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数学家传记

奥古斯塔斯·德摩根Augustus De Morgan

出生
1806年6月27日 印度马德拉斯管区马杜拉(今印度泰米尔纳德邦马杜赖)
逝世
1871年3月18日 英格兰伦敦

奥古斯塔斯·德摩根成为伦敦大学学院首位数学教授,对英国数学做出了重要贡献。

完整传记

奥古斯塔斯·德摩根的父亲,弗瑞兹·约翰 德摩根(1771年10月5日 - 1816年11月27日),是马德拉斯土著步兵的中校。他出生并在印度服役于第22龙骑兵卫队,并于1798年在锡兰科伦坡与Elizabeth Dodson结婚。Elizabeth是伦敦海关的约翰 Dodson的女儿,也是James Dodson(1705-1757)的曾孙女,后者于1742年出版了The Anti-Logarithmic Canon. Being a table of numbers consisting of eleven places of figures, corresponding to all Logarithms under 100,000, with an Introduction containing a short account of Logarithms。约翰和Elizabeth 德摩根有七个孩子:约翰 德摩根(生于1799年5月16日,在1804年Prince of Wales从印度返回途中失事时去世);James 德摩根(也在1804年Prince of Wales失事中去世);Eliza 德摩根(生于1801年9月27日);Georgina 德摩根(生于1805年3月,卒于1812年);德摩根(生于1806年6月27日,本传记的主题);George 德摩根(生于1808年7月15日,成为律师,卒于1890年);和Campbell Grieg 德摩根(生于1811年11月22日,成为著名外科医生,卒于1876年4月12日)。

德摩根出生后不久,双眼都感染了印度“眼炎”,随后失去了右眼的视力。他的一只眼睛保住了,但一只眼睛失明了。他于1806年10月20日在印度马德拉斯的圣乔治堡受洗。七个月大时,他随父母以及姐妹Eliza和Georgina返回英国。一家人乘坐Duchess of Gordon号船航行到英国,这是船队中的众多船只之一,并在伍斯特定居。德摩根的父亲于1808年独自返回印度,但于1810年返回英国。他们先后住在阿普尔多尔、比迪福德和巴恩斯特珀尔,都在德文郡。1812年,一家人在萨默塞特郡的汤顿定居。约翰德摩根返回印度马德拉斯,但于1816年患上肝脏疾病,在返回英国的途中于圣赫勒拿岛去世。父亲去世时德摩根10岁,但在他晚年列出的教师名单中,他把父亲列为他的第一位老师。

德摩根的学校教育始于Barnstaple,在那里由Williams小姐教他阅读和写作;随后在Taunton,1813—1814年由Poole太太教他阅读、写作和算术,接下来几年由J Fenner牧师教他希腊文和拉丁文。后来在Blandford,由T 约翰·梅纳德·凯恩斯牧师教他;之后在Taunton,由H Barker牧师教他拉丁文、希腊文、欧几里得几何和代数。最后,他进入布里斯托尔附近Redland的Parsons先生学校,从十四岁读到十六岁半。在Parsons先生的学校里,德摩根并不出众,而且由于他的身体残疾[23]:-

……他不参加其他男孩的运动,甚至成为一些同学残酷恶作剧的受害者。

关于德摩根在Parsons先生学校期间的更多细节,见THIS LINK

在详细介绍德摩根的教育时,我们尚未提及他的宗教教育。然而,这非常重要,因为他所受的严格训练使他对教会产生反感,尽管他仍是一名虔诚的基督徒。他的母亲希望他成为教会中的福音派牧师,并为此向他施压,要他上大学学习。他的校长帕森斯先生也向他施压,要他在大学学习古典学,但德摩根的热爱是数学。

