Carl Friedrich Gauss | |
---|---|
Carl Friedrich Gauss | |
Születési név | német Johann Carl Friedrich Gauss |
Születési dátum | 1777. április 30. [1] [2] [3] […] |
Születési hely | |
Halál dátuma | 1855. február 23. [1] [2] [3] […] (77 éves) |
A halál helye | |
Ország | |
Tudományos szféra | matematika , mechanika , fizika , csillagászat , geodézia |
Munkavégzés helye | |
alma Mater | Göttingeni Egyetem |
Akadémiai fokozat | PhD [9] ( 1799 ) |
tudományos tanácsadója | Pfaff, Johann Friedrich [10] |
Diákok | Bolyai Farkas , August Ferdinand Möbius , Peter Gustav Lejeune Dirichlet , Gustav Robert Kirchhoff , Heinrich Christian Schumacher [9] és Gustav Swanberg [d] [9] |
Díjak és díjak |
A Párizsi Tudományos Akadémia Lalande-díja (1810) Copley-érem (1838) |
Autogram | |
![]() | |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Johann Karl Friedrich Gauss ( németül Johann Carl Friedrich Gauß ; Braunschweig , 1777 . április 30. – Göttingen , 1855 . február 23. ) német matematikus , mechanikus , fizikus , csillagász és földmérő [11] . Minden idők egyik legnagyobb matematikusának tartják, "a matematikusok királyának" [12] .
Copley -érmes (1838), a Londoni Királyi Társaság tagja (1804) [13] , a párizsi (1820) [14] és a svéd (1821) tudományos akadémia külföldi tagja, külföldi levelező tagja (1802) ill. a Szentpétervári Tudományos Akadémia külföldi tiszteletbeli tagja (1824) [15] .
A német Brunswick hercegségben született . Gauss nagyapja szegényparaszt volt; apja Gebhard Dietrich Gauss kertész, kőműves, csatornaőr; anyja, Dorothea Benz, egy kőműves lánya. Analfabéta lévén az anya nem írta fel fia születési dátumát, csak arra emlékezett, hogy szerdán született, nyolc nappal a Húsvét után 40 nappal ünnepelt mennybemenetele előtt . 1799-ben Gauss úgy számította ki születésének pontos dátumát, hogy kidolgozott egy módszert a húsvét dátumának bármely évre történő meghatározására [16] .
A fiú már két évesen csodagyereknek mutatta magát . Három évesen már tudott írni-olvasni, még apja számtani hibáit is kijavította. Van egy történet, amelyben a fiatal Gauss sokkal gyorsabban végzett számtani számításokat, mint az összes osztálytársa; Az epizód bemutatásakor általában az 1-től 100-ig terjedő számok összegének kiszámítását említik , de ennek eredeti forrása ismeretlen [17] . Idős koráig a legtöbb számítást a fejében végezte.
Szerencséje volt a tanárral: M. Bartels (később Lobacsevszkij tanára ) nagyra értékelte a fiatal Gauss kivételes tehetségét, és sikerült megszereznie a Brunswick hercegének ösztöndíját . Ez segített Gaussnak a braunschweigi Collegium Carolinumban (1792-1795) végezni.
Gauss egy ideig habozott a filológia és a matematika között, de az utóbbit részesítette előnyben. Nagyon szerette a latin nyelvet , műveinek jelentős részét latinul írta; szerette az angol és a francia irodalmat, amelyet eredetiben olvasott. 62 éves korában Gauss oroszul kezdett tanulni, hogy megismerkedjen Lobacsevszkij műveivel , és ebben a kérdésben nagyon sikeres volt.
A főiskolán Gauss Newton , Euler és Lagrange műveit tanulmányozta . Már ott számos felfedezést tett a számelméletben, köztük a másodfokú maradékok reciprocitásának törvényének bizonyítását . Legendre , igaz, korábban felfedezte ezt a legfontosabb törvényt, de nem sikerült szigorúan bizonyítani; Euler is megbukott. Ezenkívül Gauss megalkotta a " legkisebb négyzetek módszerét " ( amelyet Legendre is önállóan fedezett fel ), és kutatásokat kezdett a " hibák normális eloszlása " területén.
