查尔斯·赫顿(Charles Hutton,1737–1823)是英格兰东北部
纽卡斯尔一个煤矿主管家庭的小儿子,他幼年时代展现了数学天赋,并能够在当地的教师和数学人才队伍中受到关注。他以数学教科书作者的身份引起了全国的注意,并成为伦敦附近伍利奇皇家军事学院的数学教授。在那里,他从事了包括《航海年鉴》的计算和
马斯基林(Nevil Maskelyne)监督的其他项目、数学教科书的汇编以及一本庞大的数学词典(1795年),以及关于空气阻力和射弹运动的实验工作。
人物生平
赫顿生于煤矿矿长家庭,在七岁时不幸受伤。他卷入了与其他一些孩子的打斗,左肘脱臼了。他对父母隐瞒了足够长的时间,以至于在接受治疗时,不可能将他从永久残疾中拯救出来。如果没有这次受伤,几乎可以肯定的是,查尔斯会追随兄弟们的脚步,去煤矿工作。他的父母决定,如果他不能做体力活,就把他送到学校学习读写,半工半读:1755-1756年,赫顿在一个矿井里工作过。
1760年,赫顿在纽卡斯尔开设了数学学校,但他也在该市的主要中学任教。他很幸运,有一些来自当地拥有土地的家庭的私校学生帮助他进一步发展了自己的职业生涯。赫顿有一些学生后来变得比他们的校长更出名。约翰·斯科特就是其中之一,他1751年出生于纽卡斯尔,1801年至1827年间担任英格兰大法官。
赫顿于1764年在纽卡斯尔出版了他的第一本教科书《校长指南》,即《实用算术全集(The Schoolmaster’s Guide or a Complete System of Practical Arithmetic)》,并将其献给了罗伯特·沙夫托。这是一本基础算术课本,很快就被广泛采用。赫顿不仅教授和编写教科书,还为纽卡斯尔市市长对纽卡斯尔周围地区进行了土地调查,1770年,他编写了《纽卡斯尔和盖茨黑德规划》,现存放在纽卡斯尔市图书馆。两年后,他发表了《桥梁原理》,这是一篇关于桥梁平衡的论文,在1771年纽卡斯尔中世纪大桥被冲走的可怕洪水之后,赫顿被要求进行计算,为重建大桥提供信息,其中包括简要检查“拱的强度、桥墩的厚度、水对其的作用力”。
在教学过程中结交的当地士绅说服赫顿争取更高的职位。当伦敦伍利奇皇家军事学院数学教授职位的竞争宣布时,赫顿成为了11名竞争者之一。
马斯基林是负责选择该职位最佳候选人的小组成员之一,赫顿在几天的考试中表现出了超越其他人的水平。他于1773年5月24日被任命为教授。次年6月16日,他成为
英国皇家学会会员。他后来获得了爱丁堡大学的荣誉学位。
1776年,他发表了《寻找简单快速收敛级数的新的通用方法(A new and general method of finding simple and quickly converging series)》,两年后,在同一期《汇刊》中,他发表了《火药的威力和炮弹的速度(The force of fired gunpowder and the velocity of cannon balls)》。他因这篇1778年的论文获得了英国皇家学会的
科普利奖章。他还根据马斯基林在Schiehallion山的数据计算了地球的平均密度(1779年)。也正是在
榭赫伦实验的间隙,在计算地球密度而进行的山体测量的过程中,赫顿开创性地发明、使用了
等高线。
1779年,赫顿成为英国皇家学会的外交大使。在1783年被1778年至1820年担任协会主席的
约瑟夫·班克斯爵士强迫他辞职之前,他担任了四年的职务。赫顿被强迫辞职是一件不幸的事情,在协会中引起了相当大的争议。班克斯声称赫顿未能有效地履行职责,但协会中的许多人,包括马斯基林都支持赫顿。
1786年,赫顿开始患有肺部疾病。皇家军事学院位于河边,湿气开始影响胸部;事实上,他的前任辛普森死于胸部疾病。赫顿决定搬家,并在俯瞰伍利奇的河流以南的山丘上买了土地。在那里,他为自己建造了一栋房子,也为出租人建造了其他房子。但在
