数学史 · 中文镜像

数学家传记

威廉·布朗克William Brouncker, 2nd Viscount Brouncker

出生
1620年 爱尔兰卡斯尔莱昂斯(科克以北)
逝世
1684年4月5日 英格兰伦敦威斯敏斯特

威廉·布朗克是一位爱尔兰数学家,他是伦敦皇家学会的创始人和第一任主席。他研究连分数,并通过无穷级数计算对数。

完整传记

威廉·布朗克是爵士布朗克的长子,后者是一位重要人物,与英格兰国王关系密切,并在1639年与苏格兰人作战。他曾作为查理一世的枢密内侍之一为其效力,并担任其子威尔士亲王查理的副内侍。布朗克的母亲是来自沃里克郡纽恩汉的温妮弗雷德·利。在英格兰国王与议会即将爆发内战的时代,布朗克家族是坚定的保皇党支持者。

我们对布朗克的早年生活知之甚少。我们把1620年作为他的出生日期,但这是历史学家的猜测,而非来自任何具体证据。他的出生地也是猜测。他究竟出生在爱尔兰还是英格兰,甚至是一个有争议的问题,没有确凿证据支持任何一种假设。关于布朗克我们确切知道的第一件事是,他十六岁时进入牛津大学,在那里学习数学、语言和医学。布朗克在牛津是否学到了算术以外的东西是值得怀疑的,因为约翰·沃利斯在说明当时数学的地位时写道:-

……数学,在当时我们这里,几乎不被视为学院式的研究,而更像是机械性的——是商人、贸易者、海员、木匠、土地测量员之类的事务。

这对布朗克来说是一段艰难的时期,因为英格兰的政治局势动荡不安。当他的父亲在1639年与苏格兰人作战时,查理一世已经统治了十年而没有召开议会。查理一世因继续与苏格兰人作战的资金日渐匮乏,于1640年召集议会试图筹款。1642年英国内战爆发,苏格兰人加入了议会军,查理一世接连遭受失败。布朗克和他的父亲是保皇党人,毫无疑问属于失败的一方。

1645年9月12日,布朗克的父亲成为里昂城堡的布朗克。他为自己购得了爱尔兰贵族爵位,据日记作者皮埃尔·萨米埃尔佩皮斯所述(例如见[4]):-

……他花了1200英镑成为爱尔兰贵族,并在同一天发誓说他连12便士都不剩来付晚餐的钱。

Castle Lyons的布朗克没能长久享受他买来的爵位,因为两个月后他就去世了。此时,他的数学家儿子布朗克继承了他的爵位,成为第二代Castle Lyons的布朗克。六个月后,国王最终输掉了内战并投降。对于保皇党人来说,如果想生存下去,就该低调行事,而布朗克正是这样做的。

他于1647年2月23日获得牛津大学医学博士学位(事实上,此时的2月按当时历法仍是1646年,因为新年从4月开始,但我们采用与现行历法一致的1647年)。查理一世于1649年1月被斩首,同年5月布朗克的母亲去世。[4]的作者们写道:——

布朗克是留在乡间静心从事研究的保皇党人之一。

这些研究是数学和音乐,布朗克热爱的两个主题。正是在这段时间里,他致力于一部出版物,这实际上将是他唯一的书。勒内·笛卡儿在1618年写了一篇关于音乐的论文,但从未出版。直到1650年勒内·笛卡儿去世后,一家荷兰出版商才将其印成58页的小册子,标题为Renati Descartes Musicae Compendium (勒内·笛卡儿的音乐概要)。1653年,布朗克出版了他对勒内·笛卡儿著作的英译本,但他添加了自己的注释,使该著作的篇幅增加了一倍。马兰·梅森勒内·笛卡儿的手稿写成后提出了十二平均半音音阶,而在他的注释中,布朗克提出了马兰·梅森思想的一种变体,但他将音阶分为十七平均半音。所有这些数学家都对音乐理论有所贡献,这不应令人惊讶,事实上布朗克的注释使用了代数和对数,极具数学性。人们可能会好奇为什么布朗克选择十七平均半音,原因同样是数学上的,因为他通过基于黄金分割的比率推导出了这一点。

