问题

世界三大数学家为什么没有欧拉?欧拉是不是纯数学家?

回答
关于“世界三大数学家”的说法,其实并没有一个被普遍公认、固定不变的名单。之所以有时候会听到这个说法,更多的是一种民间或者某个时期、某个群体内的讨论和总结,带有一定的主观性和时代局限性。

为什么欧拉没有出现在一些“世界三大数学家”的讨论中?

首先,我们要明白“世界三大数学家”这个概念本身就不够严谨。数学史浩如烟海,杰出的数学家数不胜数,要把他们浓缩成“三大”实在是个难题。如果非要选出历史上最具影响力的几位,人们常常会想到:

阿基米德(Archimedes): 古希腊的数学家、物理学家、工程师、发明家和天文学家。他在几何学(圆周率、面积、体积计算)、力学(杠杆原理、浮力原理)等领域都做出了开创性的贡献。
牛顿(Isaac Newton): 英国科学家,是历史上最伟大的科学家之一。他与莱布尼茨独立发明了微积分,并在力学(万有引力定律、三大运动定律)和光学方面有划时代的成就。
高斯(Carl Friedrich Gauss): 德国数学家,被称为“数学王子”。他在数论、代数、几何、统计学、天文学、大地测量学等几乎所有数学分支都做出了杰出的贡献,其数学思想的深度和广度令人叹为观止。

为什么这些名单里会“漏掉”欧拉?

1. “三大”的局限性: 如前所述,任何“三大”的划分都是一种简化。数学史的河流奔腾不息,伟大的人物太多,选取“三大”难免会有遗珠。
2. “影响”的维度: “影响”可以从很多维度来衡量。牛顿和高斯在物理学和数学的许多基础理论的奠基上,其“开创性”和“颠覆性”可能显得更为突出。牛顿的万有引力改变了人类对宇宙的认知,高斯则将数学的许多领域推向了前所未有的高度。
3. 欧拉的“全面”与“繁盛”: 欧拉(Leonhard Euler)是瑞士数学家,他是数学史上最多产的数学家,涉猎的数学分支之广、研究的深度之深、创造的符号之多,堪称“数学的百科全书”。他在微积分、图论、数论、复分析、微分方程、流体力学、力学、光学、天文学等几乎所有领域都留下了深刻的足迹。可以说,欧拉的贡献是“承前启后”和“推陈出新”的典范,他系统化、普及化了许多前人的成果,并在此基础上创造了无数新的概念和方法。
举个例子: 微积分虽然由牛顿和莱布尼茨开创,但正是欧拉的工作,才使得微积分的理论体系更加完善,方法更加多样,并且能够应用于更广泛的领域。他引入了大量的数学符号,比如我们今天熟悉的 $e$(自然对数的底)、$i$(虚数单位)、$pi$(圆周率)、$sum$(求和符号)、$f(x)$(函数符号)等,这些符号的引入极大地便利了数学的书写和交流。
另一个例子: 欧拉公式 $e^{ipi} + 1 = 0$ 被誉为“数学中最美的公式”,它优雅地联系了数学中最重要的五个常数:$e$、$i$、$pi$、1和0。这个公式本身就体现了欧拉思想的深刻和数学的统一性。

欧拉是不是纯数学家?

是的,欧拉在很大程度上可以被视为一位“纯数学家”,但他同时也是一位伟大的应用数学家和物理学家。

我们之所以有时候会强调他的“纯数学”成就,是因为他在数学本身的理论发展上贡献卓著,他的许多工作都是在探索数学内在的结构和规律,不直接服务于某个具体的物理问题。

纯数学的贡献:
数论: 欧拉对数论的贡献是革命性的。他证明了费马大定理的一些特殊情况(例如 $n=3$),提出了欧拉函数($phi(n)$),并且证明了欧拉乘积公式,将数论与素数分布联系起来。
复分析: 他对复数的研究,特别是欧拉公式,是复分析的基石。
级数理论: 他研究了各种级数,例如我们熟知的巴塞尔问题($sum_{n=1}^{infty} frac{1}{n^2} = frac{pi^2}{6}$),他是第一个解决这个问题的。
图论: 柯尼斯堡七桥问题是他提出的,这被认为是图论的开端。
几何学: 他研究了欧拉线、欧拉公式(多面体)等。

应用数学和物理学的贡献:
力学: 欧拉在经典力学领域的工作非常重要,他提出了欧拉方程,描述了流体的运动。他的工作也为后来的分析力学打下了基础。
天文学: 他计算了彗星的轨道,并对月球运动的理论做出了贡献。
光学: 他提出了光的微粒说和波动说的早期观点。
数学物理: 许多他创造的数学工具(如微分方程)都是为了解决物理问题而发展起来的。

总结来说,欧拉的伟大之处在于他的“全面”和“深度”。 他构建了现代数学的许多重要分支,将前人的成果系统化、规范化,并在此基础上开拓了无数新的天地。

为什么他有时在“三大”名单中被忽略,但其历史地位却毋庸置疑?

