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数学家传记

哈罗德·斯科特·麦克唐纳·考克斯特Harold Scott MacDonald Coxeter

出生
1907年2月9日 英格兰伦敦
逝世
2003年3月31日 加拿大多伦多

哈罗德·斯科特·麦克唐纳·考克斯特的工作主要在几何学方面。特别是在多胞形理论、非欧几何、群论和组合数学方面做出了重大贡献。

完整传记

考克斯特 一直被称为 考克斯特,这来自他的第三个名字 考克斯特。这需要稍作解释。他最初被取名为 考克斯特 考克斯特 考克斯特,但一位教父建议应加上他父亲的名字,于是 考克斯特 被加在了前面。另一位亲戚指出,H M S 考克斯特 让他听起来像一艘船。名字的排列组合产生了 哈罗德·斯科特·麦克唐纳·考克斯特。然而,他在官方文件上给出自己的名字时并不总是一致,见下文。

考克斯特 的父亲是 考克斯特 Samuel Coxeter(1878-1936),他是一家外科器械制造商。他曾想当医生,但家庭压力使他加入了 考克斯特 & Son,这是一家由他祖父创立的公司。他是一位知识广博的聪明人,雕刻和唱歌是他的爱好。考克斯特 的母亲是 Lucy Gee,她是会计师 William Gee 和 Charlotte Scott 的女儿,Charlotte Scott 约于1872年出生在林肯的波士顿。她是一位杰出的画家,1900年绘制的 亚伯拉罕·阿德里安·艾伯特 Gunther 肖像现藏于国家肖像馆。

1901年人口普查显示,考克斯特 Samuel Coxeter 与他的父母 皮埃尔·萨米埃尔 和 Ada Coxeter 住在伦敦霍恩西的海格特。考克斯特 的两个姐妹,Constance 和 Ethel,也在家中,两人都是艺术家,而 Lucy Gee,也被描述为艺术家,是家中的访客。考克斯特 和 Lucy 于1903年结婚,住在肯辛顿和切尔西的荷兰公园路34号。考克斯特,他们唯一的孩子,出生于1907年2月9日,并于1907年4月7日在肯辛顿的圣巴拿巴教堂受洗。Lucy 在 考克斯特 大约两三岁时画了他弹钢琴的样子,这幅画现在在剑桥大学三一学院。

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遗憾的是,考克斯特 并非在一个幸福的家庭中长大,因为他的父母经历了一段艰难的婚姻。Lucy 想以艺术家为职业,但 考克斯特 想要更多孩子。紧张的关系导致 考克斯特 在皇家心理学会的会议上寻求婚姻困难的帮助,在那里他遇到了 Rosalie Gabler。(注意这是 Gabler 的正确拼写,但在其他几个来源中拼写不正确,例如在 [1] 和 [11] 中。)Rosalie 是一位德国离婚者,她与她的女儿 Katharina(约1901年出生)被称为 Katie,成为了 Coxeter 一家的朋友。考克斯特 的父母开始谈论离婚,这让年幼的男孩几乎无法忍受。

1914年第一次世界大战爆发后不久,考克斯特便与他的保姆梅·亨德森一起搬到考克斯特位于肯特-萨里边界附近的第二处住所居住,而他的父母则留在伦敦。这是为了他的安全,因为伦敦从1915年1月起开始遭到齐柏林飞艇的轰炸。对考克斯特来说,这是一段较为快乐的时光,由梅辅导他学习。1919年,他的保姆梅离开考克斯特家去结婚,他的父母决定送他去寄宿学校,以减少他因父母安排离婚而遭受的创伤。他被送到伦敦北部的哈彭登圣乔治学校,但他在那里非常不快乐。他的母亲和父亲会到学校看望他,但从未一起来过。当考克斯特告诉考克斯特,他离婚后将娶凯蒂·加布勒时,这个小男孩更加不快乐了。然而,他正在成为一名有造诣的钢琴家,并展现出惊人的想象力,发明了一个名为阿梅莱比安的想象世界,拥有自己的语言、数字系统、度量衡。考克斯特也开始对几何学着迷。他读了查尔斯·霍华德·欣顿的书The fourth dimension(1904年)和其他此类著作,并写了一篇学校论文Dimensional Analogy。他在其中写道[1]:-

在我们所知的空间中,只能想象三条相互垂直的线。第四条线,垂直于所有其他三条线,对我们来说将是完全不可见和不可想象的。我们自己,以及我们周围的所有物质事物,可能拥有一个第四维度,而我们对此完全不知道。……但第四维度中的这个厚度,如果存在的话,必定极其微小。……如果第四维度和更高维度存在,我们可以通过一种我称之为维度类比的过程,发现一些关于它们条件的信息,而不必确定它们存在。

