数学史 · 中文镜像

数学家传记

加布里尔·克拉默Gabriel Cramer

出生
1704年7月31日 瑞士日内瓦
逝世
1752年1月4日 法国塞兹河畔巴尼奥勒

加布里尔·克拉默从事分析和行列式的研究。他最著名的是解联立方程的公式。

完整传记

加布里尔·克拉默的父亲是Jean Isaac Cramer,他是日内瓦的一名医生,而他的母亲是Anne Mallet。Jean和Anne有三个儿子,他们都取得了学术上的成功。除了克拉默,他们的另外两个儿子是Jean-Antione,他继承了父亲的职业,以及Jean,他成为了一名法学教授。

克拉默在日内瓦的教育进展迅速,1722年,当他只有十八岁时,他提交了一篇关于声音理论的论文,被授予博士学位。两年后,他竞争日内瓦Académie de Clavin的哲学讲席。

讲席的竞争在三个人之间进行;最年长的是Amédée de la Rive,而另外两个都是年轻人,Giovanni Ludovico Calandrini二十一岁,克拉默比他小一岁。负责任命的官员们倾向于选择更有经验的年长者,但他们对这两位才华横溢的年轻人印象深刻,于是想出了一个聪明的计划,使他们能够获得这三人的服务。显然,他们着眼于未来,在克拉默和Calandrini身上看到了两位将为科学院做出重要未来贡献的人。

地方法官提出的方案是把哲学讲席分成两个讲席,一个哲学讲席和一个数学讲席。德·拉·里夫被提供了哲学讲席,毕竟这正是他最初申请的,而克拉默和Calandrini则被提供了数学讲席,条件是两人分担职责并分享薪金。地方法官还对这项任命附加了另一个条件,即克拉默和Calandrini各自花两三年时间旅行,当一人外出时,另一人将承担全部职责并领取全部薪金。这是一个好计划,因为它不仅成功吸引了这三人来到科学院,而且还给了克拉默旅行并结识欧洲各地数学家的机会,他充分利用了这一点,这既使他受益,也使科学院受益。

克拉默和Calandrini划分了各自将教授的数学课程。克拉默教几何和力学,而Calandrini教代数和天文学。两人在这种安排中被配对,他们的朋友开玩笑地称他们为Castor和Pollux。如果他们的性格不同,这种安排可能会带来各种困难,但鉴于他们的天性,事情进展得非常好。据说克拉默是[1]:-

……友善、脾气好、声音和外表令人愉快,并且拥有良好的记忆力、判断力和健康。

我们不应给人这样的印象:克拉默只是适应了现有的教学模式。他提出了一项重大革新,并得到了科学院的采纳,那就是他用法语而非当时学者的传统语言拉丁语授课:——

……以便那些对这些科学有兴趣但不懂拉丁语的人能够受益。

克拉默于1724年被任命,他遵从任命条件,于1727年开始为期两年的旅行。他拜访了欧洲许多不同城市和国家的顶尖数学家。他直奔巴塞尔,那里有许多顶尖数学家在工作,与约翰·伯努利共事了五个月,也与莱昂哈德·欧拉共事,后者不久后前往圣彼得堡与丹尼尔·伯努利会合。随后克拉默访问了英格兰,在那里会见了爱德蒙·哈雷亚伯拉罕·棣莫弗斯特林和其他数学家。他与这些数学家的讨论以及他回到日内瓦后与他们的持续通信,对克拉默的工作产生了很大影响。

克拉默前往莱顿,在那里他会见了威廉·雅各布·葛洛夫桑德,然后他前往巴黎,在那里他与贝尔纳·勒布耶·德·丰特奈尔皮埃尔·莫佩尔蒂布丰亚历克西斯·克劳德·克莱罗等人进行了讨论。这两年的旅行奠定了克拉默职业生涯的基调,因为他受到所遇到的所有数学家的高度评价,他一生都与他们通信,并且作为他们著作的编辑,他完成了许多极其有价值的重要任务。

1729年回到日内瓦后,克拉默正在为巴黎科学院为1730年设置的奖项撰写参赛作品,题目是“Quelle est la cause de la figure elliptique des planètes et de la mobilité de leurs aphélies?”(行星椭圆形状及其远日点移动的原因是什么?)克拉默的参赛作品被科学院评为收到的作品中第二好的,奖项由约翰·伯努利获得。1734年,当Calandrini被任命为哲学讲席时,“双胞胎”分开了,克拉默成为数学讲席的唯一持有者。

克拉默过着忙碌的生活,因为除了教学和与许多数学家通信外,他还撰写了相当有趣的文章,尽管这些文章不如与他通信的大多数顶尖数学家所写的文章重要。他在多个地方发表文章,包括1734年的Memoirs of the Paris Academy,以及1748年、1750年和1752年的柏林科学院。这些文章涵盖广泛的主题,包括几何问题的研究、数学史、哲学和复活节日期。他在Philosophical Transactions of the Royal Society of London上发表了一篇关于北极光的文章,还写了一篇关于法律的文章,其中他应用probability来证明拥有来自两三个证人的独立证词而非单一证人的重要性。

