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      狄利克雷——科研教學(xué)兩不誤的數(shù)學(xué)家

      2023-10-23 17:07:04孟祥蕊王淑紅
      科學(xué) 2023年5期
      關(guān)鍵詞:數(shù)論高斯

      孟祥蕊 王淑紅

      德國著名數(shù)學(xué)家黎曼認(rèn)為,約翰·狄利克雷(Johann P. G. L. Dirichlet, 1805—1859)是當(dāng)時(shí)除了高斯之外最偉大的數(shù)學(xué)家。和人們通常認(rèn)為不喜教學(xué)的高斯不同,狄利克雷一生熱愛從教,不僅培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家,而且在提升德國數(shù)學(xué)教育水平方面也做出了重要貢獻(xiàn)。然而,忙碌的教書生活并沒有阻礙他的科研進(jìn)程,狄利克雷的研究成果不僅推動了德國數(shù)學(xué)的發(fā)展,更是在整個(gè)數(shù)學(xué)發(fā)展史上都留下了不可磨滅的印記。

      1805年2月13日,狄利克雷出生在德國迪倫(當(dāng)時(shí)屬于法國)的一個(gè)普通家庭。狄利克雷的祖父安托萬·狄利克雷(Antoine L. Dirichlet)是一位布料制造商,到迪倫發(fā)展事業(yè)并組建了家庭。狄利克雷的父親約翰·狄利克雷(Johann A. L. Dirichlet)既是商人也是鎮(zhèn)政府官員,先后擔(dān)任過迪倫的初級議員、市政代表和郵政局長,是一個(gè)和藹又正直的人。母親安娜·伊麗莎白(Anna Elisabeth)同樣出身布商家庭。[1]狄利克雷是家中最小的孩子,排行第七。由于當(dāng)時(shí)政局動蕩,在狄利克雷出生后,全家由法國公民轉(zhuǎn)變?yōu)槠蒸斒抗瘛?/p>

      盡管并不富裕,但狄利克雷的父母對他們天賦極高的兒子給予了非常精心的教育。狄利克雷早年在迪倫的一所小學(xué)讀書,當(dāng)這所學(xué)校不再能滿足他對知識的需求時(shí),父母就將他轉(zhuǎn)到了一所私立學(xué)校。在那里,他還學(xué)習(xí)了拉丁語,為進(jìn)入高中做準(zhǔn)備。狄利克雷很早就表現(xiàn)出對數(shù)學(xué)的喜愛,不到12歲時(shí)就已開始用零用錢買數(shù)學(xué)書了。當(dāng)被告知他無法理解這些數(shù)學(xué)書時(shí),他回答說“無論如何我都會讀這些書,直到理解為止”。[2]可見其對數(shù)學(xué)的熱愛。

      起初,父母希望他成為一名商人,不過因?yàn)榈依死赘雽W(xué)習(xí)而放棄這一想法,并在1817年送他到波恩高中學(xué)習(xí)。在波恩高中狄利克雷因勤奮、有禮,很快贏得了周圍人的喜歡,并對數(shù)學(xué)和歷史表現(xiàn)出特殊興趣,歷史方面尤其關(guān)注法國大革命后的近代歷史。

      兩年后,狄利克雷轉(zhuǎn)到科隆的耶穌會高中,并跟著歐姆(S. Ohm)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),后來歐姆因發(fā)現(xiàn)以其名字命名的歐姆定律而聞名。1821年,狄利克雷離開科隆高中,同年8月20日,狄利克雷收到了學(xué)校相關(guān)負(fù)責(zé)人簽署的證書,證明他是高年級學(xué)生,在學(xué)習(xí)古代語言、數(shù)學(xué)、歷史、物理和德語方面很勤奮,在所有科目上都取得了顯著進(jìn)步,表現(xiàn)良好[1]。

      準(zhǔn)備進(jìn)入大學(xué)時(shí),父母又希望狄利克雷學(xué)習(xí)法律以確保他有一個(gè)好的前途。然而,父母的想法由于狄利克雷對數(shù)學(xué)的喜愛再次夭折,因?yàn)榈依死妆硎舅麜诎滋鞂W(xué)習(xí)法律,在晚上學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),所以狄利克雷的父母明智地做了讓步。

