约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷
德国数学家、柏林科学院院士
约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷 (Johann Peter Gustav Lejeune Dirichlet), 1805年2月13日—1859年5月5日,德国数学家,科隆大学荣誉博士,历任柏林大学哥廷根大学教授,柏林科学院院士。他是解析数论的创始人,对函数论位势论三角级数论都有重要贡献。主要著作有《数论讲义》《定积分》等。
人物事件
狄利克雷是德国数学家,1805年2月13日生于迪伦,1859年5月5日卒于哥廷根。
狄利克雷出生于一个具有法兰西血统的家庭。自幼喜欢数学,在年少时将零用钱积攒起来买数学书阅读。中学毕业后,父母希望他学习法律,但狄利克雷却决心攻读数学。他先在迪伦学习,后到哥廷根受业于高斯。1822年到1827年间旅居巴黎当家庭教师。在此期间,他参加了以傅里叶为首的青年数学家小组的活动,深受傅里叶学术思想的影响。1827年在波兰布雷斯劳大学任讲师。1829年任柏林大学讲师,1839年升为教授。1855年,高斯逝世后,他作为高斯的继任者被哥廷根大学聘任为教授,直至逝世。1831年,他被选为普鲁士科学院院士,1855年被选为英国皇家学会会员。
狄利克雷通过中学毕业考试后,父母希望他攻读法律,但他已选定数学为其终身职业。当时的德国数学界除高斯一人名噪欧洲外,普遍水平较低;又因高斯不喜好教学,于是狄利克雷决定到数学中心巴黎上大学,那里有一批灿如明星的数学家,诸如P.S.拉普拉斯(Laplace)、A.勒让德(Legendre)、J.傅里叶(Fourier)、S.泊松(Poisson)、S.拉克鲁瓦(Lacroix)、J.B.比奥(Biot)等。
1822年5月,狄利克雷到达巴黎,选定在法兰西学院和巴黎理学院攻读;其间因患轻度天花影响了听课,幸好时间不长。1823年夏,他被选中担任M.法伊(Fay)将军的孩子们的家庭教师。法伊是拿破仑时代的英雄,时任国民议会反对派的领袖。狄利克雷担任此职,不仅收入颇丰,而且受到视如家人的善待,还结识了许多法国知识界的名流。其中,他对数学家傅里叶尤为尊敬,受其在三角级数数学物理方面研究的影响颇深。另一方面,狄利克雷从未放弃对高斯1801年出版的数论名著《算术研究》(Dispui-sitiones arithmeticae)的钻研。据传他即使在旅途中也总是随身携带此书,形影不离。当时还没有其他数学家能完全理解高斯的这部书,狄利克雷是第一位真正掌握其精髓的人。可以说,高斯和傅里叶是对狄利克雷学术研究影响最大的两位数学前辈。
1825年,狄利克雷向法国科学院提交他的第一篇数学论文《某些五次不定方程的不可解》(Mémoire sur L'impossibilite de quelques équations indéterminées du cinquieme degré)。他利用代数数论方法讨论形如x5+y5=A·z5的方程。几周后,勒让德利用该文中的方法证明了 当n=5时无整数解;狄利克雷本人不久也独立证明出同一结论。(后来狄利克雷再次研究费马大定理时,证明n=14时该方程无整数解。)
1825年11月,法伊将军去世。1826年,狄利克雷在为振兴德国自然科学研究而奔走的亚历山大·冯·洪堡(Alexander von Humboldt)的影响下,返回德国,在布雷斯劳大学获讲师资格(他在法国未攻读博士学位,而由科隆大学授予他荣誉博士头衔,这是获得讲师资格的必要条件),后升任编外教授(extraordinary professor,为介于正式教授和讲师之间的职称)。
1828年,狄利克雷又经洪堡的帮助来到学术空气较浓厚的柏林,任教于柏林军事学院。同年,他又被聘为柏林大学编外教授(后升为正式教授),开始了他在柏林长达27年的教学与研究生涯。由于他讲课清晰,思想深邃,为人谦逊,谆谆善诱,培养了一批优秀数学家,对德国在19世纪后期成为国际上又一个数学中心产生了巨大影响。