1795 és 1798 között Gauss a göttingeni egyetemen tanult , ahol A. G. Kestner [18] volt a tanára . Gauss életében ez a legtermékenyebb időszak.
1796 : Gauss bebizonyította a szabályos tizenhétszög felépítésének lehetőségét egy iránytű és egyengető segítségével . Ezen túlmenően megoldotta a szabályos sokszögek végére való felépítésének problémáját, és talált egy kritériumot egy szabályos n -szög megalkotásának lehetőségére iránytű és egyenes él segítségével:
Gauss nagyon dédelgette ezt a felfedezést, és örökségül hagyta, hogy egy szabályos tizenhét oldalú körbeírt lapot ábrázoljon a sírján.
1796-tól Gauss rövid naplót vezetett felfedezéseiről. Newtonhoz hasonlóan ő sem publikált sokat, bár ezek kivételes jelentőségű eredmények voltak ( elliptikus függvények , nem euklideszi geometria stb.). Barátainak elmagyarázta, hogy csak azokat az eredményeket publikálja, amelyekkel elégedett és befejezettnek tekinti. Sok általa elvetett vagy elhagyott gondolat később Abel , Jacobi , Cauchy , Lobacsevszkij és mások munkáiban elevenedett fel, valamint 30 évvel Hamilton előtt fedezte fel a kvaterniókat (ezeket "mutációknak" nevezte).
Gauss számos publikált munkája mindegyike jelentős eredményeket tartalmaz, egyetlen nyers és múló munka sem volt.
1798: Elkészült az " Aritmetikai vizsgálatok " ( lat. Disquisitiones Arithmeticae ) remekmű, amelyet csak 1801-ben nyomtattak ki.
Ebben a munkában a kongruenciák elméletét részletezzük modern (az általa bevezetett) jelöléssel, megoldjuk egy tetszőleges sorrend összehasonlítását, mélyrehatóan tanulmányozzuk a másodfokú formákat , az egység összetett gyökeivel szabályos n-szögeket konstruálunk, a másodfokú maradékok tulajdonságait. e) Gauss szerette azt mondani, hogy a matematika a tudományok királynője, a számelmélet pedig a matematika királynője.
1798-ban Gauss visszatért Braunschweigbe, és 1807-ig élt ott.
A herceg továbbra is pártfogolta a fiatal zsenit. Fizetett doktori disszertációjának kinyomtatásáért ( 1799 ), és jó ösztöndíjat adományozott neki. Gauss doktori disszertációjában először bizonyította be az algebra alaptételét . Gauss előtt sok próbálkozás volt erre, d'Alembert került a legközelebb a gólhoz . Gauss ismételten visszatért ehhez a tételhez, és 4 különböző bizonyítást adott rá.
1799-től Gauss a Braunschweigi Egyetem magánszemélye volt.
1801: a Szentpétervári Tudományos Akadémia levelező tagjává választották .
1801 után, anélkül, hogy szakított volna a számelmélettel, Gauss érdeklődési körét kiterjesztette a természettudományokra, elsősorban a csillagászatra. Az ok a Ceres kisbolygó felfedezése volt ( 1801 ), amely röviddel a felfedezés után elveszett. A 24 éves Gauss elvégezte (néhány óra alatt) a legbonyolultabb számításokat az általa kifejlesztett új számítási módszerrel [11] , és nagy pontossággal jelezte, hol kell keresni a „szökevényt”; ott volt, általános örömére, és hamarosan felfedezték.
Gauss dicsősége páneurópaivá válik. Számos európai tudományos társaság választja tagjának Gausst, a herceg növeli a juttatást, és Gauss érdeklődése a csillagászat iránt még jobban megnő.