      確定了學(xué)習(xí)方向后,去哪里學(xué)習(xí)是當(dāng)時(shí)面臨的主要問題。由于當(dāng)時(shí)德國大學(xué)的數(shù)學(xué)水平不高,唯一聞名世界的數(shù)學(xué)家還是不喜普通教學(xué)的高斯,所以狄利克雷決定去巴黎學(xué)習(xí),當(dāng)時(shí)的巴黎是世界數(shù)學(xué)之都。此外,在被法國占領(lǐng)時(shí)期,狄利克雷家族的許多老熟人就定居在巴黎或經(jīng)常訪問巴黎,他們可以為16歲的狄利克雷提供必要的幫助,后來也確實(shí)幫了他很多。

      1822年5月,狄利克雷動身前往巴黎,在本月最后一個(gè)星期日抵達(dá)后,寫信告知父母他將在法蘭西學(xué)院和巴黎理學(xué)院學(xué)習(xí)。在那里很多頂尖的數(shù)學(xué)家都成了他的老師,比如畢奧(B. Biot)、傅里葉(J. Fourier)、弗朗科爾(B. Francoeur)、阿謝特(P. Hachette)、拉普拉斯(S. Laplace)、拉克魯瓦(S. Lacroix)、勒讓德(A. Legendre)和泊松(S. Poisson),使狄利克雷獲益良多。[3]

      除了學(xué)習(xí)課程之外,狄利克雷還自學(xué)高斯的杰作《算術(shù)研究》。來到巴黎后狄利克雷曾請求母親給他寄幾本數(shù)學(xué)書,其中就包括《算術(shù)研究》的副本。狄利克雷一生多次研究《算術(shù)研究》,是第一個(gè)完全理解它的人。狄利克雷從來不把它放到書架上而是經(jīng)常放在桌子上,以便隨時(shí)研究,睡前狄利克雷也會讀一些難懂的段落,睡覺時(shí)就把書放在枕頭下面,希望夜里醒來重讀一下就清楚了這些段落[4]。據(jù)說狄利克雷每次旅行時(shí)也都帶著它,就像一些牧師總是帶著自己的祈禱書一樣[2]。

      然而,巴黎的求學(xué)路并非一帆風(fēng)順。1822年秋天,狄利克雷剛到法國不久,巴黎就爆發(fā)了大規(guī)模流感,數(shù)千人感染了天花,狄利克雷也在其中。不過幸好他之前接種了疫苗,降低了病毒的危害,他的名字沒有出現(xiàn)在有1000多人的死亡名單上,并且他很快恢復(fù)健康,回歸課堂。

      在巴黎,除了正常學(xué)習(xí)外,狄利克雷還有另外的機(jī)遇。1823年夏,狄利克雷家族的老熟人推薦他去福伊(S. Foy)將軍家里教授孩子們德語和文學(xué),這是一份高薪水的工作,使他在經(jīng)濟(jì)方面得以獨(dú)立。福伊將軍是拿破侖時(shí)代的戰(zhàn)爭英雄,1819年被選入眾議院,擔(dān)任反對派領(lǐng)袖。他的住所是巴黎許多名人的聚會場地,這使狄利克雷在社交方面獲得自信并對他今后的生活產(chǎn)生了顯著的影響。這份工作一直持續(xù)到1825年11月28日福伊因心臟病去世。福伊一家視他為家人,狄利克雷在這期間過得非常舒適。多年后,福伊的遺孀還記得那個(gè)身材瘦長的家教老師坐在狹窄的爐子邊上,一邊監(jiān)督孩子們學(xué)習(xí),一邊繼續(xù)自己的研究[1]。

      狄利克雷的家教工作結(jié)束后,當(dāng)務(wù)之急便是尋找一份固定的工作。在傅里葉和泊松的建議下,狄利克雷開始接觸洪堡(A. von Humboldt)。第一次拜訪洪堡時(shí),狄利克雷就表達(dá)了他想回普魯士尋求職位的愿望,并得到了洪堡的支持和幫助。

