数学史 · 中文镜像

数学家传记

卡米耶·若尔当Camille Jordan

出生
1838年1月5日 法国里昂红十字区
逝世
1922年1月22日 法国巴黎

卡米耶·若尔当因其在代数、群论和埃瓦里斯特·伽罗瓦理论方面的工作而受到同时代人的高度评价。

完整传记

卡米耶·若尔当的父亲埃斯普里-亚历山大若尔当(1800-1888)是一位工程师,曾在巴黎综合理工学院接受教育。若尔当的母亲约瑟芬·皮维·德·夏凡纳是著名画家皮埃尔·皮维·德·夏凡纳的妹妹,后者是19世纪下半叶法国最重要的壁画家。若尔当父亲的家族也相当有名;一位叔祖父也叫埃内蒙-若尔当(1771-1821),曾担任高级政治职位,而一位表亲Alexis Jordan(1814-1897)是著名的植物学家。

若尔当曾在里昂中学和乌兰学院学习。1855年,他进入巴黎综合理工学院学习数学。这所学校培养工程师,而若尔当像他同时代的许多法国数学家一样,取得了工程师资格并从事这一职业。特别是奥古斯丁·路易·柯西曾走过这条路,而像奥古斯丁·路易·柯西一样,若尔当能够作为工程师工作,同时仍投入大量时间进行数学研究。若尔当的学位论文分为两部分,第一部分Sur le nombre des valeurs des fonctions (论函数值的个数)是关于代数的。第二部分题为Sur des periodes des fonctions inverses des intégrales des différentielles algebriques (论代数微分积分的反函数的周期),是关于形式为 udz\int   u dz的积分,其中uu是满足代数方程f(u,z)=0f (u, z) = 0的函数。若尔当于1861年1月14日由让-马里·迪阿梅尔约瑟夫·阿尔弗雷德·塞雷维克托·皮瑟进行答辩。事实上,若尔当学位论文第二部分的题目是由维克托·皮瑟提出的,而考官们更偏爱这第二部分。考试结束后,他继续作为工程师工作,先在普里瓦,然后在索恩河畔沙隆,最后在巴黎。

若尔当于1862年与里昂副市长之女玛丽-伊莎贝尔·穆内结婚。他们育有八个孩子,两个女儿和六个儿子。

从1873年起,他在巴黎综合理工学院担任考官,并于1876年11月25日成为分析学教授。从1883年起,他还在法兰西学院担任教授,尽管直到1885年,他至少在理论上仍以工程师为职业。然而,值得注意的是,他在担任工程师时反而有更多时间进行研究。他的大部分原创研究都出自这一时期。

若尔当是一位数学家,他在极其广泛的领域中工作,基本上对当时所研究的每一个数学主题都有贡献。参考文献[3]、[4]、[5]、[6]指的是他全集的四卷,从这些内容可以看出主题的范围。第1卷和第2卷包含若尔当关于有限群的论文,第3卷包含他关于线性与多重线性代数以及数论的论文,而第4卷包含关于多面体拓扑学、微分方程和力学的论文。

拓扑学(当时称为analysis situs)在他最初的一些出版物中发挥了重要作用,这些出版物是关于对称性的组合方法。他在1866年引入了重要的拓扑学概念,这些概念建立在他对波恩哈德·黎曼在拓扑学方面工作的了解之上,但没有基于奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯的工作,因为他不知道后者。若尔当引入了路径的同伦概念,研究路径之间的形变。他定义了一个曲面的同伦群,但没有明确使用术语。

若尔当对有限群论特别感兴趣。事实上,这种说法并不十分准确,因为有理由认为,在若尔当开始这一领域的研究之前,并不存在有限群论。是若尔当首先发展了该主题的系统方法。直到1846年约瑟夫·刘维尔重新发表埃瓦里斯特·伽罗瓦的原始工作,其重要性才被注意到。约瑟夫·阿尔弗雷德·塞雷约瑟·伯特兰夏尔·埃尔米特曾听过约瑟夫·刘维尔关于伽罗瓦理论的讲座,并开始为该主题做出贡献,但若尔当是第一个阐明该学科发展方向的人。

若尔当 群就是我们今天所说的 置换群;抽象群的概念要到后来才被研究。为了说明他试图建立群论的方式,我们将稍微谈谈他对有限可解群的贡献。今天定义这类群的标准方式是,它们是合成因子为阿贝尔群的群。事实上,若尔当 引入了合成列的概念(一列子群,每个子群在前一个中正规,并且具有这样的性质:不能再向该列添加更多的项而保持该性质)。群 GG 的合成因子是通过计算合成列中相邻群的商群而得到的群。若尔当 证明了 若尔当-奥托·赫尔德 定理,即尽管群可以有不同的合成列,但合成因子的集合是群的不变量。

虽然有限阿贝尔群的分类是直接的,但有限可解群的分类远远超出了今天以及可预见的未来数学家的能力。然而,若尔当 显然将此视为该学科的一个目标,即使它可能永远无法解决。他对这种分类可能如何进行做出了若干显著贡献,建立了一种递归方法来确定给定 nn 的所有阶为 nn 的可解群。

关于有限群的第二项主要工作是对具有 pp 个元素的域上的通用线性群的研究,其中 pp 为素数。他应用他在典型群上的工作来确定根被选为与某些几何构型相关联的方程的 Galois group 的结构。

