数学史 · 中文镜像

数学家传记

埃里克·伊瓦尔·弗雷德霍姆Erik Ivar Fredholm

出生
1866年4月7日 瑞典斯德哥尔摩
逝世
1927年8月17日 瑞典斯德哥尔摩省丹德吕德

埃里克·伊瓦尔·弗雷德霍姆最为人所铭记的是他在积分方程和谱理论方面的工作。

完整传记

埃里克·伊瓦尔·弗雷德霍姆的父母是Ludvig Oscar Fredholm和Catharina Paulina Stenberg。Ludvig Fredholm是一位商人,靠用电灯取代煤气灯发家致富。他于1861年5月2日在Arboga与Catharina结婚,她本人也是一位商人的女儿。他们是富有且受过良好教育的人,希望儿子弗雷德霍姆和弗瑞兹·约翰 Oscar(生于1875年)接受最好的教育,而且他们负担得起最好的教育。弗雷德霍姆出生于斯德哥尔摩市的Klara地区,在斯德哥尔摩的Beskowska学校证明是一名才华出众的学生,并于1885年5月16日获得中学毕业证书。

获得中学毕业证书后不久,弗雷德霍姆进入了斯德哥尔摩的皇家技术学院(称为KTH),在那里学习了一年。Bernkopf在[1]中写道:-

在这一年里,他对实用力学的技术问题产生了兴趣,这种兴趣持续了他的一生,并使他持续关注应用数学。

在皇家理工学院学习一年后,弗雷德霍姆进入乌普萨拉大学学习。他选择去乌普萨拉而不是斯德哥尔摩有一个非常明确的原因。在他大学教育的这个早期阶段,他计划最终攻读博士学位,而乌普萨拉是当时瑞典唯一授予博士学位的大学。乌普萨拉于1888年5月28日授予他理学硕士学位,但现在他面临如何继续的问题,因为只有通过乌普萨拉才能获得博士学位,而他真正想师从的人是约斯塔·米塔格-莱弗勒。八年前,约斯塔·米塔格-莱弗勒被任命为新成立的斯德哥尔摩大学(当时称为斯德哥尔摩高等学校)数学讲席的第一位持有者,因此要成为他的学生,弗雷德霍姆必须在斯德哥尔摩学习。他通过在乌普萨拉注册攻读博士学位但在斯德哥尔摩师从约斯塔·米塔格-莱弗勒学习来解决他的困难。

弗雷德霍姆的第一篇出版物出现在1890年,当时他在瑞典皇家科学院上发表了On a special class of functions。在这篇论文中,他构造了一个在单位圆盘上解析、在闭圆盘上无限可微、但在圆盘外没有解析延拓的函数。正如弗雷德霍姆产生的所有深刻数学结果一样,这个结果受到数学物理的启发,在这种情况下是热方程。这个结果比约斯塔·米塔格-莱弗勒卡尔·魏尔斯特拉斯早期的例子更进一步。它给约斯塔·米塔格-莱弗勒留下了如此深刻的印象,以至于他将论文的副本寄给了儒勒·昂利·庞加莱。然而,我们应该注意到,弗雷德霍姆的论文中有一个错误,但幸运的是可以纠正。他使用了柯瓦列夫斯卡娅在她的教授资格论文(Habilitation)学位论文中证明的结果,但由于误解,在一个不适用的情况下应用了该结果。这篇论文在[6]中详细讨论,作者展示了如何纠正弗雷德霍姆的论证。

1893年5月30日,弗雷德霍姆被乌普萨拉大学授予博士学位,然后于1898年5月31日从同一所大学获得理学博士学位。他1898年的学位论文涉及偏微分方程的研究,其研究动机是弹性中的平衡问题。他在论文中(以及在1900年基于该论文发表的论文中)解决了在研究物理问题中出现的特定情况下的算子方程,而一般情况由弗雷德霍姆稍后解决,直到1908年才发表。

弗雷德霍姆最为人所知的是他在积分方程谱理论方面的工作。他的思想基础在[10]中解释(另见[4]):-

我们可能会问,在弗雷德霍姆看来,他工作的基本基础是什么。答案很直接:位势论……早在1895年,在1895年的一次研讨会演讲之后,他就曾将约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷的问题作为消去问题来讨论。……两年后在斯德哥尔摩,一场关于Roux的“主解”及其与维多·沃尔泰拉方程的联系的演讲引发了热烈的讨论。最后,在长时间的沉默之后,弗雷德霍姆开口了,以他惯常的慢吞吞的拖腔说道:在位势论中也有这样一个方程。

事实上,这项工作的大部分是在1899年的几个月里完成的,当时弗雷德霍姆在巴黎与儒勒·昂利·庞加莱埃米尔·皮卡雅克·阿达马一起研究约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷问题。1900年,关于他的弗雷德霍姆积分方程理论的初步报告作为Sur une nouvelle méthode pour la résolution du problème de Dirichlet(关于解决约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷问题的一种新方法)发表。维多·沃尔泰拉早些时候曾研究过积分方程的一些方面,但在弗雷德霍姆之前所做甚少。当然,波恩哈德·黎曼赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨卡尔·诺伊曼儒勒·昂利·庞加莱都解决了现在属于弗雷德霍姆积分方程一般情况的问题;这表明他的理论有多么强大。

