基本上任何的科學(xué)理論(應(yīng)該要去掉廣義相對論)的建立都不會是從天而降,而是慢慢的匯集才會逐步完善。在這個漫長的過程,要經(jīng)過許許多多的人的奉獻才能獲得成功。 卡爾丹諾——三次方程根式解法發(fā)現(xiàn)者之一 15世紀,因為三次四次方程的公式解的確立,使人們越來越注意到,許多負數(shù)的開平方應(yīng)該也是可能的,如果解方程的時候人為地舍棄了那些看起來“毫無意義”的根會讓整個解方程的理論變得支離破碎。到了16世紀,人們已經(jīng)普遍認可了虛數(shù)的存在,認為在某種情況下的負數(shù)開平方也是可以的。于是數(shù)的概念就上升到了復(fù)數(shù),這是一個比之前實數(shù)集更加寬廣的研究海洋。人們開始把之前用在實數(shù)領(lǐng)域的公式擴展到了復(fù)數(shù)域,包括三角函數(shù),指數(shù)函數(shù),對數(shù)函數(shù)等等。一直到歐拉這里,人們開始真正了解這個復(fù)數(shù)。 歐拉大神 1740年,歐拉發(fā)現(xiàn)有一個微分方程可以有兩種完全不同的解的形式: 他把這個發(fā)現(xiàn)寫信告訴了自己的老師約翰·伯努利。 我們將這兩個風(fēng)格迥異的解代入這個微分方程很容易驗證這是對的。我們現(xiàn)在清楚這里究竟是怎么回事,但是當時的歐拉覺得很詫異,因為在當時的數(shù)學(xué)環(huán)境下,實數(shù)域中的指數(shù)函數(shù),三角函數(shù)之間是很難建立等價關(guān)系的,這樣的式子的確讓人難以接受。歐拉天才般的直覺意識到,這兩個解雖然形式上很不相同,但是內(nèi)在必定存在著某種聯(lián)系,又或者這兩個解壓根就是相等的? 歐拉繼續(xù)研究下去,大約1743年,歐拉又發(fā)現(xiàn)了另外兩個等式: 這個形式從根本上表示了自然指數(shù)函數(shù)與三角函數(shù)之間在復(fù)數(shù)域上的深刻關(guān)系。當然i在這個時候還沒被正式啟用,所以就用上圖的定義式表示。歐拉再進一步,終于推導(dǎo)出了,我們現(xiàn)在熟悉的歐拉恒等式。 歐拉當年用的什么方法來證明這個式子成立,已經(jīng)沒有資料可考。但是站在現(xiàn)在的數(shù)學(xué)角度上來思考下這個等式成立的原因也是很好的,為了表現(xiàn)直觀性,還是從泰勒展開式來說明。 至此,歐拉完全了解了在復(fù)數(shù)域上自然指數(shù)函數(shù)與三角函數(shù)之間的關(guān)系,可想而知,這個公式也即將在數(shù)學(xué)的這兩大領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。1777年,歐拉在遞交給圣彼得堡科學(xué)院的論文《微分公式》里首次發(fā)表了歐拉恒等式,并且第一次使用i作為虛數(shù)的單位,與實數(shù)里的單位1相對應(yīng)。 特別地當恒等式里的x為π時,恒等式就變成一個奇妙無比的等式: 最美公式 如果一個人不了解這個式子的來源,只是盯著這個式子表面看,都會覺得這里有無窮的奧秘。π,e,i,1,0,這5個數(shù)學(xué)大廈里最基本的元素,怎么會如此和諧地被統(tǒng)一在一個等式里呢?π是幾何學(xué)最重要的常數(shù),一切和三角函數(shù)相關(guān)的計算都離不開π;e是分析學(xué)的基礎(chǔ)常數(shù),沒有這個常數(shù),微積分就無從談起;i是擴展各種計算的金鑰匙,1是數(shù)的領(lǐng)域基本單位,0是所有計算的開始。這個公式把代數(shù)學(xué),幾何學(xué),分析學(xué)集中到了一起,充分說明了數(shù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容高度相關(guān)性,從某個領(lǐng)域出發(fā)可能會去解決另外一個領(lǐng)域毫不相干的問題。就好比黎曼猜想,明明是一個復(fù)數(shù)域猜測零點分布的猜想,結(jié)果卻反而可以得出了數(shù)論中素數(shù)的分布情況,這簡直就是匪夷所思。 人們常常評選十大最美公式,歐拉恒等式和麥克斯韋方程組穩(wěn)居前二。 相傳有一次,俄國葉卡捷琳娜二世厭煩了狄德羅關(guān)于無神論方面的說教,于是安排歐拉去好好懟一下這個老頑固,因為歐拉一生都是一位虔誠的基督徒,篤信上帝。歐拉推開門,直截了當?shù)卣f:“因為eiπ 1=0,所以上帝存在!”狄德羅啞口無言。 葉卡捷琳娜二世 歐拉一生不僅僅在數(shù)學(xué)上成果頗豐,在幾乎各個領(lǐng)域都留下了自己的研究成果,由于歐拉無與倫比的數(shù)學(xué)功力,也讓歐拉在別的領(lǐng)域游刃有余,在力學(xué),彈道學(xué),天文學(xué),建筑學(xué)上都有很深厚的造詣。人們懷念18世紀的歐拉,就像期待未來會出現(xiàn)下一個歐拉一樣。 |
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