1831年,狄利克雷成为柏林科学院院士。同年, 他和哲学家摩西·门德尔松 (Moses Mendelssohn) 的外孙女丽贝卡·门德尔松-巴托尔特 (Rebecca Mendelssohn-Bartholdy, 音乐家费利克斯·门德尔松之姐) 结婚。
1855年,高斯去世,狄利克雷被选定作为高斯的继任到哥廷根大学任教。与在柏林繁重的教学任务相比,他很欣赏在哥廷根有更多自由支配的时间从事研究(这一时期主要从事一般力学的研究)。可惜好景不长,1858年夏,他去瑞士蒙特勒开会,作纪念高斯的演讲,在那里突发心脏病。狄利克雷虽平安返回了哥廷根,但在病中遭夫人中风身亡的打击,病情加重,于1859年春与世长辞。
科学研究
数论
在数论方面,他对高斯的《算术研究》进行了研究,并有所创新。对费马大定理,他给出当n=14时,无整数解的证明;还探讨了二次型、多项式的因子、二次和双二次互反律等问题;还开创了解析数论的研究。
狄利克雷在柏林的早期数论工作,集中在改进高斯《算术研究》及其他数论文章中的证明或表述方式。如高斯给出的二次互反律的第一个证明相当烦琐,需对8种情形作分别的处理;狄利克雷简化了这一证明,把全部情形归结为2种。其后,他在高斯的理论中引入了一些更深入的问题和结果。如为解二元型理论中的某些困难问题,他开始讨论三元型的课题,提出了一个富有成果的新领域。
1837年7月27日,狄利克雷在柏林科学院会议上,提交了对勒让德的一个猜想的解答,他证明任一形如an+b,n=0,1,2,…的算术级数,若a,b互素,则它含有无穷多个素数(即算术级数的素是复数)和二元二次型类数的计算等分析学工具和方法,成为解析数论的开创性工作。
1842年,狄利克雷开始研究具有高斯系数的型,首次运用了“鸽巢原理”——若将多于n个的物体放入n个盒子,则至少有一个盒子含有多于一个的物体,它在现代数论的许多论证中起重要作用。
1846年,他在属于代数数论的单元理论的文章“复单元理论(Zur Theorie der complexen Einheiten)中,获得了一个漂亮而完整的结果,现称狄利克雷单元定理:对由一个不可约方程及其r个实根和s对复根定义的代数数域 K=Q(α),一切单元构成的阿贝尔群的秩为r+s-1,其有限阶元部分由域中单位根组成。
1863年,狄利克雷的《数论讲义》(Vorlesungen über Zahlen-theorie)由他的学生和朋友R.戴德金(Dedekind)编辑出版,这份讲义不仅是对高斯《算术研究》的最好注释,而且融进了他在数论方面的许多精心创造,之后多次再版,成为数论经典之一。
分析
在分析方面,狄利克雷其中一项的工作是对傅立叶级数收敛性的研究。他在1822——1825年期间在巴黎会见傅立叶之后,对傅立叶级数产生了兴趣。日本数学家丸山哲郎说:“把任意函数用三角级数表示出来的傅立叶方法,被狄利克雷所继承,他给出了关于傅立叶级数的收敛性证明。”
狄利克雷是19世纪分析学严格化的倡导者之一。1829年,他在克雷尔(Crell)杂志发表了他最著名的一篇文章“关于三角级数的收敛性”(Sur la convergence des séries trigonométri-ques)。该文是在傅里叶有关热传导理论的影响下写成的,讨论任意函数展成形如:1/2 +( cosx+ sinx)+( cos2x+ sin2x)+…的三角级数(现称傅里叶级数)及其收敛性。早在18世纪,丹尼尔·伯努利 (Daniel Bernoulli) 和莱昂哈德·欧拉 (Leonhard Euler) 就曾在研究弦振动问题时考察过这类级数。傅里叶在19世纪初用它讨论热传导现象,但未虑及其收敛性。奥古斯丁·路易斯·柯西 (Augustin Louis Cauchy) 在1823年开始考虑它的收敛问题。狄利克雷在文中指出柯西的推理不严格,其结论也不能涵盖某些已知其收敛性的级数。他进而考虑形式上对应于给定函数f(x)的三角级数的前n项的和,检验它跟f(x)的差是否趋于零,后成为判断级数收敛的经典方法。狄利克雷证明:若f(x)是周期为2π的周期函数, 在 -π <x时, dx有限,则在f(x)所有的连续点处,其傅里叶级数收敛到f(x),在函数的跳跃点处,它收敛于函数左右极限值算术平均。这是第一个严格证明了的有关傅里叶级数收敛的充分条件,开始了三角级数理论的精密研究。