1649年查理一世被斩首后,英格兰成为共和国。1653年克伦威尔成为护国公,并担任此职直到1658年去世。就数学而言,护国公时期是布朗克最多产的岁月。他不得不避开公众视线,以免因保皇党观点而付出代价,因此他埋头与约翰·沃利斯通信,并解决一些我们下面将讨论的困难数学问题。通过约翰·沃利斯以及其他与他通信的人,他参与了一个在伦敦格雷沙姆学院聚会的科学家团体。虽然我们不知道他何时首次成为该团体的活跃成员,但我们确实知道他在1657年参加了格雷沙姆学院的会议。

1658年克伦威尔去世后,他的儿子接任但无能。局势恶化,军队驻扎在格雷沙姆学院,阻止了科学家们继续他们的每周会议。蒙克,曾被任命为苏格兰总督,率军进军伦敦并于1660年初恢复了秩序。布朗克是签署承认蒙克权利的宣言的人之一。蒙克呼吁议会进行新的选举,知道人民的情绪会选出保皇党人。布朗克参加了新的议会选举,并于1660年当选为韦斯特伯里议员。伦敦局势的改善,特别是驻扎在格雷沙姆学院的军队已经离开,使得科学家们能够再次在学院开会。1660年11月28日星期三,布朗克是十几位科学家之一,在格雷沙姆学院的一次会议上,他们成立了促进物理-数学实验学习的学会,他们宣布这将促进实验哲学。

布朗克是议会议员,议会投票决定恢复君主制,被处决的查理一世的儿子查理二世于1660年登基。布朗克的父亲在查理还是威尔士亲王时曾任他的副内侍,因此布朗克为新国王所熟知,国王很快回报了他忠诚的支持。1662年,国王任命布朗克为(布拉干萨的)凯瑟琳王后的掌玺大臣和国玺保管人。

格雷沙姆的学会向国王查理二世请愿,要求承认它并授予皇家特许状。布朗克为学会努力工作,确保它活跃。特别是他进行了许多实验,包括一些关于弹道学的实验,一些关于摆的实验,以及一项关于磁针变化的研究。他将第一个主题发表为Recoil of guns。1662年7月15日由国玺通过的皇家特许状创建了伦敦皇家学会,皇家特许状提名布朗克为其第一任主席。鉴于学会创始成员的素质,布朗克,肯定不是学术上最杰出的,被任命为主席可能被认为有点奇怪。当然,布朗克与国王关系最好,这一定是一个主要因素,但还有其他原因。布朗克是一个有独立收入的人,而且他也未婚,所以他有时间投入到学会中,而大多数其他人则没有。同样,没有人能比布朗克更热情地推动学会的目标,所以他是一个很好的选择。

作为主席,他继续他的实验工作。Birch在其1667年出版的History of the Royal Society中写道:-

布朗克提议,可以展示关于物体第一速度测量的实验,即需要多大的力才能在一秒时间内将例如一磅重物提升一码高。勋爵被要求担任该实验的主持人。

布朗克现在承担了多项角色。他从1664年到1667年担任伦敦格雷欣学院院长。布朗克的兴趣之一在于船舶,他按照自己的设计为国王查理二世建造了一艘游艇。这种对海洋的兴趣使他成为1664年被任命为海军委员会专员的明显人选,并且如同他在皇家学会的工作一样,他以极大的热情承担起职责。日记作家佩皮斯,时任海军委员会书记员,记录下他认为布朗克:-