乔治三世看来,赫顿的房屋破坏了地区景致。因此,这些东西被卖给了王室,王室立即拆除了它们,让赫顿从他的投机中获得了巨额利润,足以保证他的财务前景。因此,“身体残疾使他转向数学,而健康不佳使他变得富有”。
赫顿重新开始出版教科书。《简明测量者(The Compendious Measurer )》发表在1784年,《圆锥截面要素(The Elements of Conic Sections)》发表在1777年。1795年,他最著名的作品《数学与哲学词典(The Mathematical and Philosophical Dictionary)》发表。这是一部优秀的数学调查,包括许多数学家的传记,是对数学史的先驱贡献。第一卷着眼于以下主题:算术,包括对平方根和立方根的讨论,算术和几何级数,复利,双位置以及排列和组合;对数;代数,包括二次方程的研究和三次方程的Cardan(
吉罗拉莫·卡尔达诺)-Tartaglia(
尼科洛·塔尔塔利亚)方法,即
卡尔达诺公式;遵循欧几里得元素方法的几何;测量;和圆锥截面。第二卷包含了牛顿关于微分学和积分学的方法。
伍利奇皇家军事学院的教学大纲决定了他1798年至1801年出版了教科书《皇家军事学院学员数学课程(A course of mathematics for cadets of the Royal Military Academy )》的内容。赫顿作为教科书作家的名气如此之大,以至于在这部作品出现之前,人们就对它寄予了厚望,正如1798年8月《月刊》的以下出版前报告所表明的那样:“从赫顿博士的才华和长期的专业经验来看,我们完全有理由期待这不仅是一项最有用、最有价值的工作,而且将完全取代其他同类工作。”它被指定为伍利奇学院学生的教科书,也被纽约北部
西点军校采用。这所学院于1802年7月4日开学,赫顿的书立即被第一批学员采用。
1798年,《数学教程》 (A Course of Mathematics, 1sted., 1798)出版,第1卷包括算术 (Arithmetic) 、对数 (Logarithms) 、代数 (Algebra) 、几何 (Geometry) 等内容。第2卷包括平面三角学 (Plane Trigonometry) 、测量 (Mensuration) 、大地测量 (Land Surveying) 、圆锥曲线 (Conic Sections) 、力学 (Mechanics, 包括静力学、流体静力学、声学等) 、流数 (Fluxions) 等内容。这些内容主要是初等数学、初等力学、微分 (流数) 及其应用, 大致相当于现在理工科大学低年级学生应掌握的数学和力学知识。《数学教程》非常受欢迎, 后多次改版或改编, 在赫顿生前就出版至第7版。第1版至第5版 (出版年依次为1798年、1799年、1801年、1803~1804年、1807年) 均为2卷本, 内容大致相同。第6版 (1811年) 和第7版 (1819~1820年) 在第5版的基础上增加了1卷,包含圆锥曲线、等周平面图形和等积立体图形的最值问题、三角测量和大地测量、球面三角形、流数的应用以及实用枪炮理论等内容, 有很强的实用性和针对性。
赫顿于1807年从伍利奇皇家学院的教授职位上退休,当时他70岁,每年领取500英镑的养老金,搬到伦敦贝德福德街居住。在他去世前不久,有人向他咨询了新伦敦桥拱应采用的曲线,该桥拟建结构有五个半椭圆形石拱。这座桥的建造始于1824年,也就是赫顿去世后的第二年。赫顿去世后被安葬在肯特郡查尔顿的家族墓穴中。后人对他的评价是:“赫顿是一位不知疲倦的工作者,他的数学贡献即使没有独创性,也是实用的。在他的一生中,他通过笔记、问题提出、批评和评论为科学期刊做出了不懈的贡献。”
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