      1826年5月14日,狄利克雷在洪堡的幫助下,給洪堡的老朋友普魯士文化和教育部長阿爾滕斯坦(F. von Altenstein)寫了一封求職信并附上他的研究成果和洪堡的推薦信。狄利克雷也將其研究成果的副本和對艾特魏因(A. Eytelwein)文章的譯文以及洪堡的推薦信一起寄給了柏林科學(xué)院,希望得到艾特魏因院士和天文學(xué)家恩克(F. Encke)的支持,恩克是高斯的學(xué)生也是柏林科學(xué)院的干事。在1826年5月28日,狄利克雷又給高斯寫了一封信,連同研究成果副本和洪堡的推薦信寄到了格丁根,信中狄利克雷說明了他的情況。[2]

      后來高斯寫信給恩克,極力夸贊了狄利克雷表現(xiàn)出的卓越才能,這令恩克十分震驚,然后毫不猶豫地將此事告訴了教育和文化事務(wù)部的相關(guān)負(fù)責(zé)人。因?yàn)樵诙骺丝磥?,高斯的這個(gè)評價(jià)有很高的價(jià)值,并且自從他認(rèn)識高斯以來,從未見過高斯以如此熱情的方式表達(dá)意見。恩克告訴高斯事情的進(jìn)展之后,高斯在1826年給狄利克雷寫了一封信,親切地告訴他事情的進(jìn)展并表達(dá)了他對狄利克雷的美好祝愿。等待結(jié)果期間狄利克雷回到了迪倫。

      他的申請獲得了回應(yīng),阿爾滕斯坦在布雷斯勞大學(xué)給狄利克雷提供了一個(gè)教師職位。由于狄利克雷還沒有通過博士考試,在阿爾滕斯坦的幫助下,波恩大學(xué)在1827年授予狄利克雷榮譽(yù)博士學(xué)位。同年春天狄利克雷從迪倫搬到布雷斯勞任職,這期間狄利克雷曾繞道格丁根親自拜訪高斯。

      到布雷斯勞后,狄利克雷先是獲得了任職資格。1827年4月1日,他正式成為布雷斯勞大學(xué)的一名講師,年薪400泰勒,1828年升為副教授[1]。

      后來狄利克雷有了去柏林工作的機(jī)會。又一次在洪堡的幫助下,狄利克雷得到了柏林軍事學(xué)院的一個(gè)職位。因?yàn)榘栯固乖试S狄利克雷在休假期間到軍事學(xué)院任教,所以狄利克雷先是在布雷斯勞申請了10個(gè)月的帶薪假期。1828年10月1日,狄利克雷開始在軍事學(xué)院任職,年薪600泰勒。剛開始是做助教,一年后才正式教學(xué)。后來狄利克雷又延長了兩次假期,后來再也沒有回到過布雷斯勞。

      當(dāng)然,軍事學(xué)院并不是吸引他的地方,吸引他的是能夠同時(shí)在柏林大學(xué)任教[3]。1828年,狄利克雷開始在柏林大學(xué)教書,1831年正式調(diào)到柏林大學(xué)哲學(xué)系,提升為副教授,同時(shí)也保留了在軍事學(xué)院的工作,這使得狄利克雷的工作比他所希望的繁重很多。同年,狄利克雷入選柏林皇家科學(xué)院,經(jīng)國王確認(rèn)后,選舉于1832年生效。當(dāng)時(shí)27歲的狄利克雷是科學(xué)院中最年輕的成員。1839年,狄利克雷被提升為柏林大學(xué)正教授。

