高斯:十九岁夜悟正十七边形,一部算术研究立近代数论

一七七七年,高斯生于不伦瑞克一个工匠家庭,父亲做过花匠与工头,识字不多,却生了个远近闻名的早慧儿子。流传最广的故事说他小学时老师让全班把一到一百依次相加,他几秒就报出答案,因为首尾两数两两相加都是一百零一;又说他三岁时就听出父亲核对工钱的账算错了。这些故事出自他去世后友人撰写的回忆录,细节未必字字可考;可以坐实的是,不伦瑞克公爵很早就注意到他,出资供他读卡罗琳学院与格丁根大学,使他不必为钱中断学业。

决定性的一夜在一七九六年三月三十日。差一个月满十九岁的高斯证明:正十七边形可以只用圆规和直尺作出来。自古希腊以来,谁也没想到这个看似冷僻的图形有解;他更由此看出自己的解法能推广到整整一类素数。兴奋之下,他放弃了同样热爱的语言学,立志终生研究数学,后来还要求把正十七边形刻在自己的墓碑上——工匠嫌图形太接近圆形没有刻成,但不伦瑞克的纪念碑上至今有这枚十七角星。同年他还独立想出了最小二乘法,只是压着没有发表,多年后勒让德先行刊布,两人为此有过一场优先权之争。

一七九九年,他在博士论文中给出代数基本定理第一个严格证明,一生先后给出四种证法;一八〇一年,《算术研究》出版,把同余理论、二次互反律、分圆方程等熔成一个严整体系,今天通用的同余记号也出自这部书,近代数论由此立为一门独立学科。他把二次互反律称作算术的宝石,反复打磨出多种证明。同年他凭极少的观测数据算出新发现的谷神星轨道,让天文学家在年底重新找到这颗丢失的小行星。一八〇七年起他出任格丁根天文台台长,一待近半个世纪;一八三三年又与物理学家韦伯造出电磁电报,在天文台与研究所之间传讯,误差处理所用的钟形曲线后来被冠以高斯分布之名,成为统计学的地基。

中年以后,他主持汉诺威王国的大地测量多年,在山野间日复一日观测三角网,又由测地的曲面问题写出《曲面研究》,奠定内蕴微分几何。对平行公设,他比同辈更早看出另一种几何可以自洽,却因顾忌世俗议论终生未发表;匈牙利青年鲍耶的父亲把儿子的成果寄给他,他回信说这与他自己思考了三十余年的东西暗合,既赞其才,也令对方郁郁。预见而未发表,是他一生奉「少而成熟」为信条留下的遗憾。一八五五年他在格丁根辞世,享年七十七岁,留下的大批笔记里还有许多未刊的思想。

❝数学是科学的皇后,数论是数学的皇后。❞