1805: Gauss feleségül vette Johanna Osthofot. Három gyermekük született, ketten életben maradtak - fiuk Josef és lányuk Minna.
1806: Nagylelkű pártfogója, a herceg belehal a Napóleonnal vívott háborúban szerzett sebe . Több ország versengett egymással, hogy Gausst szolgálatra hívják (beleértve Szentpétervárt is ). Alexander von Humboldt javaslatára Gausst Göttingen professzorává és a Göttingeni Obszervatórium igazgatójává nevezték ki. Ezt a pozíciót haláláig töltötte be.
1807: A napóleoni csapatok elfoglalják Göttingent . Minden állampolgárnak kártalanítást kell fizetnie, beleértve a Gauss fizetéséhez szükséges hatalmas összeget - 2000 frankot . Olbers és Laplace azonnal a segítségére siet, de Gauss visszautasítja a pénzüket; majd egy ismeretlen Frankfurtból küld neki 1000 guldent , és ezt az ajándékot el kell fogadni. Csak jóval később tudták meg, hogy az ismeretlen mainzi választófejedelem, Goethe barátja (más források szerint frankfurti püspök ).
1809: új remekmű, Az égitestek mozgásának elmélete. Bemutatjuk a pályák perturbációinak figyelembevételének kanonikus elméletét.
Johanna éppen a negyedik házassági évfordulón halt meg, nem sokkal harmadik gyermeke születése után. Ez az év volt a legnehezebb Gauss számára. A következő évben, 1810-ben újra feleségül vette Wilhelmina („ Minna ”) Waldecket, Johanna barátját. Gauss gyermekeinek száma hamarosan ötre emelkedett.
1810: új kitüntetések. Gauss a Párizsi Tudományos Akadémiától díjat, a Londoni Királyi Társaságtól pedig aranyérmet kap .
1811: Új üstökös jelenik meg . Gauss gyorsan és nagyon pontosan kiszámította a pályáját. Elkezdett dolgozni a komplex elemzésen , felfedez (de nem tesz közzé) egy tételt, amelyet később Cauchy és Weierstrass fedezett fel : egy analitikus függvény integrálja zárt körvonalon nulla.
1812: a hipergeometriai sorozat tanulmányozása, általánosítja az akkoriban ismert szinte összes függvény kiterjesztését.
A híres "Moszkva tüze" (1812) üstökös Gauss számításai alapján mindenhol megfigyelhető.
1815: Kiadja az algebra alaptételének első szigorú bizonyítását .
1820: Gausst megbízzák Hannover felmérésével . Ehhez kidolgozta a megfelelő számítási módszereket (beleértve a legkisebb négyzetek módszerének gyakorlati alkalmazásának módszerét is ), amely egy új tudományos irány - a felsőbb geodézia - megalkotásához vezetett , és megszervezte a domborzat felmérését és a térképek [11] .
1821: A geodéziai munkával kapcsolatban Gauss történelmi munkaciklust kezd a felületek elméletével kapcsolatban . A " Gauss - görbület " fogalma belép a tudományba . Elkészült a differenciálgeometria kezdete . Gauss eredményei inspirálták Riemannt , hogy megírja klasszikus disszertációját a " Riemann geometriáról ".
Gauss kutatásának eredménye az "Investigations on Curved Surfaces" ( 1822 ) című munka volt. A felületen szabadon használt közös görbe vonalú koordinátákat. Gauss kifejlesztette a távoli konformális leképezés módszerét , amely a térképészetben megőrzi a szögeket (de torzítja a távolságokat); aerodinamikában, hidrodinamikában és elektrosztatikában is használják.
1824: a Szentpétervári Tudományos Akadémia külföldi tiszteletbeli tagjává választották .
1825: Felfedezi a Gauss-féle összetett egész számokat , felállítja az oszthatósági és kongruenciák elméletét. Sikeresen alkalmazza őket a magas fokú összehasonlítások megoldására.