……一个非常能干的人。

1668年,布朗克被任命为海军账目审计官。佩皮斯写道:-

事实是[布朗克]是他们所有人中最优秀的人,除我自己之外,我愿意为他服务……

大约从1675年起,布朗克的情况开始变得不那么顺利。他因向查理二世进言反对为罗伯特·胡克的弹簧调节手表颁发专利而与罗伯特·胡克发生争执。罗伯特·胡克皇家学会中的其他人开始觉得更换主席的时候到了。罗伯特·胡克认为1675年和1676年的年度选举不公平,而罗伯特·胡克在1676年未能当选进入理事会这一事实,使他更加决心改革选举程序。布朗克在1677年似乎只是偶尔出席学会会议,但他似乎仍想继续担任主席。罗伯特·胡克记载,1677年10月18日,当有人提出以投票方式选举理事会的建议时,布朗克担任主席:-

布朗克勃然大怒,胡言乱语一番后走了出去。

布朗克没有出席11月的会议,那次会议选举Joseph Williamson爵士接替他担任主席。

布朗克的数学成就包括关于连分数的工作以及用无穷级数计算对数。1655年,他给出了4π\Large\frac{4}{\pi}的连分数展开式。

4π=1+122+322+522+...\Large\frac {4} {\pi} \normalsize = 1 + \Large \frac {1^2}{2+ \Large\frac{3^2}{2 + \Large\frac {5^2}{2+...}}}

这一结果写成约十页,被约翰·沃利斯加入他的著作Arithmetica Infinitorum中,可能最早由布朗克在1654年发现。约翰·沃利斯把这个结果告诉了克里斯蒂安·惠更斯克里斯蒂安·惠更斯表示强烈怀疑其真实性。然而在布朗克用他的连分数展开正确计算出π的十进制展开的前10位之后,克里斯蒂安·惠更斯接受了这个结果。

可能也是在1654年,布朗克计算了双曲线的求积,尽管他直到1668年才发表这一结果。它出现在布朗克于1668年在Philosophical Transactions of the Royal Society上发表的一篇论文中,但他明确说明这一结果就是约翰·沃利斯在1665年所提到的那个。虽然未以这种形式给出,但布朗克所证明的等价于表明11+x\Large\frac{1}{1+x}在0与1之间的积分是

11×2+13×4+15×6+...\Large\frac{1}{1\times 2}\normalsize + \Large\frac{1}{3\times 4}\normalsize + \Large\frac{1}{5\times 6}\normalsize + ...

112+1314+1516+...1 - \Large\frac{1}{2}\normalsize + \Large\frac{1}{3}\normalsize - \Large\frac{1}{4}\normalsize + \Large\frac{1}{5}\normalsize - \Large\frac{1}{6}\normalsize + ...

布朗克给出了一种解丢番图方程的方法

nx2+1=y2nx^{2} + 1 = y^{2}

它是在1657-58年讨论皮埃尔·德·费马提出的一个挑战问题的通信中发展出来的。更多细节见我们的文章佩尔方程。据信莱昂哈德·欧拉在将该方程命名为“约翰·佩尔的方程”时犯了错误,他本意是要承认布朗克作出的杰出贡献。有趣的是,如果莱昂哈德·欧拉没有犯这个错误,那么布朗克就不会作为数学家相对默默无闻,而会通过“布朗克的方程”而举世闻名。

1659年,布朗克对Neile关于半三次抛物线ay2=x3ay^{2} = x^{3}弧长计算的改进出现在约翰·沃利斯的著作De Cycloide et de Corporibus inde Genitis中。

布朗克获得了一个多少有些不幸的名声。佩皮斯,正如我们所见,是布朗克的好朋友,认为他虐待了他的女性朋友之一特纳夫人,并在日记中写道:-

我觉得他是个心地险恶、虚伪的人,和我认识的任何人一样……因此,我必须相应地提防他,我希望我会做到。

还有其他关于他性格的负面评论,这些评论被认为是不公平的,因为作者将布朗克与他的兄弟Henry Brouncker混淆了。Henry是:-

……一向以冷酷、贪婪、邪恶的人而闻名;但在世俗的狡诈和赌博技巧方面,很少有人能超过他。

似乎是一个残酷的转折,两次误认,将他误认为约翰·佩尔以及他的兄弟Henry,导致布朗克没有得到应有的公正评价。

参考文献

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