德摩根于1823年2月进入剑桥大学三一学院,时年16岁,在那里由乔治·皮科克威廉·休厄尔教他数学——三人成为终身朋友。他的学院导师是J P Higman,他还听了乔治·比德尔·艾里、Henry Coddington(1798—1845)和Henry Parr Hamilton(1794—1880)的课。尽管德摩根的本科生涯是成功的,然而他并没有以人们可能预期的方式大放异彩,这必定有若干原因。他的母亲在宗教方面给他施加压力,这给他带来了困难。他可能把太多时间花在古典学学习上,至少最初几年肯定如此,而且他的健康状况有时很差。他有通宵学习的习惯,然后起得很晚,这可能加剧了他的健康问题。他也不确定自己的学习应当通向何方,在最后两年里他认真考虑过从医。我们在上文注意到,他的弟弟Campbell Grieg 德摩根确实走上了从医之路。

德摩根在学生时代最大的消遣是吹长笛,他吹奏水平很高。他的许多朋友都喜欢听他吹长笛,并会请他演奏。

此处一段未译出,以下为英文原文He received his B.A. in 1827, being Fourth 数学荣誉学位考试一等及格者(Wrangler) in the Mathematical tripos. Henry Percy Gordon (1806-1876) was Senior Wrangler; he had a career in law. Thomas Turner (1804-1883) was Second Wrangler and First Smith's Prizeman. Turner also had a career in law but was an early fellow of the Royal Astronomical Society and had a lifelong interest in astronomy. Anthony Cleasby (1804-1879) was Third Wrangler; he also had a career in law. Although the three above De Morgan were undoubtedly extremely able, as their subsequent careers showed, nevertheless it seems certain that they lacked De Morgan's mathematical abilities. Certainly another factor here was De Morgan's dislike of the tripos type examination where cramming was the key to success rather than demonstrating originality [15]:-

这位年轻数学荣誉学位考试优胜者的名次,虽然未能彰显他真正的实力或他在数学研究方面的非凡天赋,却足以使他获得一份研究员职位;而且,若非他出于良心的顾虑,不愿签署当时要求文学硕士学位的获得者以及所有学院研究员都必须签署的测试条款,他无疑会在大学的高墙之内找到一个志同道合的工作领域。

由于文学硕士学位要求通过一项神学测试,而德摩根尽管是英格兰教会成员却对此强烈反对,他在剑桥无法继续深造,因为没有文学硕士学位就没有资格获得研究员职位。1826年,他回到伦敦的家中,尽管他担心自己的良心会使他成为一个糟糕的律师,他还是进入了林肯律师学院学习法律,准备当律师。他在一封信中[7]明确表达了自己真正的兴趣所在:-

你似乎以为我是出于自愿才去当律师的。事实是,在所有被称为有学问的职业中,律师行业对我最为开放;但我的选择是,只要科学能养活我,我就坚持搞科学。我很高兴自己能入睡而不至于梦见一份“五联契据”或诸如此类的东西挡在我和《天体力学》之间,同时心里清楚这梦一定会成真。

1827年(时年21岁),他申请了新成立的伦敦大学的数学讲席,尽管没有任何数学出版物,他还是被任命了。1828年2月23日,德摩根成为伦敦大学第一位数学教授;他发表了他的就职演讲On the study of mathematics。在这次演讲中[27]:-

……德摩根将数学描述为对关于清晰明确观念的自明定律或公理的演绎研究。……他赞扬了洛克的《人类理解论》,并声称:“众所周知,任何人最初获得的观念都源自周围物体的形状或数目。从物质世界的表象中,人们收集到某些明确的观念,这些观念虽然其原型在自然界中并不真实存在,却是我们心灵中所包含的最清晰、最确定的观念。”

德摩根写道[7]:-

这篇题为《论数学的爱德华·斯图迪》的讲演,对这门学问及其对心智的影响所持的视野,远比其标题本身所暗示的更为宽广。它是一篇关于知识之进步、知识之必要、人人有权获得所能给予他的尽可能多的知识,以及推理能力的培养在智力发展中应占何种地位的论文。它不仅是一篇关于心智教育的论述,也是一篇关于心智本身的论述。

