数学史 · 中文镜像

数学家传记

奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯August Ferdinand Möbius

出生
1790年11月17日 萨克森舒尔普福塔(今德国)
逝世
1868年9月26日 德国莱比锡

奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯最为人所知的是他在拓扑学方面的工作,尤其是他对奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯带的构想,这是一种只有一个面的二维曲面。

完整传记

奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯是舞蹈教师Johann Heinrich Möbius的独生子,后者在莫比乌斯三岁时去世。他的母亲是马丁·路德的后裔。莫比乌斯在家中接受教育直到13岁,当时他已经表现出对数学的兴趣,于1803年进入Schulpforta的学院。

1809年,莫比乌斯从学院毕业,成为莱比锡大学的学生。他的家人希望他学习法律,事实上他也开始学习这门学科。然而,他很快发现这不是一门能给他带来满足感的学科,在入学第一年的年中,他决定追随自己的偏好而非家人的意愿。因此,他开始学习数学、天文学和物理学。

在莱比锡期间,对莫比乌斯影响最大的老师是他的天文学老师卡尔·莫尔魏德。尽管卡尔·莫尔魏德是一位天文学家,但他因若干数学发现而闻名,特别是他在1807-09年发现的卡尔·莫尔魏德三角关系以及保持面积的卡尔·莫尔魏德地图投影。

1813年,莫比乌斯前往哥廷根,在卡尔·弗里德里希·高斯指导下学习天文学。卡尔·弗里德里希·高斯是哥廷根天文台的台长,但当然也是他那个时代最伟大的数学家,所以莫比乌斯再次师从一位兴趣在于数学的天文学家。从哥廷根,莫比乌斯前往哈勒,在约翰·约翰·弗里德里希·普法夫——卡尔·弗里德里希·高斯的老师——指导下学习。在约翰·弗里德里希·普法夫指导下,他学习的是数学而非天文学,因此到这一阶段,莫比乌斯已非常坚定地在这两个领域工作。

1815年,莫比乌斯 撰写了关于 The 掩星 of fixed stars 的学位论文,并开始着手他的 教授资格论文(Habilitation) 论文。事实上,在他撰写这篇论文期间,曾有人试图征召他加入普鲁士军队。莫比乌斯 写道

这是我听说过的最可怕的想法,任何胆敢、冒险、冒风险、大胆、有勇气提出它的人,都逃不过我的匕首。

他避开了军队,完成了关于 Trigonometrical equations 的任教资格论文。卡尔·莫尔魏德 对数学的兴趣如此之大,以至于他从天文学转到了莱比锡的数学讲席,因此 莫比乌斯 对他可能被任命为莱比锡天文学教授抱有很高的期望。事实上,他于1816年被任命为莱比锡大学天文学与高等力学讲席。他最初的任命是编外教授,这是一个在他职业生涯早期就到来的任命。

莫比乌斯没有迅速晋升为正教授。看来他不是一个特别好的讲师,这使他的生活困难,因为他没有吸引到付费学生来听他的课。他被迫将他的课程宣传为免费,然后学生才认为他的课程值得选修。

1816年,他获得了在格赖夫斯瓦尔德担任天文学家的职位,1819年又获得了在多尔帕特担任数学家的职位。他拒绝了这两个职位,部分是因为他相信莱比锡大学的高质量,部分是因为他对萨克森的忠诚。1825年,卡尔·莫尔魏德去世,莫比乌斯希望转到他的数学讲席,走卡尔·莫尔魏德先前走过的路。然而事与愿违,另一位数学家被优先考虑担任该职位。

到1844年,莫比乌斯作为研究者的声誉使他收到了耶拿大学的邀请,此时莱比锡大学授予他天文学正教授职位,这显然是他应得的。

从他在莱比锡首次任职时起,莫比乌斯还担任了莱比锡天文台的观测员。他参与了天文台的重建工作,并从1818年到1821年监督该项目。在为新天文台提出建议之前,他参观了德国的其他几个天文台。1820年他结婚,育有一个女儿和两个儿子。1848年,他成为天文台台长。