Dimensional Analogy为考克斯特赢得了一个学校论文奖,他填满了五个笔记本,记录了进一步的想法、图表和计算。

考克斯特 于1922年与 Katie,即 Katharina T K Gabler 结婚。他43岁,她21岁;他们有三个孩子(考克斯特 的同父异母姐妹)Joan Melody 考克斯特(生于1923年)、Nesta Pamela 考克斯特(生于1927年)和 Eve C 考克斯特(生于1928年)。考克斯特 在伦敦的几次拒服兵役者会议上见过 伯特兰·罗素,他向 伯特兰·罗素 请教关于他儿子 考克斯特 的建议,因为儿子展现出非凡的数学才能。Russell 建议 考克斯特 写信给 Eric Harold Neville,他于1923年9月11日这样做了。Neville 的回信促成了在 St George's School, Harpenden 安排的一次会面。当 Neville 问 考克斯特 在学校学了什么数学时,他发现他所接受的数学教学非常糟糕。他建议 考克斯特 离开学校,在开始剑桥的学习之前接受数学私人辅导。

找到了一位合适的导师 Alan Robson,Marlborough College 的数学主任,于是 考克斯特 离开了 St George's School, Harpenden,在 Marlborough 租了一个房间,骑自行车去学院接受辅导。由于他所经历的糟糕教学,他到达时在 Robson 的所有学生中排名垫底,但两年后的1925年,他排名第一。他于1925年参加了剑桥大学入学考试,并获得了国王学院的录取名额。Robson 建议他再等一年,再试一次,希望他能被三一学院录取。他这样做了,并于1926年在剑桥大学三一学院注册入学。

考克斯特 被指派 利特尔伍德 作为他在三一学院的学业导师,导师建议他学习解析几何、射影几何、微分几何、拓扑学、group theory 和数论的纯数学课程。他还学习了一些数学物理课程,如电学、天体力学和相对论。他于1928年获得学士学位,成为高级 数学荣誉学位考试一等及格者(Wrangler)。在剑桥期间,他出现了胃病并成为素食者;他余生一直保持素食。

在这个阶段,考克斯特 很害羞,很少社交。他没有交过女朋友,他的父亲开始担心,他的离婚以及娶了一个比他儿子大不了多少的女孩,产生了心理后果。现在我们在上面注意到,考克斯特 在皇家心理学会的会议上遇到了 Rosalie Gabler。现在这些会议上有 Wilhelm Stekel,一位奥地利心理学家,他的一些书已被 Rosalie Gabler 翻译成英文,例如 Conditions of nervous anxiety and their treatment(1923)。考克斯特 在1928年的三个夏季月份在维也纳度过,在那里他受到 Stekel 的询问,并被要求记录他的梦境日记。这种精神分析是否对 考克斯特 有任何好处(或伤害)值得怀疑,但在维也纳期间,他花时间在维也纳大学数学图书馆的阅览室里,并在那里发现了 路德维希·施莱夫利 的著作。这些给 考克斯特 留下了深刻印象,他将 路德维希·施莱夫利 的一些思想带入了即将进行的研究中。

获得研究奖学金后,他继续在剑桥大学跟随亨利·弗雷德里克·贝克攻读博士学位,并于1931年因他的学位论文Some contributions to the theory of regular polytopes而获得该学位。他在引言中写道:-

尽管从实用角度看,没有必要考虑超过五维的正斜多边形,但数学家作为人的弱点迫使他考察一般情形,尽管所涉及的三角学极其复杂。……这部分工作唯一的理由只能是其内在的美。

在攻读博士学位期间,他当然深受亨利·弗雷德里克·贝克的影响,后者创办了周六下午讨论班或“茶会”,它成为几何活动的中心。另外两人对他作为数学家的成长也特别有影响,即艾丽西亚·布尔·斯托特戈弗雷·哈罗德·哈代

考克斯特随后成为会士,继续在剑桥进行研究。在此期间,他作为研究访问者在普林斯顿大学工作两年,师从奥斯瓦尔德·维布伦。这件事的起因是所罗门·莱夫谢茨于1931年访问剑桥,并鼓励考克斯特申请洛克菲勒研究奖学金。他提出申请,被接受,但随后担心会失去一年的剑桥会士资格。他向三一学院院务委员会请求将会士资格延长一年,以补偿在普林斯顿的一年,请求获得批准。1932年8月,他没有去维也纳度家庭假期,而是乘船前往纽约,在那里待了一段时间后再前往普林斯顿。他乘坐丘纳德公司的Aquitania号船,于8月20日离开南安普顿,8月26日抵达。有趣的是,他登记的名字是考克斯特,但最常使用的是考克斯特。