1829: Az "A mechanika új általános törvényéről" című , mindössze négy oldalból álló, figyelemre méltó műben Gauss alátámasztja [19] a mechanika új variációs elvét - a legkisebb kényszer elvét . Az elv az ideális kapcsolatokkal rendelkező mechanikai rendszerekre alkalmazható, és Gauss így fogalmazta meg: „egy tetszőleges módon összekapcsolt és bármilyen hatásnak kitett anyagi pontrendszer mozgása minden pillanatban a lehető legtökéletesebb módon megy végbe, annak a mozgásnak megfelelően, hogy ezek a pontok, ha mind felszabadultak, vagyis ez a lehető legkisebb kényszerrel történik, ha egy végtelenül kicsi pillanat alatt alkalmazott kényszer mértékeként az egyes pontok tömegének szorzatának összegét vesszük pont és annak a pozíciótól való eltérésének négyzete, amelyet elfoglalna, ha szabad lenne" [20] .
1831: A második felesége meghal, Gauss súlyos álmatlanságban szenved. A 27 éves tehetséges fizikus, Wilhelm Weber , akivel Gauss 1828-ban, Humboldtnál járva ismerkedett meg, Gauss kezdeményezésére érkezett Göttingenbe . Mindkét tudományrajongó a korkülönbség ellenére összebarátkozott, és elkezdődik az elektromágnesességgel kapcsolatos kutatási ciklus.
1832: "A bikvadratikus maradékok elmélete" . Ugyanazon komplex egész Gauss-számok felhasználásával nemcsak komplex számokra, hanem valós számokra is bizonyítunk fontos aritmetikai tételeket. Itt Gauss a komplex számok geometriai értelmezését adja, amely ettől a pillanattól kezdve általánosan elfogadottá válik.
1833: Gauss feltalálja az elektromos távírót , és ( Weberrel együtt ) elkészíti annak működő modelljét.
1837: Webert elbocsátják, mert nem volt hajlandó letenni a hűségesküt Hannover új királyának. Gauss megint egyedül maradt.
1839: A 62 éves Gauss elsajátítja az orosz nyelvet, és a Szentpétervári Akadémiának küldött levelében orosz folyóiratokat és könyveket kér, különösen Puskin A kapitány lánya című művét. Feltételezik, hogy ez annak köszönhető, hogy Gauss érdeklődött Lobacsevszkij munkái iránt , akit 1842 -ben Gauss javaslatára a Göttingeni Királyi Társaság külföldi levelező tagjává választottak .
Ugyanebben 1839-ben Gauss „A távolság négyzetével fordítottan ható vonzó és taszító erők általános elmélete” című esszéjében felvázolta a potenciálelmélet alapjait , beleértve számos alapvető rendelkezést és tételt – például az alapvető tételt. az elektrosztatika ( Gauss -tétel ) [21] .
1840: Gauss Dioptric Investigations című munkájában kidolgozta a képalkotás elméletét összetett optikai rendszerekben [21] .
Gauss 1855. február 23-án halt meg Göttingenben. V. György hannoveri király elrendelte, hogy Gauss tiszteletére érmet verjenek, amelyre Gauss portréját és a „ Mathematicorum Princeps ” – „Matematikusok királya” címet vésték.
Az alapkutatások Gauss nevéhez fűződnek a matematika szinte minden fő területén: az algebrában , a számelméletben , a differenciál- és nemeuklideszi geometriában , a matematikai elemzésben , az összetett változó függvényelméletében , a valószínűségszámításban , valamint az analitikában . és égi mechanika , csillagászat , fizika és geodézia [ 11 ] . „Minden téren elképesztő volt az anyagba való behatolás mélysége, a gondolkodás merészsége és az eredmény jelentősége. Gausst a "matematikusok királyának" [22] ( lat. Princeps mathematicorum ) nevezték.
