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数学家传记

埃尔温·布鲁诺·克里斯托费尔Elwin Bruno Christoffel

出生
1829年11月10日 德国蒙茹瓦亚琛(今蒙绍)
逝世
1900年3月15日 法国斯特拉斯堡

埃尔温·布鲁诺·克里斯托费尔发表了关于共形映射、波恩哈德·黎曼的o函数、不变量理论以及埃尔温·布鲁诺·克里斯托费尔约化定理的著作。

完整传记

埃尔温·布鲁诺·克里斯托费尔以其在数学分析方面的工作而闻名,在这一领域他是约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷波恩哈德·黎曼的追随者。

克里斯托费尔的父母都来自从事布料贸易的家庭。他在蒙茹瓦(1918年更名为蒙绍)上小学,但随后有几年在家接受语言、数学和古典学的辅导。他从1844年到1849年上中学。起初他在科隆的耶稣会文理中学学习,但后来转到同一城市的弗里德里希-威廉文理中学,至少在那里完成了最后三年的中学教育。1849年,他以优异成绩获得了毕业证书。

克里斯托费尔从1850年起在柏林大学学习,师从卡尔·威廉·博尔夏特费迪南·艾森斯坦费迪南德·约阿希姆斯塔尔雅各布·施泰纳约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷。对他影响最大的是约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷,而克里斯托费尔被正确地认为是约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷的学生。

在近卫炮兵旅服役一年后,他回到柏林攻读博士学位,并于1856年获得学位,学位论文是关于均匀物体中电的运动。他的考官包括数学家和物理学家,恩斯特·爱德华·库默尔是数学考官之一。

此时克里斯托费尔在学术界之外度过了三年。他回到蒙茹瓦,他母亲在那里身体不好,但他广泛阅读了约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷波恩哈德·黎曼奥古斯丁·路易·柯西的著作。有人提出,这段学术隔绝时期对他的个性以及他对数学的独立态度产生了重大影响。Butzer在[3]中指出,克里斯托费尔的传记作者们把他描述为

一个孤独的人,……害羞、多疑、不善交际、易怒且粗鲁。

把这些性格特点仅仅归因于这三年似乎不合理,但显然这三年对他影响很大,并且肯定促成了他成为一个非常独立的思想者。正是在这段时间里,他发表了他的头两篇论文。这两篇发表于1858年的论文涉及数值分析,特别是数值积分。他推广了卡尔·弗里德里希·高斯求积方法,并将所涉及的多项式表示为行列式。这现在被称为克里斯托费尔定理。

1859年,克里斯托费尔参加了成为大学教师的资格考试,并被任命为柏林大学的讲师。1862年,他被任命为苏黎世理工学院的讲席,填补了理查德·戴德金去布伦瑞克后留下的空缺。苏黎世理工学院成立于七年前,他们提供的数学课程主要面向工程专业的学生。克里斯托费尔对理工学院的数学产生了巨大影响,在那里建立了一个数学和自然科学研究所。

1868年,克里斯托费尔获得了柏林商业学院(即现在的柏林工业大学)的讲席职位。这并非首次有人试图吸引克里斯托费尔转到这所大学,因为当时设立了一个新职位,校方希望由一位著名数学家来担任。在1868年向克里斯托费尔发出邀请后不久,又向他提供了另一个职位,即担任亚琛新成立的多科技术学院的创始院长。这所新大学,即如今享有盛誉的亚琛莱茵-威斯特法伦技术大学,对在亚琛附近出生和长大的克里斯托费尔来说,想必是一个颇具吸引力的选择。

然而,克里斯托费尔没有接受亚琛的职位:也许他已经承诺去柏林的商业学院,因为他确实离开苏黎世前往柏林,于1869年4月1日就任新职。这一举动对克里斯托费尔来说可能是个错误。他和同事Aronhold试图为商业学院吸引高质量的学生,但事实证明这很困难,因为附近有享有盛誉的柏林大学,还有卡尔·魏尔斯特拉斯恩斯特·爱德华·库默尔利奥波德·克罗内克

在柏林商业学院任职三年后,克里斯托费尔获得了斯特拉斯堡大学的数学讲席。这是一所历史悠久、声名显赫的大学,但在普鲁士占领阿尔萨斯-洛林后,该校正在进行重大重组。从1872年受聘起,克里斯托费尔开始在那里建立一个新的数学研究所,大致沿袭了他10年前在苏黎世的做法。他在建立这个极为成功的系的过程中得到了同事Reye的协助。

克里斯托费尔一直担任这个讲席,直到1892年因健康不佳被迫退休。他在退休前不久的一次事故中摔断了手臂,这无疑是他决定退休的原因之一。1895年,海因里希·马丁·韦伯被任命为他在斯特拉斯堡的继任者。

克里斯托费尔在斯特拉斯堡期间指导了六名博士生。其中至少有四人后来成为大学数学教授,包括Paul 保罗·爱泼斯坦

克里斯托费尔发表了关于函数论(包括共形映射)、几何学和张量分析、波恩哈德·黎曼的o函数、不变量理论、正交多项式以及连分数微分方程potential theory、光和冲击波的论文。