1844年,赫尔曼·格拉斯曼拜访了莫比乌斯。他请莫比乌斯评论他的主要著作Die lineale Ausdehnungslehre, ein neuer Zweig der Mathematik (线性扩张理论,数学的一个新分支)(1844年),其中包含许多与莫比乌斯的工作相似的结果。然而,莫比乌斯没有理解赫尔曼·格拉斯曼工作的重要性,没有进行评论。但他确实说服赫尔曼·格拉斯曼提交作品参加评奖,在赫尔曼·格拉斯曼获奖后,莫比乌斯于1847年确实为他的获奖作品写了一篇评论。

尽管他最著名的工作是在数学领域,莫比乌斯确实发表了重要的天文学工作。他写了De Computandis Occultationibus Fixarum per Planetas (计算行星的掩星)(1815年),涉及行星的掩星。他还写了关于天文学原理的著作,Die Hauptsätze der Astronomie (天文学定律)(1836年)以及关于天体力学的Die Elemente der Mechanik des Himmels (天体力学基础)(1843年)。

莫比乌斯 的数学出版物,尽管并不总是原创,却是有效而清晰的表述。他的传记作者 Richard Baltzer 在 [3] 中这样描述他对数学的贡献:-

他研究的灵感大多来自他自己原创思想的丰富源泉。他的直觉、他为自己设定的问题,以及他找到的解答,都展现出某种非凡的巧妙,某种不造作的原创性。他不慌不忙地工作,安静地独自进行。他的工作几乎一直锁藏着,直到一切都各就各位。不匆忙,不浮夸,不傲慢,他等待自己思想的果实成熟。只有在这样的等待之后,他才发表他完善的作品……

几乎莫比乌斯的所有工作都发表在奥古斯都·利奥波德·克雷勒的杂志上,这是第一本专门发表数学的杂志。莫比乌斯1827年的著作Der barycentrische Calcul(重心微积分),关于解析几何,成为经典,并包含了他关于射影几何和仿射几何的许多结果。在其中,他引入了齐次坐标,还讨论了几何变换,特别是射影变换。他引入了一种现在称为莫比乌斯网的构型,这在射影几何的发展中起到了重要作用。

莫比乌斯的名字与许多重要的数学对象相关联,例如他在1831年论文Über eine besondere Art von Umkehrung der Reihen (关于一种特殊的行反转)中引入的莫比乌斯函数,以及莫比乌斯反演公式。

1837年,他出版了Lehrbuch der Statik(《静力学教科书》),其中给出了静力学的几何处理。这导致了对空间中线系的研究。

在Francis Guthrie提出关于four colouring of maps的问题之前,莫比乌斯在1840年提出了以下相当容易的问题。

从前有一个国王,他有五个儿子。在他的遗嘱中,他声明在他死后,他的王国应由他的儿子们分成五个区域,使得每个区域都与其他四个区域有共同的边界。遗嘱的条款能否得到满足?

答案当然是否定的,而且很容易证明。然而,它确实说明了莫比乌斯对topological思想的兴趣,在这个领域,他作为先驱最为人所铭记。在一篇提交给Académie des Sciences的回忆录中,这篇回忆录在他死后才被发现,他讨论了单侧曲面的性质,包括他在1858年发现的莫比乌斯带。见THIS LINK。这一发现是在莫比乌斯研究Académie提出的多面体几何理论问题时做出的。

尽管我们今天称之为莫比乌斯带,但并不是莫比乌斯首先描述了这个对象,无论以任何标准,无论是出版日期还是首次发现日期,优先权都归于利斯廷

莫比乌斯带是一个只有一个侧面的二维曲面。它可以如下在三维中构造。取一条矩形纸带,将纸带的两端连接在一起,使其扭转180度。现在可以从曲面上的一个点AA开始,描绘出一条路径,该路径经过显然位于曲面另一侧的点AA

参考文献

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