Gauss rendkívül szigorú volt publikált munkáival szemben, és soha nem publikált még kiemelkedő eredményeket sem, ha e témában végzett munkáját hiányosnak tartotta. Személyes pecsétjén egy több gyümölcsű fa volt látható, mottója: "Pauca sed matura" ( kicsi, de érett ) [23] . Gauss archívumának tanulmányozása kimutatta, hogy lassan publikálta számos felfedezését, és ennek eredményeként más matematikusok megelőzték őt. Itt van egy hiányos lista azokról a prioritásokról, amelyeket elmulasztott.
Több diák, Gauss tanítványa lett kiemelkedő matematikus, például: Riemann , Dedekind , Bessel , Möbius .
Gauss megadta az algebrai alaptétel első szigorú, még a modern kritériumok szerint is szigorú bizonyítékait .
Felfedezte az összetett Gauss-egészek gyűrűjét , megalkotta számukra az oszthatóság elméletét , és segítségükkel számos algebrai problémát megoldott. Rámutatott a komplex számok ma ismert geometriai modelljére és a velük végzett műveletekre.
Gauss megadta a klasszikus kongruenciaelméletet , felfedezte a maradékok véges mezőjét modulo prime, mélyen behatolt a maradékok tulajdonságaiba.
Gauss először a felületek belső geometriáját kezdte tanulmányozni . Felfedezte a felület jellegzetességét ( Gauss-görbület ), amely nem változik a hajlítások hatására, és ezzel lerakja a Riemann-féle geometria alapjait . 1827 -ben publikált egy teljes felületelméletet. Bizonyított Theorema Egregium , a felületelmélet alaptétele. Gauss differenciálgeometriával kapcsolatos munkái erőteljes lendületet adtak ennek a tudománynak a fejlődéséhez az egész 19. században. Útközben egy új tudományt hozott létre - a magasabb geodéziát .
Gauss volt az első (egyes források szerint [11] , körülbelül 1818-ban), aki megépítette a nem euklideszi geometria alapjait, és hitt annak lehetséges valóságában [25] . Élete során azonban nem publikált semmit ebben a témában, valószínűleg félt a félreértéstől, mert az általa kidolgozott elképzelések szembementek az euklideszi tér dogmájával az akkor uralkodó kanti filozófiában) [26] . Fennmaradt azonban Gauss Lobacsevszkijhez írt levele, amely egyértelműen kifejezi szolidaritástudatát, és a halála után megjelent személyes leveleiben Gauss csodálja Lobacsevszkij munkásságát. 1817-ben ezt írta W. Olbers csillagásznak [27] :
Egyre inkább meg vagyok győződve arról, hogy geometriánk szükségességét nem lehet bizonyítani, legalábbis emberi ésszel és emberi ésszel nem. Talán egy másik életben olyan nézetekhez jutunk a tér természetéről, amelyek ma már elérhetetlenek számunkra. A geometriát eddig nem a tisztán eleve létező aritmetikával kellett egy szintre helyezni, hanem a mechanikával.
Dolgozataiban jelentős megjegyzéseket találtak a témában, amelyet később topológiának neveztek el . Sőt, megjósolta e téma alapvető fontosságát.
A szabályos sokszögek körzővel és egyenes éllel történő megalkotásának ősi problémáját végül Gauss oldotta meg (lásd a Gauss-Wanzel tételt ).
Gauss továbbfejlesztette a speciális függvények elméletét , sorozatait, numerikus módszereket, problémamegoldást a matematikai fizikában. Megalkotta a potenciál matematikai elméletét .
Sokat és sikeresen foglalkozott elliptikus függvényekkel , bár valamiért nem publikált ebben a témában.