他的工作并不局限于学术领域,因为他还对地方政府感兴趣,并于1734年担任二百人议会议员,1749年担任七十人议会议员。他在这些议会中的工作涉及运用他广泛的数学和科学知识,因为他承担了涉及火炮、防御工事、建筑重建、挖掘的任务,并担任档案管理员。他于1747年第二次出国旅行,这次只访问了巴黎,在那里他与贝尔纳·勒布耶·德·丰特奈尔重续友谊,并会见了让·勒朗·达朗贝尔

我们应当强调克拉默数学工作的两个方面。一是他所承担的编辑工作,二是他于1750年出版的重要数学著作Introduction à l'analyse des lignes courbes algébriques (《代数曲线分析引论》)。

约翰·伯努利于1748年去世,仅比克拉默早三年左右,但他安排克拉默在他去世前出版了他的Complete Works约翰·伯努利坚持他的著作除克拉默外不得由任何其他编者出版,这表明了他对克拉默的极大尊重。约翰·伯努利Complete Works由克拉默于1742年分四卷出版。约翰·伯努利不仅安排克拉默出版他的Complete Works,还请求他编辑雅各布·伯努利的著作。雅各布·伯努利已于1705年去世,克拉默于1744年分两卷出版了他的Works。这些并不完整,因为Ars conjectandi (《猜想的艺术》)被遗漏了(该书曾由尼古拉·伯努利一世于1713年出版),但这些卷册确实包含了此前未发表的材料以及理解它们所必需的数学背景。1745年,克拉默与Johann Castillon联合出版了约翰·伯努利哥特弗里德·威廉·莱布尼茨之间的通信。克拉默还编辑了Christian Wolff的五卷本著作,该书初版于1732年至1741年间,新版于1743年至1752年间问世。

最后,我们应当描述克拉默最著名的书Introduction à l'analyse des lignes courbes algébraique(代数曲线分析引论)。这是一部克拉默模仿艾萨克·牛顿关于三次曲线的论文而写的著作,他高度赞扬了斯特林艾萨克·牛顿的论文所写的评论。他还评论说,如果他早些知道莱昂哈德·欧拉Introductio in analysin infinitorum(无穷小分析引论),他会大量利用它。当然,莱昂哈德·欧拉的书直到1748年才出版,那时克拉默的书的大部分很可能已经写好了。Jones在[1]中写道:——

他对莱昂哈德·欧拉的工作利用甚少,这一点得到了一个相当令人惊讶的事实的支持:在整本书中,克拉默基本上没有使用哥特弗里德·威廉·莱布尼茨艾萨克·牛顿形式的无穷小分析,尽管他处理了切线、极大值和极小值以及曲率等主题,并在脚注中引用了科林·麦克劳林布鲁克·泰勒。人们推测他从未接受或掌握微积分。

认为克拉默从未掌握微积分的说法必定值得怀疑,尤其是考虑到约翰·伯努利对他评价很高。

在定义了曲线类型并讨论了绘制其图形技巧的导论性章节之后,克拉默接着进入第二章,研究简化曲线的变换。第三章考察曲线的分类,正是在这一章中给出了如今著名的“克拉默法则”。在给出nn次方程中任意常数的数目为12n2+32n\large\frac{1}{2}\normalsize n^{2} + \large\frac{3}{2}\normalsize n之后,他推导出nn次方程可以使其通过nn个点。取n=5n = 5,他给出了一个例子,说明如何求出使2次方程通过5个点所涉及的五个常数。这导致5个未知数的5个线性方程,他让读者参阅包含克拉默求解法则的附录。当然,我们应当指出,克拉默肯定不是第一个给出这一法则的人。

克拉默工作中另一个“众所周知”的部分是他对克拉默悖论的描述。他陈述了科林·麦克劳林的一个定理,该定理说nn次方程与mm次方程相交于nmnm个点。取n=m=3n = m = 3,这就是说两条三次曲线相交于9个点,然而他自己的公式12n2+32n\large\frac{1}{2}\normalsize n^{2} + \large\frac{3}{2}\normalsize nn=3n = 3时给出9,因此一条三次曲线由9个点唯一确定。克拉默说,这是一个悖论,但他解释这个悖论的尝试是不正确的。

克拉默的名字有时与另一个问题联系在一起,即Castillon-克拉默问题。这个问题由克拉默向Castillon提出,问的是如何在一个圆内作一个三角形使其通过三个给定点。Castillon在克拉默去世25年后解决了这个问题,该问题后来发展为关于圆锥曲线内接多边形的各种推广。

克拉默在很长一段时间里极其努力地撰写他的Introduction à l'analyse(分析引论),并在所有日常工作之外承担了大量编辑工作。他向来身体健康,但这次过度劳累再加上从马车上摔下,使他的健康突然恶化。他在床上躺了两个月才恢复,随后医生建议他去法国南部安静休养一段时间,以完全恢复体力。1751年12月21日,他离开日内瓦开始旅程,但两周后仍在旅途中便去世了。

参考文献

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