德摩根说,教学是学习一门学科的最佳途径。他[15]:-

……开始以比他所受教的方式更好的目的自学,正如每一个不是傻瓜的人,在开始教别人时都会做的那样,不管他以前的老师是什么样的人。

1828年,德摩根出版了The Elements of Algebra,这是他翻译的Pierre Louis Marie Bourdon(1779-1854)所著Élémens d'algèbre前三章的英译本。这本书“是为伦敦大学的学生使用而设计的”。在书中,德摩根写道(日期为1828年8月):-

以下译文是为伦敦大学中那些可能无法阅读法语,或不想将代数学习推进到二次方程之后的学生准备的。译者认为,原著特别适合初等教学,因为它精心地从基本原理推导每一条规则,并区分约定俗成的结果与论证得出的结果。本可尝试翻译全书,但考虑到目前每一个想要获得相当程度数学知识的人都必须熟悉法语;只有对这些人来说,整本书才是必要的。

德摩根非常热衷于区分定理与问题,并在第一页加上了以下“译者注”:-

The first is a theorem, the second a problem.

  1. The greater of two numbers is equal to half their sum added to half their difference.
  2. What two numbers are those whose sum is 20 and whose difference is 10.

更令人惊讶的是德摩根关于负数的注释,看来他并不真正相信:-

请注意,负量只是指要减去的量;而像
aa=2a-a - a = -2a
这样的表达式,意思是:从任意数中连续两次减去a,与一次减去2a2a的结果相同。为了防止对负号含义产生错误理解,学生应当养成把诸如
5 - 8 = -3
这样的表达式翻译成普通语言的习惯,它的意思是:先加5再减8,依次进行,等价于减去3……

1829年夏天是在巴黎度过的,在那里他结识了Jean Hachette让-巴蒂斯特·毕奥等人。在接下来的几年里,他与Hachette互通了几封信,直到1834年Hachette去世。1830年,德摩根出版了Elements of Arithmetic。他写道:-

这部小著作试图向年轻学生提供算术的常用法则,并附以推理,学生必须使自己的头脑习惯于这种推理,才能在任何科学中取得进步。

我或许可以从经验出发,谈谈大多数青年在学习几何和代数之前所获得的那种算术知识的性质。但既然几乎所有人都同意,这门科学不应像在这个国家那样,被贬低为一堆死记硬背的规则——其中一半除了在商业事务中有用外别无他用,甚至在那里也很少有用——我将就这本书应当如何学习发表一点看法。

为了避免代数语言的概括性——初学者的头脑无法把握它——必须把每个证明限制在一个特定情形中;也就是说,在一些特定的数上展示那些在代数中借助代表数的字母一次性断言为对所有数都成立的真理。从所选择的情形中,引出一条被假定始终成立的法则。这种推理并非严格合乎逻辑;但必须记住,学生有能力通过在每个证明中使用与正文不同的数,使自己确信所述内容的普遍真理性。这是我建议他做的:如果他省略了这一练习,他就没有公正地检验这个主题。

德摩根于1831年因原则问题辞去了他的讲席。一些德摩根的传记称他辞职是因为一位同事教授被解职。尽管这是真的,但原因要更为复杂一些,并涉及伦敦大学被治理的整个方式。教授们可能被一个几乎没有学术专长的管理机构无正当理由地解职,这是德摩根强烈感到不满的事情。他写道(见[7]):-

遵照我与您会面时您所表达的愿望,我向您陈述我对一个与大学福祉最为密切相关的问题所持的看法,即教授们在大学中应当享有的地位。这个问题至关重要,因为教育秩序和未来教授中体现的功绩,以及公众对他们的评价,都取决于这个问题将如何解决。

为了吸引有品格的人担任大学教授,必须使这些职位具有高度的独立性和受人尊敬的地位。任何对自己有正确认识的人,只要他出现在学生面前的身份中有任何东西会引起除了最完全的尊重之外的其他感受,他就不会面对一班学生。学生们都知道大学中有一个高于教授的机构;他们也应当知道这个机构尊重教授,并且只要教授履行职责,大学的基本法律就会保护他,正如在行为不当或疏忽职守时这些法律必定会导致他被免职一样。除非学生们确信这一点,否则他们会把教授的地位看作是非常可疑的体面,而他们唯一的错误在于:在这种情况下根本不存在任何可疑之处。