当Holmgren于1901年在哥廷根讲授弗雷德霍姆的理论时,弗雷德霍姆的贡献迅速为数学界所熟知。大卫·希尔伯特立即看到了弗雷德霍姆理论的重要性,在20世纪的头25年里,积分方程理论成为一个主要的研究课题。弗雷德霍姆在Sur une classe d'équations fonctionelle (关于一类泛函方程)中发表了他的积分方程理论的更完整版本,该文于1903年出现在Acta Mathematica上。大卫·希尔伯特将弗雷德霍姆的工作扩展到包括弗雷德霍姆积分方程的完整eigenvalue理论。这项工作直接导致了大卫·希尔伯特空间的理论。

Garding在[3]中写道:-

弗雷德霍姆在积分方程方面的工作引起了极大的兴趣,并提振了此前一直处于欧洲大陆文化帝国德国和法国阴影下工作的瑞典数学家的士气和自尊。积分方程此时已成为一种新的数学工具,不再局限于对称核。它在几十年间得到发展,并被视为一种普遍工具,可以用来解决物理学中的大多数边值问题。但该理论所提供的定性洞见也可以通过更简单的方式获得。弗雷德霍姆工作的意义更多在于定性洞见,而非显式公式。

我们在讨论中向前推进了时间,以便解释弗雷德霍姆数学发现的重要性。至于他的职业生涯,在1898年获得理学博士学位后,他被任命为斯德哥尔摩大学的数学物理讲师。他的整个职业生涯都在斯德哥尔摩大学度过,并于1906年9月28日被任命为力学和数学物理讲席。1909至1910年,他在斯德哥尔摩大学担任副院长,随后担任院长。

弗雷德霍姆 还担任过各种其他职位,1899年成为公务员,1902年成为瑞典国家保险公司的部门主管。1904年至1907年,他是 Skandia 保险公司的精算师。弗雷德霍姆 还曾在许多政府委员会任职,并且还曾在国际计量委员会任职。

1911年5月31日,弗雷德霍姆 在 Sankt Olai 与 Agnes Maria Liljeblad 结婚,她是新教神职人员父母的女儿。此时 弗雷德霍姆 45岁,他的妻子33岁。他们的长子 Bengt 弗雷德霍姆 出生于1912年,后来成为瑞典军队的少校。

弗雷德霍姆 写论文时极为仔细和专注,因此他产出了高质量的工作,这很快为他赢得了整个欧洲的高度声誉。然而,他的论文需要他付出如此多的努力,以至于他只写了少数几篇,事实上他的数学 Complete Works 仅包含160页。1910年之后,除了重新审视他早期的工作外,他写得很少。

在[10]中(另见[4]),Zeilon——他是弗雷德霍姆的学生——描述了他作为讲师的风格:-

在斯德哥尔摩的讲座中,弗雷德霍姆喜欢详细谈论经典数学物理的重大问题和方法,这些曾是他科学工作的主要主题。但这并不妨碍他谈论现代物理学的所有部分。弗雷德霍姆并不是通常所谓的那种才华横溢的演讲者。他说话缓慢,声音单调,有时会在黑板上陷入计算错误。但这无关紧要。事实上,他的讲座显示出他对主题非同寻常的掌握,并且他有能力向学生传达一种对物理理论之统一性和逻辑性的感受,这种感受在他自己的著作中如此明显。

正如我们上面所指出的,弗雷德霍姆也有精算科学的职业生涯,从1902年起,他致力于研究该领域的各种问题。他通过提出一个优雅的数学公式来确定人寿保险保单的退保价值,做出了特别重要的贡献。

人们很容易认为,由于两条数学职业生涯并行发展,即应用于物理应用数学和应用于精算科学,弗雷德霍姆 几乎没有时间顾及其他兴趣。然而,事实并非如此,因为他也是一位音乐家,对他来说这不仅仅是一种休闲活动。小时候他吹长笛,但后来开始拉小提琴。他特别喜欢演奏巴赫。他再次将自己的才能结合起来,将他的机械技能应用于音乐以及数学。听起来不太可能,但他用半个椰子壳制作了他的第一把小提琴,同时他还利用自己制造机器的才能制造了一台解微分方程的机器。他对机器和机械的兴趣使他成为瑞典工程师学会的会员,他经常为该学会提供科学建议。在他去世时,他正在研究小提琴声学的数学,但他留下的关于这个主题的未完成工作已被证明无法理解。

弗雷德霍姆因其数学贡献获得了许多荣誉,包括1903年因微分方程理论获得的V A Wallmarks奖、1908年法国科学院颁发的让-维克托·彭赛列奖,以及1909年莱比锡大学授予的名誉博士学位。

参考文献

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