他喜欢在纽约观光,但主要事件是日全食,他在新罕布什尔州观看。一到普林斯顿,他就住在研究生院,并参加奥斯瓦尔德·维布伦冯·诺伊曼尤金·维格纳乔治·波利亚等人的讲座。在普林斯顿期间,他收到G de B Robinson的邀请,前往多伦多作讲座。他就自己最喜欢的话题多胞形作了两次讲座。他的父亲考克斯特于1933年6月乘American Banker号船前往纽约,在儿子返回英格兰之前与他共度时光。

回到剑桥后,考克斯特意识到,尽管剑桥提供了种种机会,他刚刚在普林斯顿度过了人生中最好的一年。受到鼓励后,他申请普洛克特奖学金,以资助1934—35年在普林斯顿的一年,很快又回到美国。他乘坐Majestic号船从法国瑟堡前往纽约,于1934年9月4日抵达。在普林斯顿,他参加了赫尔曼·外尔开设的“连续群的结构与表示”课程。他们很快意识到,考克斯特的有限群与赫尔曼·外尔的无限群之间存在惊人的联系。赫尔曼·外尔让考克斯特记录讨论班内容,并作为系列的一部分,就自己的工作作五次报告。考克斯特很高兴看到自己的工作作为附录出现在赫尔曼·外尔出版的笔记中。

当时并不是寻找永久职位的好时机,因此当佛蒙特州一所寄宿学校向他提供教职时,考克斯特非常想接受。在普林斯顿期间,戈弗雷·哈罗德·哈代曾推荐他编辑Rouse BallMathematical Recreations新版,他认为这为他从事学校教学做好了准备。许多人,特别是奥斯瓦尔德·维布伦,强烈建议他不要离开研究去教书。三一学院院务委员会拒绝了他再延长一年会士资格的请求,因此他非常不情愿地拒绝了学校职位的聘约。回到三一学院后,他被任命为那里的讲师,但不久之后,他收到多伦多大学助理讲师职位的聘约。

由于他认为在英国工作比在加拿大工作更好,他拒绝了多伦多,并申请了因亨利·弗雷德里克·贝克退休而空缺的朗迪恩天文学与几何学讲席。决定有利于威廉·瓦兰斯·道格拉斯·霍奇,考克斯特开始担心自己的未来。在与父亲、亨利·弗雷德里克·贝克戈弗雷·哈罗德·哈代利特尔伍德商议后,他决定联系多伦多,询问能否推翻自己最近的拒绝,接受他们的聘约。多伦多很高兴他接受。

1936年3月,他遇到了Hendrina Johanna Brouwer(1910-1999),她是办公室职员Leonards Gerrit 勒伊岑·布劳威尔(1873-1923)和Barbara 't Hoen(1876-1934)的女儿,她刚到达英格兰做互惠生。Hendrina,人称Rien,1910年9月18日出生于荷兰弗拉尔丁恩。考克斯特在5月向她求婚,他们将婚礼日期定在9月1日,仅在他们启航前往加拿大的前两天。8月15日,他收到了可怕的消息,他的父亲在度假时去世了。觉得有众多受邀宾客在场他们无法举行幸福的婚礼,他们在原定日期之前的8月20日在剑桥的圣墓教堂,又称圆教堂,私下结婚。9月3日,这对新婚夫妇从南安普顿乘坐加拿大太平洋公司的Duchess of Richmond号船启航,前往加拿大蒙特利尔。考克斯特和Rien 考克斯特有两个孩子:Edgar H 考克斯特(约1939年出生)和Susan J 考克斯特(约1941年出生)。

考克斯特接受了多伦多大学的任命,他在该校任教直至去世。他于1936-43年任数学助理教授,1943-48年任副教授,1948-80年任教授。1996年,系里举行了一场庆祝活动,以庆祝他在多伦多大学60年。

考克斯特的工作主要在几何学。特别是他在多胞形理论、非欧几里得几何、群论和组合数学中做出了重大贡献。考克斯特多胞形是离散反射群的基本区域,现在称为考克斯特群,它们产生密铺。1934年,考克斯特分类了所有球面和欧几里得考克斯特群。他的工作动力来自数学之美。Robert Moody在提议授予考克斯特多伦多约克大学荣誉学位时说:-

现代科学常常受时尚和潮流驱动,数学也不例外。我要说,考克斯特的风格特别不合时尚。我认为,他几乎完全受一种深刻的美感所引导。

约克大学并不是唯一授予考克斯特荣誉的大学。他获得了九个荣誉博士学位,并于1950年当选为伦敦皇家学会会士,1997年被授予其詹姆斯·约瑟夫·西尔维斯特奖章,并于1948年当选为加拿大皇家学会会士。

1980年采访[9]中,他对关于几何学最重要的未解决问题这一问题的回答,给出了他兴趣的一个有趣例子:-

有一个铺砌问题:把一个凸多边形拿来重复,得到与它全等的复制品,这些复制品拼合起来填满并覆盖平面,有哪些可能的方式?就连五边形的铺砌,本来以为已经解决了,其实仍然没有解决。没有人完全知道,一个五边形有哪些可能的形状,能够通过全等变换重复而覆盖平面。人们似乎不断想出新的形状。多丽丝·沙特施奈德女士刚刚写了一篇很好的文章,赞扬对这个问题的解决做出贡献的业余爱好者。