      就這樣狄利克雷在軍事學(xué)院和柏林大學(xué)一直工作到1855年。其實(shí)狄利克雷本可以繼續(xù)在柏林大學(xué)任職,不過他卻有了離開軍事學(xué)院的想法,主要有兩方面原因。其一是,多年來狄利克雷厭倦了軍事學(xué)院每三年就重復(fù)的課程,加上他在柏林大學(xué)的課程,每周的教學(xué)工作量通常是18個(gè)小時(shí)左右,很繁重,令他沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行研究。其二是,1848年三月革命之后,當(dāng)軍事學(xué)院重新開放時(shí),狄利克雷的自由主義信念和軍官們的精神截然相反。這兩個(gè)原因致使他想從軍事學(xué)院辭職的愿望越來越強(qiáng)烈。但經(jīng)濟(jì)條件不容許他干脆利落地直接辭職,他需要一筆補(bǔ)償以彌補(bǔ)他的收入損失,因?yàn)樗诎亓执髮W(xué)的薪水相當(dāng)微薄。1855年,恰逢高斯去世,格丁根大學(xué)向狄利克雷發(fā)出邀請,希望他能繼任高斯的工作。狄利克雷當(dāng)時(shí)并沒有立即答應(yīng),而是利用它向普魯士文化部提出請求,希望能辭去軍事學(xué)院的職位并獲得補(bǔ)償,但并沒有得到及時(shí)的答復(fù),當(dāng)普魯士政府極不情愿地答應(yīng)他的請求時(shí),狄利克雷已經(jīng)決定應(yīng)邀前往格丁根。此后狄利克雷再也沒有換過工作,直到去世。政府的態(tài)度仿佛是壓死駱駝的最后一根稻草,讓狄利克雷最終下定決心離開柏林,即便他依然喜歡柏林大學(xué)的工作。

      狄利克雷1825年結(jié)束學(xué)業(yè),耗時(shí)一年用來落實(shí)工作,1827年步入了教育行業(yè),那一年他才22歲,而且終身從教。工作期間,狄利克雷因?qū)W識淵博而受尊敬,因謙虛而受歡迎。他的一生不僅影響和培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家,還提升了德國數(shù)學(xué)和教學(xué)水平。

      在軍事學(xué)院任教期間,狄利克雷開設(shè)的課程有方程論、級數(shù)論、體積測量、畫法幾何、三角學(xué)、二次曲線理論、解析幾何、微分和積分、分析力學(xué)、流體力學(xué)、大地測量學(xué)等。起初微分和積分并不包括在課程內(nèi),狄利克雷通過把所謂的高等分析及其在力學(xué)問題上的應(yīng)用引入課程,成功提高了教學(xué)水平。這也標(biāo)志著一些微積分第一次被引入課程。

      在柏林大學(xué)的最初幾年里,狄利克雷的學(xué)生很少,一般是5到10人。有些講座甚至因?yàn)閷W(xué)生太少而無法進(jìn)行。但這并不奇怪,因?yàn)榻^大多數(shù)學(xué)生只滿足于通過期末考試,而狄利克雷課程的要求遠(yuǎn)不止于此。但很快,隨著學(xué)生們數(shù)學(xué)水平的提升,再加上狄利克雷明智地選擇了更適合的授課內(nèi)容,增加了和學(xué)生們相處的時(shí)間,狄利克雷優(yōu)秀教師的名聲廣為人知,學(xué)生也增加到了20到40人,這在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)多的。

      狄利克雷是德國第一個(gè)講授數(shù)論以及分析技術(shù)在數(shù)論中的應(yīng)用的大學(xué)教師,這也是他最喜歡的科目,他的講座有23次是關(guān)于這些主題的。最重要的是,雅可比(C. Jacobi)在哥尼斯堡的講座和狄利克雷在柏林的講座推動了德國數(shù)學(xué)教學(xué)水平的普遍提高,從19世紀(jì)下半葉到1933年,德國大學(xué)數(shù)學(xué)基本上都達(dá)到了很高的水平。[2]

      在那個(gè)時(shí)代,很多人都受到了狄利克雷的影響,或是通過他的講座,或是通過和他交談。無須細(xì)說他是如何影響的,只這一長串的名字就足以令人震驚。他們是巴赫曼(P. Bachmann)、鮑爾(G. Bauer)、博爾夏特(C. Borchardt)、康托爾(M. Cantor)、克里斯托費(fèi)爾(E. Christoffel)、戴德金(R. Dedekind)、艾森斯坦(G. Eisenstein)、恩尼珀(A. Enneper)、海涅(E. Heine)、克羅內(nèi)克(L. Kronecker)、庫默爾(E. Kummer)、利普希茨(R. Lipschitz)、黎曼、舍林(E. Schering)、施羅特(H. Schr?ter)、賽德爾(P. Seidel)、魏因加滕(J. Weingarten)、戈佩爾(A. Goepel)、福爾辛(J. Foelsing)、穆勒(E. Müller)、格哈特(C. Gerhardt)、米凱利斯(G. Michaelis)和博伊曼(J. Boymann),其中大多數(shù)人后來都成為著名數(shù)學(xué)家,也有一部分是中學(xué)老師。除此之外,許多化學(xué)和物理專業(yè)的學(xué)生也聽過狄利克雷的講座,比如巴倫丁(F. Barentin)和維德曼(G. Wiedemann),他們是著名物理學(xué)家馬格努斯(G. Magnus)和化學(xué)家米切爾利希(E. Mitscherlich)的學(xué)生。