这些问题从他第一次被任命时就存在,最终因⟦N3⟧(1791-1851)被解职而达到顶点,他是伦敦大学第一位解剖学教授。

关于进一步细节,包括德摩根的辞职信,见THIS LINK

辞职后,德摩根从位于吉尔福德街的家中搬到上高尔街5号。此时有一个显而易见的问题,即他在五年没有工作的情况下是如何在经济上维持自己的?看来他是通过接收私人学生以及向各家公司提供精算建议来挣钱的。伦敦大学任命乔治·詹姆斯·佩利·怀特接替德摩根担任数学教授。怀特与德摩根相似,也曾是三一学院的人,拥有相同的导师和推荐人;事实上,他明显是最佳候选人。

也许德摩根在此期间承担的最重要工作是他为皇家天文学会所做的工作。他于1828年5月9日当选为会士,并于1831年至1839年担任该学会秘书(1847年至1855年再次担任)[5]:-

……这种成果发表不够迅速的问题,因所有宣读论文的出色且相当详细的摘要而变得不那么有害,这些摘要此时成为《月刊通讯》的固定特色。……毫无疑问,德摩根作为1831年至1839年的秘书,对学会出版物中这一非常有用的部分应享有相当大的功劳。终其一生,德摩根始终对学会保持热切的关注,并定期参加会议。……他坚决拒绝了主席一职,他认为这一职位不应由一位不是天文学活跃研究者的人担任。……他个人的才华,他既广博又精细、涵盖历史与当代的学识,他对当时最优秀数学的掌握——远超同时代人——使他的名声在 intervening 的数十年间有增无减。但在他与理事会的关系中,我们关注的是他个人的一面,那种对原则的执着热情,对他来说胜过任何回报或成功。

1836年,乔治·怀特在一次划船事故中去世后,他再次被任命为讲席教授,并一直担任到1866年,那时他第二次辞职,同样是因为原则问题。

关于他1836年任命的详情,见THIS LINK

关于他1866年辞职的详情,见THIS LINK

德摩根于1837年8月3日与Sophia Elizabeth Frend(1809-1892)结婚。德摩根十年前通过与其父亲William Frend的友谊结识了Sophia,后者在Principles of Algebra 工作。Frend曾出版Principles of Algebra (1796年),附有Francis Maseres的附录;Frend拒绝使用负量。由于他的强烈观点,德摩根不想要带有通常婚礼仪式的教堂婚礼,因此他们在登记处由Rev Thomas Madge主持结婚。仪式形式省略了婚礼服务中‘丈夫和妻子的职责’部分。德摩根和Sophia 德摩根有七个孩子:Elizabeth Alice 德摩根(1838年6月出生);William Frend 德摩根(1839年11月出生);George Campbell 德摩根(1841年10月出生);Edward I 德摩根(1843年6月出生);Anne Isabella 德摩根(1845年2月11日出生);Helena Christiana 德摩根(1848年3月20日出生);Mary Augusta 德摩根(1850年2月24日出生)。

1838年,他定义并引入了术语‘数学归纳法’,将此前使用不清晰的过程置于严格的基础上。该术语首次出现在德摩根的文章Induction (Mathematics)中,发表于Penny Cyclopedia。(多年来,他为Penny Cyclopedia撰写了712篇文章。)Penny Cyclopedia由有用知识传播协会出版,该协会由创立伦敦大学的同一批改革者建立,该协会还出版了德摩根的著名著作The Differential and Integral Calculus (1836年)。在此书中,他:-

