谁说文科生不能当数学家——费马

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皮耶·德·费马,可能很多人都对这个名字感到陌生,但如果提到费马大定理,可能人们就知道了。另外这位数学家还是个文科生呢,因为费马的本职工作是法国的一名律师,但是由于他在数学上有很多超过专业数学家的成就,因此他又被著名的数学史学家贝尔(E. T. Bell)在20世纪初所撰写的著作中称为”业余数学家之王“。

费马
1601年8月17日,费马出生于法国南部,他的父亲是个有钱的皮革商,而他的母亲则出身贵族,因此费马从小生活在富裕舒适的环境中,小时候受教于他的叔叔皮埃尔,受到了良好的启蒙教育,培养了他广泛的兴趣和爱好,对他的性格也产生了重要的影响。由于家境富裕,父亲特意给皮埃尔·德·费马请了两个家庭教师,不入学校而在家里接受系统教育。小时候的费马虽称不上是神童,却也相当聪明。费马父亲比较开通,并不宠爱孩子,因此费尔玛学习十分努力,文科、理科都学得不差,不过,皮耶·德·费马最喜欢的功课,还是数学。
1617年,费马准备考大学,父亲希望他读法律,费马也很喜欢这门学科,所以没有多大的争议,就接受了父亲的安排。当时的法国,买官卖官行为都是明码标价的,因此在毕业后费马就凭借金钱购买了律师和参议员的职位。
费马为官当的非常平凡,没有政绩,但也不欺压百姓,费马在闲余时刻总是会研究数学,虽然他并没有受过专业的数学训练,但是他总是会在书的边页上写下自己的发现和心得,有些写出了思路,有些只是一句定理。

费马大定理
都说兴趣是最好的老师,费马的数学研究不过是业余之爱好,然而,在17世纪的法国还找不到哪位数学家可以与之匹敌:他是解析几何的发明者之一;对于微积分诞生的贡献仅次于牛顿、戈特弗里德·威廉·凡·莱布尼茨,他还是概率论的主要创始人,以及独撑17世纪数论天地的人。此外,费马对物理学中的光学也有重要贡献。
他对解析几何的贡献是他独立于笛卡儿发现了解析几何的基本原理。
1629年以前,费马便着手重写古希腊几何学家阿波罗尼奥斯失传的《平面轨迹》一书。他用代数的方法对一些失传的证明作了补充,对古希腊几何学,尤其是圆锥曲线论进行了总结和整理,对曲线作了一般研究。并且在1630年用拉丁文撰写了仅有八页的论文《平面与立体轨迹引论》来证明并阐述他的观点。

笛卡尔
《平面与立体轨迹引论》这本书证明了费马的发现。费马指出:“两个未知量决定的—个方程式,对应着一条轨迹,可以描绘出一条直线或曲线。”费马的发现比笛卡儿发现解析几何的基本原理还早七年。
再来说说费马对微积分的贡献。16、17世纪,微积分是继解析几何之后的最闪耀的明珠。大家都知道牛顿和莱布尼茨是微积分的缔造者,并且在他们之前,至少有数十位科学家为微积分的发明做了基础性的工作。在诸多先驱者当中,费马的贡献也值得我们去细细研究。

1660年费马的手稿之一
开普勒提出了无穷大和无穷小的概念,这个概念在当时那个时代虽然并不完善,但却为费马等数学家开辟了一个十分广阔的思考空间,费马则在此基础上建立了求切线、求极大值、极小值和定积分方法,这是他对微积分所做出的突出贡献。
另外还有费马对概率论的贡献。在古希腊时期,很多的哲学家都热衷于讨论偶然性与必然性和它们之间的关系问题。到了17世纪,法国的帕斯卡和费马研究了意大利的帕乔里的著作《摘要》,从而建立了概率学的基础。

帕斯卡
一般概率空间是人们对于概念的直观想法的公理化,只从数学的角度来看,有限概率空间似乎很平淡,但是一旦加上随机变量和数学期望,概率这个问题就会变得很神奇,费马的贡献也就在此。
再来看费马对数论的贡献。17世纪初,欧洲流传着公元三世纪古希腊数学家丢番图所写的《算术》一书。l621年费马在巴黎买到此书,他利用业余时间对书中的不定方程进行了深入研究,并且开创了数论这个数学门类中的分支。
除了数学问题外,费马对物理中的光学也做出了不小的贡献。费马在光学中最突出的贡献就是提出最小作用原理,也叫最短时间作用原理。欧几里得提出了光的直线传播定律相反射定律,后来由海伦揭示了这两个定律的理论实质——光线取最短路径。很多年后这个定律逐渐被扩展成自然法则,并进而成为一种哲学观念。但是费马的高明之处则在于把这种的哲学的观念转变成了一种科学理论。

欧几里得几何
费马不仅讨论光在每个点变化的介质中行径时,其路径取极小的曲线的情形,并且费马还用最小作用原理解释了一些问题,而这一理论这给许多数学家以很大的鼓舞,为后来的数学家提供了一个很好的思路。
对费马来说,真正的事业是学术,尤其是数学。费马精通多种语言,而且还颇有研究,语言方面的博学给费马的数学研究提供了语言工具和便利,使他有能力了解更多地区不同的数学思想与经验,并且为他以后的数学研究奠定了良好的基础。在数学上,费马不仅可以在数学王国里自由驰骋,而且还可以站在数学天地之外俯瞰数学,这也绝不能归于他的数学天赋,与他的博学多才也是有关系的。
一代数学天才费马堪称是17世纪法国最伟大的数学家。费马的一生从来都没有受过专门的数学教育,数学研究也不过是业余之爱好,虽然他是一名“文科生”,但是却逆袭成了数学家,并且费马能依靠自己的兴趣为数学界和物理界做出这么多的贡献, “业余数学家之王”的称号可谓是当之无愧了。