      狄利克雷的輝煌成就主要體現(xiàn)在數(shù)學(xué)和力學(xué)兩方面。和很多著名數(shù)學(xué)家相比,狄利克雷發(fā)表文章不算多,但文章質(zhì)量非常高。高斯曾評價(jià)道:“狄利克雷的作品是珠寶,珠寶不能用雜貨店的秤來衡量?!盵5]

      狄利克雷的第一部作品是對柏林皇家科學(xué)院成員艾特魏因關(guān)于流體動力學(xué)的一篇論文的法文翻譯稿,它為狄利克雷贏得了贊譽(yù)。1825年,狄利克雷完成了他的第一篇數(shù)學(xué)論文“關(guān)于某些五次不定方程的不可解”,在文中狄利克雷討論了費(fèi)馬大定理n=5的情況。狄利克雷向法國科學(xué)院提交這篇論文后獲得給科學(xué)院成員進(jìn)行講座的許可。這次講座在當(dāng)時(shí)很轟動,狄利克雷也因此贏得了科學(xué)界的高度認(rèn)可,因?yàn)樗菚r(shí)還只是一個(gè)默默無名的20歲德國學(xué)生。7年后,也就是1832年,狄利克雷又證明了n=14情況下的費(fèi)馬大定理。這次講座也使狄利克雷與許多著名院士有了更密切的聯(lián)系,特別是傅里葉和泊松,他們喚醒了狄利克雷對數(shù)學(xué)物理的興趣。與傅里葉的熟悉以及對其熱分析理論的研究為狄利克雷后來進(jìn)行關(guān)于傅里葉級數(shù)的劃時(shí)代研究做了鋪墊。

      由于高斯,狄利克雷對雙二次剩余這個(gè)主題產(chǎn)生了興趣。1825年4月,高斯首次發(fā)表了他關(guān)于雙二次剩余的論文。我們知道,整數(shù)a是模p的雙二次剩余,其中p為奇素?cái)?shù)且p|a,當(dāng)且僅當(dāng)同余式x4≡a(modp)有整數(shù)解。在這篇文章的最后高斯談到了關(guān)于數(shù)±2的雙二次特征的結(jié)果,這使狄利克雷對該主題產(chǎn)生了濃厚興趣,后來狄利克雷不僅發(fā)現(xiàn)了這個(gè)結(jié)果的簡單證明,還得出許多新的結(jié)果。自此雙二次剩余這個(gè)主題一直留在狄利克雷的腦海中直到他生命結(jié)束。

      狄利克雷工作的一個(gè)典型特點(diǎn)是用分析方法解決數(shù)論問題,他也因此成為解析數(shù)論的創(chuàng)始人。這一特點(diǎn)首次出現(xiàn)在其1835年的論文“關(guān)于定積分在有窮或無窮級數(shù)求和中的新應(yīng)用”中。1837年,狄利克雷首次給出了算術(shù)級數(shù)中素?cái)?shù)分布的證明,即任何首項(xiàng)與公差互素的算術(shù)級數(shù)中存在無窮多個(gè)素?cái)?shù),其中首項(xiàng)和公差為正整數(shù),這可以說是他將分析應(yīng)用于數(shù)論最令人印象深刻的體現(xiàn)。狄利克雷能夠證明這一定理的關(guān)鍵的新工具是L級數(shù),現(xiàn)以狄利克雷的名字命名。在發(fā)表這篇論文后不久,狄利克雷又分別于1838年和1839年發(fā)表了兩篇關(guān)于解析數(shù)論的更深刻的論文。這些論文介紹了狄利克雷級數(shù),確定了關(guān)于二次型的類數(shù)公式。1840年,狄利克雷在論文“關(guān)于二次型的性質(zhì)”(Uber eine Eigenschaft der quadratischen Formen)中又將算術(shù)級數(shù)中素?cái)?shù)分布的定理推廣到了形如ax2+2bxy+cy2的二次型,其中a, 2b, c沒有公因子。