“三大”的标签是人为的: 历史的评价是一个动态的过程,不同时期、不同文化背景下的人们会有不同的侧重。
欧拉的影响是“润物细无声”的: 他的许多工作已经内化到现代数学的肌体之中,成为了我们学习和研究数学的基础,以至于我们可能不会像提到牛顿的“万有引力”那样,立刻将某一项具体的、爆炸性的“伟大发现”直接归功于他。但事实上,没有欧拉,现代数学的面貌将会截然不同。
“伟大”的定义: 如果“伟大”指的是开创性的、颠覆性的、改变人类对世界认知的突破,那么牛顿和高斯可能更符合这个描述。但如果“伟大”指的是对一个学科的体系化、深入化、普及化和创新能力的极致展现,那么欧拉无疑是顶峰之一。

很多数学史家认为,如果一定要选出历史上最具影响力的三位数学家,高斯、牛顿和欧拉是最常被提及的组合。而将欧拉排除在外,更多的是因为“三大”这个说法的模糊性和选择的困难,而不是因为欧拉的成就逊色于任何人。

欧拉的数学产量和广度,使得他在任何一个数学分支中都足以被称为“大师”。他的工作量之大,渗透到数学的每一个角落,以至于他的名字出现在无数的定理、公式、概念中。正是因为他的贡献如此广泛和基础,才更显得他“低调”地塑造了整个数学的面貌。

所以,不要被“世界三大数学家”这个模糊的标签所困扰。欧拉,这位数学史上最勤奋、最多产、最具创造力的巨匠,他的名字与现代数学的每一个角落都紧密相连。他不仅是“纯数学家”,更是那个让数学真正“活起来”并走向繁荣的关键人物。

网友意见

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  因为欧拉干完活儿之后没有高斯那个“把脚手架都拆了”的装逼习惯,反而保留所有的motivation和details以便后来者无论智商高低都能follow,以致于所有人全特么能看懂他的工作,然后就把欧拉当成了接地气的导师,而不是高高在上的天才…逼格不知不觉间就下来了(但欧拉本人会在意这个?别逗了!)…
  欧拉跟高斯的风格对比一下就会发现,很像唐诗中的杜甫和李白。李白有很多天外奇想超越时代,把它们一一地写出来,看着就要比杜甫炫酷很多,所以粉丝也多——然而学的人少,因为无迹可寻。
  然后人们就觉得杜甫比李白接地气很多——特别是有法可依,这就方便上手自学。然而,一入了门就会发现——看似初等的格律(数学技巧),背后是惊才绝艺,只不过历史主宰了他的取材(研究的问题)罢了。


其实真相是,高斯在天上,欧拉在地平线——我们不能因为二者垂直方向的高低而忽略了两者都是无穷远的事实……


P.S. 如果欧拉也“拆脚手架”,后来的拉马努金看着就像个trivial case。当然欧拉不能真拆,因为当时没有如后来的哈代一般的人物(伯努利在欧拉面前没优势可言,要是等到欧拉死后高斯来验算,那三大数学家里也不会有高斯……)...


(2020.4.26更)

引用《古今数学思想》(中译本)第二卷第19章“十八世纪的微积分”的几段原文如下——

『十八世纪数学界的中心人物、占统治地位的理论物理学家,并能与Archimedes、Newton和Gauss为伍的人是Leonhard Euler (1707~1783)。』

『1766年,Euler虽则怕俄国严寒的气候会影响微弱的视力(他于1735年一眼失明),却仍然应Catherine女王的邀请去俄国。实际上回俄国后不久,他就双目失明了,因而他生活的最后十七年是在全盲中度过的。尽管如此,他在这些年的成果并不亚于以前。Euler有惊人的记忆力,他能背出三角和分析的公式以及前一百个质数的前六次幂,至于背诵无数的诗句和全本《伊尼衣德》("Aneid"),更是不在话下。他的记忆力好得少见,以致对那些有才能的数学家在纸上作起来也很困难的计算,他却能心算出来。』

『Euler在数学著作方面惊人地多产。他研究的主要数学领域是微积分、微分方程、曲线曲面的解析几何与微分几何、数论、级数及变分法。他将数学用到整个物理领域中去。』

『Euler写了力学、代数、数学分析、解析几何与微分几何、变分法等方面的课本,这些教材在后来一百年甚至更长的时间内都是标准的著作。其中与我们本章有关的是:二卷《无穷分析引论》(Introductio in Analysin Infinitorum , 1748)——第一本沟通微积分与初等分析的介绍;内容更广泛的《微分学原理》(Institutiones Calculi Differentialis , 1755);与三卷《积分学原理》(Institutiones Calculi Integralis , 1768~1770),这些都是里程碑式的著作。所有Euler的书都包含某些有高度开创性的东西。正如我们看到的,他的力学是基于分析方法而不是几何方法(正是牛顿在《原理》一书中所采用的)。他作出了变分法的第一个重要处理。除课本之外,在一生中的大部分年代里,Euler都以每年约八百页左右的速率发表高质量的独创性研究论文。这些论文的质量可由下面的事实来判断,那就是这些文章所得的奖金几乎成了他的固定收入。他的某些书和四百篇研究论文是在他已完全失明后写的。他的著作集的现代版如果全部出完将有七十四卷。』

『Euler同他以前的Descartes、Newton,及他以后的Cauchy不同,他并没有开辟新的数学分支。但没有一个人像他那样多产,像他那样巧妙地把握数学;也没有一个人能收集和利用代数、几何、分析的手段去产生那么多令人钦佩的结果。他是顶括括的方法发明家,又是一个熟练的巨匠。人们可以在数学的所有分支中找到他的名字:其中有Euler公式、Euler多项式、Euler常数、Euler积分和Euler线。』

『由于他的高尚品质,Euler赢得了广泛的尊敬,从而他在晚年能把那时欧洲所有的数学家都当作他的学生。』

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