然后你可以在空间中做同样的事:想一个凸多面体;你能重复它来填满并覆盖整个三维空间吗?当然,有一些小地方必须小心。在平面情形中,你要求两块砖相遇时,它们相遇的地方要么是一个顶点,要么是两者的一条完整的边,而不是像墙上的砖那样错开。我认为有趣的情形是一条边恰好是两点之间的边,而且它是两块砖的边。

他最著名的几何著作包括The real projective plane(1955)、Introduction to geometry (1961)、Regular polytopes(1963)、Non-euclidean geometry(1965),以及与S L Greitzer合著的Geometry revisited(1967)。他还出版了一部关于群的表现的著名著作,那是与他的第一位博士生W O J Moser合著的Generators and relations for discrete groups

关于考克斯特的书籍的更多信息以及序言摘录,请参见THIS LINK

关于考克斯特著作的更多信息及《评论》摘录,见THIS LINK

他的12本书和167篇已发表文章涵盖的远不止数学研究。考克斯特于1954年结识莫里茨·科内利斯·埃舍尔,两人成为终身挚友。另一位朋友巴克敏斯特·福乐在其建筑设计中运用了考克斯特的思想。1938年,考克斯特修订并更新了Rouse BallMathematical recreations and essays,该书由Rouse Ball于1892年首次出版。

考克斯特有许多艺术天赋,尤其是在音乐方面。事实上,在他成为数学家之前,他想成为一名作曲家。然而他对对称的兴趣把他引向数学,并使他进入了一个他终生热爱的职业。考克斯特写道:

我极其幸运,因为我做我本来无论如何都会做的事,还能得到报酬。

他把自己的长寿归功于素食主义、有规律的锻炼——他89岁时每天做50个俯卧撑——以及也许最重要的,正如他自己所说:

我从不感到无聊。

请允许我[EFR]加一段个人回忆:-

1976年,我和一位同事在多伦多拜访了考克斯特,我将永远记得他那摆满数学模型的书房。我记得考克斯特和他的荷兰妻子Rien极为友善、热情好客。当我说我以前从未吃过南瓜派时,考克斯特消失在厨房里,然后踉踉跄跄地抱回一个巨大的南瓜,他那瘦弱的身形看上去几乎搬不动它。

他教我如何写数学论文。他在构建论文方面是个工匠,会数符号以确保公式不会跨行断开。

当考克斯特在圣安德鲁斯拜访我和一位同事时,我们带他沿着港口码头散步。令我们十分忐忑的是,他执意要爬上码头尽头一架不牢靠的生锈梯子。他肯定不像看上去那么瘦弱!

1997年,考克斯特被授予加拿大勋章同伴级。这是加拿大三级荣誉中的最高一级。授奖词写道:-

通过他的研究,他推动了几何学在数学、科学、艺术、音乐、建筑和晶体学中的应用,为几何学研究作出了巨大贡献。……[他]半个多世纪以来影响了一代又一代教师和学生。

Rien患上了阿尔茨海默病,但考克斯特在妻子日益艰难的时期照料着她。直到她摔倒并摔断了髋部,她才搬进护理院度过最后几个月。她于1999年去世,在女儿Susan的帮助和陪伴下,考克斯特重新开始了参加会议的行程。在多年身体健康之后,他的健康最终开始衰退。他努力坚持参加会议和撰写论文。他对自己一生为健康做了一切“正确的事”却健康衰退感到愤怒。

让我们以引用Erich Ellers在[5]中的回忆作为结束:-

考克斯特是多伦多大学几何讨论班中最热忱、最重要、最受尊敬的成员。讨论班过去每周二聚会。考克斯特从未错过一次讨论班,也从未错过一次就他正在进行的研究发表演讲的机会。他学识渊博,喜欢提出引人入胜的几何问题,这些问题对大多数人来说似乎是新的,但他通常知道答案。

考克斯特 是素食者,他积极参与保护环境,并倡导和平。他的妻子 Rien 三年前去世。此后,他的女儿 Susan Thomas 一直照顾他。他还有一个儿子 Edgar,以及几个孙辈和曾孙辈。

一个人的受欢迎程度或许可以通过关于他的轶事数量来衡量。媒体上充满了关于 考克斯特 的轶事。这里有一个典型且非常迷人的例子:当他的研究生 Asia Ivic Weiss(现在在约克大学任教)告诉他,由于即将分娩,她将无法参加他们每周的例会时,他给了她一份 50 页的论文预印本。“他说,如果我在产房里无事可做,可以看看这个。”

参考文献

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