      1834年狄利克雷提出了一個(gè)簡單而高效的原理——抽屜原理,即若將多于n個(gè)的物體放入n個(gè)抽屜,則至少有一個(gè)抽屜中有不止一個(gè)物體。后來人們也將其稱之為鴿籠原理,該原理在現(xiàn)代數(shù)論中具有重要作用。1842年狄利克雷在論文“連分?jǐn)?shù)理論中一個(gè)定理的推廣及其在數(shù)論中的一些應(yīng)用”中呈現(xiàn)了鴿籠原理的驚人應(yīng)用。進(jìn)一步地,鴿籠原理在狄利克雷后來證明單位定理時(shí)也發(fā)揮了重要作用。

      1837年,狄利克雷提出了函數(shù)的現(xiàn)代定義,即如果變量y與變量x相關(guān),使得根據(jù)某個(gè)規(guī)則,每個(gè)x值都對應(yīng)唯一一個(gè)y值,那么y就是關(guān)于自變量x的函數(shù)。

      從1840年開始,狄利克雷將由整系數(shù)方程xn+axn-1+bxn-2+…+p=0定義的量(所謂的代數(shù)整數(shù))置于他研究的中心位置[6],發(fā)表了一系列相關(guān)論文,并在1846年給出并證明了一般情形的單位定理,后來這一定理逐步演變?yōu)橹摹暗依死讍挝欢ɡ怼?。不得不說的是,狄利克雷的類數(shù)公式和單位定理是建立代數(shù)數(shù)論的重要支柱,在代數(shù)數(shù)論的發(fā)展中占據(jù)重要地位。

      《數(shù)論講義》也是狄利克雷極其重要的貢獻(xiàn),這本書是由戴德金[7]根據(jù)狄利克雷的講座編輯出版的,是對高斯《算術(shù)研究》最好的詮釋,其中也包含了不少狄利克雷自己的創(chuàng)見,是數(shù)論經(jīng)典著作之一。

      在力學(xué)方面,狄利克雷研究了系統(tǒng)的平衡和位勢論。這些研究始于1839年發(fā)表的幾篇論文,給出了多重積分的估值方法,并將其應(yīng)用于確定橢球體對其內(nèi)部或外部任意質(zhì)點(diǎn)的引力。之后狄利克雷轉(zhuǎn)向拉普拉斯證明太陽系穩(wěn)定性的問題,這使他得到了關(guān)于給定邊界條件下的調(diào)和函數(shù)的狄利克雷問題(也稱第一邊值問題)。1852年,狄利克雷研究了球在不可壓縮流體中的運(yùn)動問題,在這一研究過程中,他成為第一個(gè)精確解出流體力學(xué)方程的人。[3]

      狄利克雷的主要論文收錄在《狄利克雷全集》(G. Lejeune Dirichlet’s Werke)中,共兩卷,第一卷由克羅內(nèi)克編輯,出版于1889年,第二卷由富克斯(L. Fuchs)完成,并于1897年出版。

      科赫(H. Koch)曾這樣評價(jià)狄利克雷的貢獻(xiàn):數(shù)學(xué)的重要部分都受到狄利克雷的影響。他證明的慣常思路是從令人驚訝的簡單觀察開始,然后對剩下的問題進(jìn)行極其敏銳的分析。隨著狄利克雷的到來,柏林迎來了數(shù)學(xué)的黃金時(shí)代。[3]