数学符号及运算组成的表达式为函数的概念),引入了现代的函数概念:若变量y以如下方式与变量x相关联,即只要给x指定一个值,按一个规则可确定唯一与之对应的y值,则称y是独立变量x的函数。为说明该规则具有完全任意的性质,狄利克雷举出了“性状极怪”的函数实例:当x为有理数时,y=1;当x为无理数时,y=0 现称狄利克雷函数, 该函数在定义域内处处不连续。但狄利克雷的连续函数概念仍是直观的,并根据等距取函数值求和的方法定义其积分。在此基础上,狄利克雷建立了傅里叶级数的理论。
数学物理
狄利克雷在数学和力学两个领域都做出了名垂史册的重大贡献,尤以分析、数论、位势论为最。挪威著名数学家阿贝尔说:“狄利克雷是一位极有洞察力的数学家。”
1839年,狄利克雷发表了3篇涉及力学的数学论文,讨论多重积分估值的方法,用于确定椭球体对其内部或外部任意质点的引力,开始了他对数学物理问题的研究。这方面最重要的文章发表于1850年,提出了研究拉普拉斯方程边值问题(现称狄利克雷问题或第一边值问题):求满足偏微分方程位势函数V(x,y,z),使它在球面边界上取给定的值。这一类型的问题在热力学电动力学中特别重要,也是数理方程研究中的基本课题。狄利克雷本人曾用所谓的狄利克雷原理给出了问题的解。1852年,他讨论球在不可压缩流体中的运动,得到流体动力学方程的第一个精确解
人物著作
勒热纳·狄利克雷逝后,其朋友且学生数学家戴德金将其数论的讲述和其他结果整理、编辑,在1863年出版了他的遗著数论讲义》,其中包含了他在数论方面的许多成果。在分析方面,他先后发表了《关于三角级数的收敛性》、《用正弦和余弦级数表示完全任意函数》,其中进一步发展了傅里叶级数的理论,并提出新的单值函数概念,还提出所谓“狄利克雷函数”、所谓“狄利克雷积分”等。他还在位势论、热学、磁学、数学物理等方面也有一些创造。
狄利克雷很注重同德、法等外国数学家的交流。其主要论文收集在《狄利克雷论文集》里,共2卷,分别出版于1889年和1897年。
狄利克雷定理
1.简介
在数论中,狄利克雷定理说明对于任意互质的两个数a,d,有无限多个质数的形式如a+nd,其中n为正整数,即在算术级数a+d,a+2d,a+3d……中有无限多个质数——有无限个质数模d同余a。狄利克雷函数无法画出图像
2.相关定理
欧几里得证明了有无限个质数,即有无限多个质数的形式如2n+1。
算术级数的质数定理:若a,d互质,则有
其中φ是欧拉函数。取d=2,可得一般的质数定理
Linnik定理说明了级数中最小的质数的范围:算术级数a+nd中最小的质数少于c*d^L,其中L和c均为常数,但这两个常数的最小值尚未找到。
Chebotarev密度定理是在狄利克雷定理伽罗瓦扩张的推广。
分析学中,狄利克雷(Dirichlet)判别法是分析学中一条十分重要的判定法则,主要用于判定任意项数项级数的收敛、函数项级数的一致收敛反常积分的收敛以及含参变量反常积分的一致收敛等。
1834年提出鸽巢原理(即抽屉原理),当时命名为Schubfachprinzip (drawer principle).
家庭情况
狄利克雷于1805年2月13日生于德国迪伦,1859年5月5日卒于哥廷根
其家庭来自比利时的市镇利克雷(Richelet),此乃其姓氏勒热纳·狄利克雷(le jeune de Richelet = 法语:来自利克雷的小伙子),他的祖父就生活在那里。狄利克雷出身于行政官员家庭,他父亲是一名邮政局长。狄利克雷少年时即表现出对数学的浓厚兴趣,据说他在年少时就攒零用钱购买数学图书。1817年入波恩的一所中学,除数学外,他对近代史有特殊爱好,人们称道他是个能专心致志又品行优良的学生。两年后,他遵照父母的意愿转学到科隆的一所教会学校,在那里曾从师物理学家欧姆(Ohm),学到了必要的物理学基础知识。
其妻瑞贝卡·门德尔松(Rebecca Mendelssohn)是音乐家费利克斯·门德尔松的妹妹。
参考资料
最新修订时间:2024-10-23 14:20
目录
概述
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