... 努力使极限成为科学的唯一基础,完全不借助级数理论或代数表达式。

1849年,他出版了Trigonometry and double algebra,其中给出了复数的几何解释。他在序言中写道:-

读者面前的这部著作完全是新的,绝不是我在1837年就同一主题出版的著作的第二版。它由两本书组成。在第一本中,我努力为具备足够算术和代数知识的学生……提供三角学作为代数的一个分支和高等数学基础组成部分的视角。在第二本中,我以纯粹符号特征给出了基本视角,并应用了那种几何基础的意义,从而解释每一个符号。

他认识到代数的纯粹符号性质,并且意识到存在普通代数之外的代数。他引入了德摩根的定律,而他最大的贡献是作为数学逻辑的改革者。

德摩根与查尔斯·巴贝奇通信,并为阿达·洛夫莱斯提供私人辅导,据称后者为查尔斯·巴贝奇编写了第一个计算机程序。他还与威廉·哈密顿通信,并像威廉·哈密顿一样试图将双重代数扩展到三维。在给威廉·哈密顿的一封信中,德摩根写到了他与威廉·哈密顿威廉·哈密顿从男爵的通信。他写道:-

须知,我发现你与另一位W H先生相对于我而言是互反极点(在理智和道德上,因为那位苏格兰从男爵是一头北极熊,而你,我本要说,是一位极地绅士)。当我向爱丁堡寄去一点研究时,那里的W H说我抄袭了他。当我寄给你一份时,你从我这里拿走,一眼就将其推广,如此推广后赠予整个社会,并使我成为已知定理的第二发现者。

1864年,他是伦敦数学会的联合创始人之一,提议了其名称,并成为其第一任主席。由于其与本档案馆的相关性,我们引用他1865年1月16日在‘学会第一次会议’上所作主席致辞的一部分:-

我说,任何艺术或科学,除非与过去时代人的心智相联系来研究,否则就不是自由艺术或自由科学。令人惊讶的是,数学家们谈论数学的方式多么奇怪,因为他们不了解自己学科的历史。通过断言他们认为是事实的东西,他们以这种方式扭曲了其历史。在每个人的观念中,都有某种特定的命题序列,他心中有其自己的顺序,并想象这一序列存在于历史中;他自己的顺序就是命题相继演化出来的历史顺序。数学家需要知道数学不同分支中发明的过程是什么;他想看到艾萨克·牛顿通过约翰·沃利斯已经给出的更高定理的提示,引出并演化出二项式定理。如果他要以最有可能引导他成功的方式指导自己的研究,他必须看到较低命题不断从较高命题演化出来的奇特方式。

德摩根的儿子乔治,一位非常能干的数学家,成为伦敦数学会的第一任秘书。德摩根从未成为伦敦皇家学会的会士,因为他拒绝让人提名他。他还拒绝了爱丁堡大学的荣誉学位。他被托马斯·阿彻·赫斯特如此描述:-

我担心德摩根先生是一个枯燥教条的学究,尽管他的能力毋庸置疑。

Macfarlane 指出 [23]:-

……德摩根 自认为是“无归属的英国人”,既非英格兰人、苏格兰人、威尔士人,也非爱尔兰人。

他还写道 [23]:-

他不喜欢这个国家,当他的家人在海边享受时,科学界人士在乡间参加 英国协会 的会议度过愉快时光,他却留在首都炎热多尘的图书馆里。……他与物理哲学家没有共同的想法或共鸣。他的态度无疑是由于他身体虚弱,这使他既不能成为观察者,也不能成为实验者。他从未在选举中投票,也从未参观过下议院、伦敦塔或威斯敏斯特教堂。

德摩根 一直对奇特的数字事实感兴趣,并在 1864 年写道,他拥有在 x2x^{2} 年时为 xx 岁的殊荣(他在 1849 年时 43 岁)。任何出生于 1980 年的人都可以在 2025 年声称同样的殊荣。

关于德摩根最后几年的详情,见THIS LINK

他去世五天后,即1871年3月23日,举行了葬礼,他被安葬在伦敦肯辛顿和切尔西的肯萨尔绿地的诸灵教堂。

参考文献

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