      說到狄利克雷愛情事業(yè)雙豐收,就不得不提音樂了。很多數(shù)學(xué)家都和音樂有著不解之緣,有的是喜歡演奏,有的則是喜歡聽音樂。比如拉格朗日(J. Lagrange),對他來說,最優(yōu)美的音樂作品是最快樂的數(shù)學(xué)靈感來源[8];艾森斯坦在音樂方面也很有天賦,研究之余經(jīng)常彈鋼琴甚至作曲[9]。與這些人不同的是,狄利克雷不僅在音樂上獲得靈感,而且因音樂收獲了愛情。

      搬到柏林后,通過洪堡引薦,狄利克雷結(jié)識了亞伯拉罕·門德爾松·巴托爾迪(Abraham Mendelssohn Bartholdy)一家。亞伯拉罕是一位成功的銀行家,其父親是鼎鼎有名的哲學(xué)家摩西·門德爾松(Moses Mendelssohn)。亞伯拉罕還有4個(gè)優(yōu)秀子女,分別是芬妮(Fanny)、費(fèi)利克斯(Felix)、麗貝卡(Rebecca)和保羅(Paul)[10],其中芬妮和費(fèi)利克斯都是著名鋼琴家和作曲家,保羅是著名大提琴家和演奏家,麗貝卡雖然沒有那樣的音樂天賦,但她機(jī)敏、博覽群書、魅力十足。[1]

      門德爾松一家習(xí)慣定期舉辦宴會——著名的周末音樂會,就在他們家的大花園中。這也是柏林文化的一個(gè)獨(dú)特聚會地,很多名人都會參加。聚會上兄弟姐妹四人會進(jìn)行表演,人們也會談?wù)摳鞣N話題,比如政治、科學(xué)、音樂、藝術(shù)、歷史、哲學(xué)等。結(jié)識亞伯拉罕后,狄利克雷也加入了這個(gè)社交圈。得益于此,狄利克雷和麗貝卡相遇、相識、相知。

      狄利克雷一開始就喜歡上了麗貝卡,雖然麗貝卡追求者眾多,但她還是選擇了狄利克雷。他們在1831年11月訂婚,1832年5月結(jié)婚。從此,麗貝卡深深影響其一生,狄利克雷和音樂也愈發(fā)緊密。

      順便提一下,在1832年,狄利克雷的生活本可以走上完全不同的道路。高斯原本計(jì)劃推薦狄利克雷作為他已故同事——數(shù)學(xué)家蒂鮑特(B. Thibaut)的繼任者,但當(dāng)他聽說狄利克雷已經(jīng)結(jié)婚的消息后就取消了這個(gè)計(jì)劃,因?yàn)樗J(rèn)為狄利克雷不會愿意離開柏林。

      1833年7月2日,狄利克雷和麗貝卡迎來了他們的第一個(gè)孩子——沃爾特(Walter),后來他成為一位著名的政治家,并于1881—1887年成為德國國會的議員。

      關(guān)于沃爾特的出生有一則趣事。狄利克雷是出了名的懶于寫信,這一點(diǎn)和他的父親很像,他更喜歡通過直接聯(lián)系來解決問題。亞伯拉罕在倫敦的一次商業(yè)旅行中得到了沃爾特出生的消息,他在信中向麗貝卡表示祝賀,并憤憤不平地繼續(xù)說:“我不祝賀狄利克雷,至少不在信中祝賀他,因?yàn)榧词乖谶@種情況下,他也不肯給我寫一個(gè)字;至少他可以這樣寫:2+1=3。”[2]

      之后狄利克雷夫婦又有了三個(gè)孩子,分別是費(fèi)利克斯(Felix)、恩斯特(Ernst)和女兒弗洛拉(Flora),不幸的是費(fèi)利克斯在1歲的時(shí)候就去世了。

      1843年,狄利克雷一家開始了意大利之旅。1843年初,狄利克雷的好朋友雅可比被診斷出患有糖尿病,醫(yī)生建議他去氣候溫和的意大利療養(yǎng)。后來狄利克雷也申請了18個(gè)月的假期,并于1843年秋季和雅可比一起動身前往意大利。與他們同行的還有施泰納(J. Steiner)、雅可比的學(xué)生博爾夏特以及精通意大利語等多種語言的施萊弗利(L. Schl?fli)。他們的女兒弗洛拉就是在這次旅行期間出生的。值得一提的是,意大利旅行期間,狄利克雷在西斯廷教堂聽復(fù)活節(jié)音樂時(shí)突發(fā)靈感,發(fā)現(xiàn)了一般情形單位定理的證明思路。

