獻。

跨科領域 多所貢獻



1801年,義大利天文學家皮亞齊發現小行星穀神星(Ceres),不久後就因太陽遮蔽而失去它的蹤影。高斯僅憑皮亞齊的3次觀測紀錄,就用自己之前發明的「最小平方法」推算出它的運行軌道,繼續將數學運用於天文觀測。

高斯的數學專長對大地測量也做出重要貢獻,並發明了廣泛應用於大地測量的鏡式六分儀。他還與洪堡合作對地磁展開研究調查;小說《丈量世界》及同名電影便是描述他們的故事。他也與韋伯(Wilhelm Weber)合作,繪製出第一張地球磁場圖,兩人還共同發明第一台發報機;高斯對於電磁感應的研究也得出電磁學中的高斯定理。

1855年2月23日,高斯因心臟病死於哥廷根天文台,享年77歲。死後第二天,他的大腦被取出研究,當然,一如百年後愛因斯坦的大腦也被取出研究,人們還是無法從中窺知如此驚人的創造力從何而來。

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