Gauss fő hozzájárulása az analitikai mechanikához a legkisebb kényszer elve volt . Ennek az elvnek az analitikus megfogalmazásához nagy jelentőséggel bír G. Scheffler (1820-1903) „A mechanika Gauss-féle alaptörvényéről” [29] 1858-ban megjelent munkája [28] , amelyben Scheffler újradefiniálta [ 30] kényszer ( németül: Zwang ) a következő (modern jelöléssel [31] ) kifejezésként:
,ahol a rendszerben szereplő pontok száma, a pont tömege, a rá ható aktív erők eredője, az adott pont megengedett gyorsulása (valójában Scheffler skaláris jelölést használt, és nem volt tényező az összeg jele előtt). A „megengedett gyorsulások” alatt itt [32] a rendszerpontok olyan gyorsulásait értjük, amelyek a rendszer adott állapotában kapcsolatok megszakítása nélkül megvalósíthatók; a valós gyorsulások (amelyek a rendszer pontjaira ténylegesen ható erők hatására keletkeznek) a megengedett gyorsulások speciális esetei.
Ezt követően a Gauss-elv elnyerte azt a formát, amelyet a bemutatásában és az elméleti mechanika modern kurzusaiban használnak: „Egy ideális korlátokkal rendelkező mechanikai rendszer tényleges mozgása során a kényszer azt az értéket veszi fel, amely az összes lehetséges érték közül a legkisebb. egymásra helyezett kényszerekkel kompatibilis mozgásokhoz” [33] . Ez az elv [34] a mechanika differenciális variációs elveinek számára vonatkozik . Nagyon nagy általánossága van, mivel sokféle mechanikai rendszerre alkalmazható: konzervatív és nem konzervatív, holonomikus és nem holonikus. Ezért különösen gyakran használják [35] kiindulási pontként a nem holonom rendszerek mozgásegyenleteinek levezetéséhez .
A csillagászatban Gausst elsősorban az égi mechanika érdekelte , a kisebb bolygók keringését és azok perturbációit tanulmányozta. Javaslatot tett a perturbációs elszámolás elméletére, és többször is bizonyította annak hatékonyságát a gyakorlatban.
1809- ben Gauss megtalálta a módját, hogy három teljes megfigyelésből meghatározza egy pálya elemeit (ha a három dimenzióra ismert az idő, a jobbra emelkedés és a deklináció ).
A mérési hibák befolyásának minimalizálása érdekében Gauss a legkisebb négyzetek módszerét alkalmazta , amelyet ma már széles körben használnak a statisztikákban . Bár nem Gauss volt az első, aki felfedezte a természetben általánosan elterjedt normális eloszlási törvényt , olyan alaposan tanulmányozta azt, hogy az eloszlásgráfot azóta gyakran Gauss -nak nevezik .
A fizikában Gauss kidolgozta a kapilláris elméletet, a lencserendszer elméletét. Ő fektette le az elektromágnesesség matematikai elméletének alapjait, és egyúttal elsőként vezette be az elektromos térpotenciál fogalmát , majd 1845-ben jutott el az elektromágneses kölcsönhatások véges terjedési sebességének ötletéhez. 1832-ben megalkotta az abszolút mértékrendszert, három alapegységet bevezetve: hosszegység - 1 mm, időegység - 1 s, tömegegység - 1 mg; ez a rendszer a CGS egységrendszer prototípusaként szolgált . Weberrel együtt Gauss megépítette Németország első elektromágneses távíróját . A földi mágnesesség tanulmányozása közben Gauss 1837-ben feltalált egy unipoláris magnetométert , 1838-ban pedig egy bifiláris magnetométert [21] .
Gaussról nevezték el:
A matematikában, a csillagászatban és a fizikában számos tétel és tudományos kifejezés kapcsolódik Gauss nevéhez, lásd: Gaussról elnevezett objektumok listája . Néhány közülük:
Gauss és Alexander von Humboldt életét a " Measuring the World " című filmnek szentelték (" Die Vermessung der Welt ", 2012, Németország). A film Daniel Kelman író azonos című regényén alapul [37] .
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Tematikus oldalak | ||||
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
Genealógia és nekropolisz | ||||
|
A Párizsi Tudományos Akadémia Csillagászati Akadémia Lalande-díjának nyertesei | |
---|---|
|