      1855年,狄利克雷一家搬到格丁根。格丁根的生活是舒適的,這里沒有繁重的工作。下課后,狄利克雷會抽出時(shí)間在家里與麗貝卡和他媽媽一起喝茶,這是在柏林沒有的,因?yàn)槟抢锛液徒淌揖嚯x太遠(yuǎn)。格丁根的許多教師是業(yè)余音樂家,狄利克雷夫婦也經(jīng)常聽音樂,麗貝卡深受音樂愛好者的喜愛,不僅是因?yàn)樗值芙忝妹值墓猸h(huán),還因?yàn)樗С忠魳坊顒?,麗貝卡也會在家中舉辦音樂會。[2]狄利克雷很滿足,他在這里度過了一段輕松快樂的時(shí)光。特別是,她在格丁根大學(xué)協(xié)助狄利克雷和黎曼形成良好的音樂氛圍,是格丁根大學(xué)歷史上溫馨浪漫的一筆[9]。

      然而,幸運(yùn)之神并不是一直都在。1858年夏季學(xué)期結(jié)束后,狄利克雷去瑞士蒙特勒旅行。在蒙特勒,狄利克雷心臟病發(fā)作,回到格丁根時(shí)已是病危。通過精心照料,他似乎康復(fù)了。然而,誰都無法預(yù)料意外和明天哪個(gè)先到,同年11月29日,麗貝卡中風(fēng)了,之后她一直處于昏迷狀態(tài),直到12月1日早上去世。麗貝卡的突然離世對狄利克雷的打擊很大,使他的病情愈加嚴(yán)重,此后的五個(gè)月,他基本上臥床不起,似乎對生活失去了希望。這可能是狄利克雷一生中最痛苦的日子了,痛苦到不想去克服,悲傷到任由病魔肆虐侵蝕,最終,在1859年5月5日,狄利克雷與世長辭,享年54歲。

      人的一生,或多或少,或大或小,總會遇到一些挫折,經(jīng)歷一些磨難。狄利克雷的一生是機(jī)遇和磨難相伴的一生,有喜悅也有悲傷,有挫折亦有幸運(yùn)。縱觀狄利克雷一生,是成功的、幸福的、輝煌的,是令人敬仰的。

      [本文獲國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(12271138)資助]

      [1]Merzbach Uta C. Dirichlet. Cham: Birkh?user, 2018: 1-276.

      [2]William D, Tschinkel Y. Analytic Number Theory—A Tribute to Gauss and Dirichlet. Providence: American Mathematical Society/ Cambridge: Clay Mathematics Institute, 2005: 1-38.

      [3]O’Connor J J, Robertson E F. Johann Peter Gustav Lejeune Dirichlet. https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/ Dirichlet/

      [4]李曉奇. 先驅(qū)者的足跡: 高等數(shù)學(xué)的形成. 沈陽: 東北大學(xué)出版社, 2004: 227-231.

      [5]Gorkin P, Smith J H. Dirichlet: His Life, His Principle, and His Problem. Mathematics Magazine, 2005, 78(4): 283-296.

      [6]Klein F. Development of Mathematics in the 19th Century. Brookline: Math Sci Press, 1979: 87-90.

      [7]王淑紅, 孫小淳. 心靈的創(chuàng)造:戴德金的數(shù)學(xué)思想. 自然辯證法通訊, 2019, 41(2): 115-122.

      [8]Archibald R C. Mathematicians and Music. The American Mathematical Monthly, 1924, 31(1): 1-25.

      [9]蔣迅, 王淑紅. 數(shù)學(xué)都知道1. 北京: 北京師范大學(xué)出版社, 2016: 81-82.

      [10]蘇洋, 王淑紅. 庫爾特·亨澤爾的數(shù)學(xué)人生. 今日科苑, 2021, (8): 54-63.

      關(guān)鍵詞:狄利克雷 高斯 狄利克雷單位定理 數(shù)論 ■

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