克里斯托费尔早期的一些工作是关于将由多边形围成的单连通区域共形映射到圆上的。这项关于共形映射的工作在1868年至1870年间发表于四篇论文中。其中第一篇论文是在克里斯托费尔于苏黎世期间写的,其余三篇关于克里斯托费尔-赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨公式的论文是在他于柏林商业学院期间写的。

在1865年至1871年间,克里斯托费尔发表了四篇关于位势理论的重要论文,其中三篇涉及约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷问题。1877年,克里斯托费尔发表了一篇关于平面波在具有表面间断的介质中传播的论文。这是对激波理论的早期贡献,并延续了波恩哈德·黎曼此前关于一维气体流动的工作。

克里斯托费尔对不变量理论感兴趣。他写了六篇关于这个主题的论文。他写了重要论文,对C G 格雷戈里奥·里奇-库尔巴斯托罗和Tullio 图利奥·列维-齐维塔的张量微积分的发展做出了贡献。他引入的克里斯托费尔符号[ij,k]是张量分析研究的基础。由菲利克斯·克莱因命名的克里斯托费尔约化定理解决了两个二次微分形式的局部等价问题。在[3]中Butzer写道:-

克里斯托费尔在解决等价问题中采用的程序就是Gregorio 格雷戈里奥·里奇-库尔巴斯托罗后来所称的协变微分,克里斯托费尔也使用后一概念来定义基本的波恩哈德·黎曼-克里斯托费尔曲率张量。……这种方法的重要性以及克里斯托费尔至少隐含地引入的两个概念,只有在考虑它所产生的影响时才能评判。

确实,这种影响显而易见,因为这使得格雷戈里奥·里奇-库尔巴斯托罗图利奥·列维-齐维塔能够发展出一种无坐标微分微积分,阿尔伯特·爱因斯坦马塞尔·格罗斯曼的帮助下将其转变为广义相对论的张量分析数学基础。

克里斯托费尔写了35篇论文,但这并不代表他数学工作的全部范围。事实上,与当时许多其他人一样,他的许多原创研究被放入他的讲座课程中,只有通过那个来源才为人所知。Timerding描述了克里斯托费尔的教学,这一描述被引用于[3]中:-

克里斯托费尔是有史以来最优雅的教师之一。他的讲座准备得一丝不苟,细致入微……他的讲授清晰明了,具有极高的美学完美性……讲座的核心是复变函数论课程,以波恩哈德·黎曼这个鼓舞人心的名字著称。克里斯托费尔独立发展了波恩哈德·黎曼的函数论,特别是在超椭圆函数领域,但没有发表他的研究,只是按照卡尔·魏尔斯特拉斯的模式在讲座中呈现。

给数学家排名非常困难。如何将只在一个领域工作的人与在多个领域做出贡献的人进行比较?又如何将研究微分方程的人与几何学家进行比较?尽管存在明显的困难和细微的意见分歧,但在这样的排名上仍有如此多的共识,这仍然令人惊讶。在[5]中,Butzer和Fehér试图将克里斯托费尔纳入这样的排名中:-

很难将微分几何学家与函数论专家进行比较,或者将研究常微分方程和偏微分方程的人与数值分析学家进行比较。克里斯托费尔不仅对所有这些领域都有贡献,而且他的兴趣还扩展到正交多项式和连分数,以及他的工作对张量分析基础、大地测量科学、激波理论、光的色散的应用。尽管如此,人们普遍认为,至少在欧洲德语国家,波恩哈德·黎曼是19世纪最好的数学家,仅次于卡尔·弗里德里希·高斯,领先于卡尔·魏尔斯特拉斯。在我们看来,克里斯托费尔的老师约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷属于下一个最重要的数学家群体,该群体包括(按出生时间顺序)卡尔·古斯塔夫·雅各布·雅可比恩斯特·爱德华·库默尔利奥波德·克罗内克理查德·戴德金格奥尔格·康托尔菲利克斯·克莱因。克里斯托费尔本人应被置于紧随其后的第二群体中。这第二群体,可能与前一群体的部分重叠,将包括诸如奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯卡尔·冯·施陶特尤里乌斯·普吕克爱德华·海涅Du Bois-Reymond卡尔·诺伊曼鲁道夫·利普希茨拉扎勒斯·福克斯赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨阿道夫·赫维兹赫尔曼·闵可夫斯基等显赫的名字。

如果也将数学物理学家考虑在内,那么Butzer和Fehér认为克里斯托费尔将不得不与乔治·格林威廉·哈密顿詹姆斯·约瑟夫·西尔维斯特赫尔曼·冯·亥姆霍兹阿瑟·凯莱古斯塔夫·基尔霍夫詹姆斯·克拉克·麦克斯韦贝尔特拉米索菲斯·李路德维希·玻尔兹曼儒勒·昂利·庞加莱埃里克·伊瓦尔·弗雷德霍姆进行比较。我[EFR]必须说,我发现Butzer和Fehér认为其中一些数学家是数学物理学家,这令人惊讶。

参考文献

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