他在1860年至1870年间所做的群论工作被写成了一部重要著作 Traité des substitutions et des équations algebraique (《论替换与代数方程》),于1870年出版。这部论著对 伽罗瓦理论 进行了全面研究,并提供了第一本群论书籍。由于这项工作,他被授予 Académie des Sciences让-维克托·彭赛列 奖。该论著包含了矩阵的“若尔当 标准形”定理,不是在复数上而是在有限域上。他似乎不知道 卡尔·魏尔斯特拉斯 早先关于此类结果的工作。他的书将置换群带入了数学的核心角色,并且直到 威廉·伯恩赛德 在大约30年后写下他著名的群论教科书之前,这项工作为整个学科奠定了基础。也可以公平地说,在 若尔当 的基础性出版物之后的100年里,群论是数学研究的主要领域之一。

若尔当 在1869年将群概念用于几何是受到晶体结构研究的启发。他考虑了欧几里得运动群的分类。他的工作为他赢得了广泛的国际声誉,索菲斯·李菲利克斯·克莱因 都于1870年在巴黎拜访他,与他一起学习。若尔当 对三维空间中欧几里得变换群的兴趣影响了 索菲斯·李菲利克斯·克莱因 关于连续群和不连续群的理论。

Traité des substitutions et des équations algebraique (《论替换与代数方程》)的出版并未标志着 若尔当 对群论贡献的结束。在接下来的十年里,他继续产生了具有根本重要性的进一步结果。他研究了本原置换群并证明了一个有限性定理。他将对称群的子群的类定义为 c>1c > 1,如果 cc 是该子群有一个移动 cc 个点的元素的最小数目。他的有限性定理表明,对于给定的 cc,除了对称群和交错群之外,只有有限多个类为 cc 的本原群。

拉扎勒斯·福克斯关于线性微分方程的一个结果加以推广,若尔当被引导去研究复数域上n×nn \times nmatrices的一般线性群的有限子群。尽管这样的有限子群有无穷多个族,若尔当发现它们具有一种非常特殊的群论结构,而他能够对此加以描述。

另一次推广,这次是将夏尔·埃尔米特关于整系数二次型的工作加以推广,使若尔当去考虑复数域上行列式为1的n×nn \times n矩阵的特殊线性群作用在nn个未定元的次数为mm的复多项式向量空间上。

今天,若尔当在分析学家和拓扑学家中最被铭记的是他证明了简单闭曲线把平面恰好分成两个区域,现在称为Jordan curve theorem。正是他对数学严格性理解的加深,才使他意识到证明这样一个结果是必要的。他还开创了有界变差函数的概念,尤其以他对曲线长度的定义而闻名。这些概念出现在他的Cours d'analyse de l'École Polytechnique中,该书于1882年至1887年间分三卷首次出版。第二版于1893年问世,而若尔当曲线定理则出现在1909年至1915年间出版的该文本第三版中。

当然,到1882年第一卷出版时,若尔当正在巴黎综合理工学院授课,这本书是作为那里学生的教材而写的。在某些方面这有点奇怪,因为这是一部严格的分析教材,建立在奥古斯丁·路易·柯西开始的、并由卡尔·魏尔斯特拉斯给予相当大推动的为该主题奠定坚实基础的努力之上。然而,巴黎综合理工学院的课程本应培养学生成为土木和军事工程师,而这似乎并不是人们试图向工程师教授微积分应用时会采取的方法。巴黎综合理工学院有着严格分析的传统,当然是由奥古斯丁·路易·柯西本人开创的。若尔当意识到他的工作处于一种对工程学生来说有些不太合适的水平,因为他曾对昂利·勒贝格说,他把它称为“巴黎综合理工学院分析教程”,因为:-

……人们在封面上写上这个是为了取悦出版商……

Gispert-Chambaz在[7]中对比了若尔当在该书第一版和第二版中处理拓扑概念的方式。在第一版中,大多数拓扑概念是在第3卷的一个附录中处理的。然而,在两版之间,若尔当在法兰西学院讲授了更高级的分析课程,这可能影响他在第二版中把集合拓扑学放在最前面。在这方面,人们可以把第二版看作是为分析教材定下了延续至今的基调。

在若尔当对分析的许多贡献中,我们还应当提到他对Fourier series收敛判别法的推广。

Journal de Mathématiques Pure et Appliquées是一份领先的数学期刊,在19世纪数学的发展中发挥了非常重要的作用。它通常被称为Journal de Liouville,因为约瑟夫·刘维尔于1836年创办了该期刊。约瑟夫·刘维尔于1882年去世,1885年若尔当成为该期刊的编辑,他担任这一角色超过35年,直到去世。

1912年,若尔当从职位上退休。然而,他生命的最后几年因1914年开始的第一次世界大战而悲伤。1914年至1916年间,他的六个儿子中有三个在战争中阵亡。在剩下的三个儿子中,若尔当是政府部长,爱德华是索邦大学的历史教授,第三个儿子是工程师。

授予若尔当的荣誉包括他于1881年4月4日当选为Académie des Sciences。1890年7月12日,他成为荣誉军团军官。1920年9月,他在斯特拉斯堡举行的国际数学家大会上担任名誉主席。

最后,我们应该注意到一些相当令人困惑的事实。尽管若尔当在矩阵方面的工作以及Jordan normal form以他的名字命名,但用于求解矩阵方程Ax=b\bf{A}\bf{x}= \bf{b}卡尔·弗里德里希·高斯-若尔当主元消去法并非如此。卡尔·弗里德里希·高斯-若尔当的若尔当是Wilhelm Jordan(1842年至1899年),他将该方法应用于测量中求平方误差。Jordan algebras以德国物理学家和数学家帕斯库尔·约尔丹(1902年至1980年)命名。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。