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数学家传记

威廉·欧垂William Oughtred

出生
1574年3月5日 英格兰白金汉郡伊顿
逝世
1660年6月13日 英格兰萨里郡奥尔伯里

威廉·欧垂是一位英国数学家,最为人所知的是发明了一种早期形式的计算尺。他发明了许多新符号,包括用X表示乘法、用::表示比例。

完整传记

威廉·欧垂的父亲是Rev Benjamin Oughtred,一位写作教师兼伊顿公学的‘注册主任’。我们将欧垂的出生日期定为1574年3月5日,确实大多数传记都以此作为他的出生日期,但实际上这是他受洗的日期。他的实际出生日期未知,但不太可能比受洗日期早几天以上。欧垂作为国王奖学金生就读于伊顿公学,虽然这是一所非常著名的学校,但实际上它是他的本地学校,他父亲任教的学校。欧垂在伊顿由他自己的父亲教授算术。从那里他去了剑桥大学国王学院,于1592年入学。令人惊讶的是,尽管当时伊顿和剑桥都很少教授数学,欧垂却对数学产生了强烈的兴趣。欧垂在剑桥期间自学数学,写道(例如,见[30]):-

……在剑桥大学国王学院……我在通常的学习之外用于数学科学的时间,是我一夜又一夜地从自然睡眠中夺来的,欺骗我的身体,使它习惯于熬夜、寒冷和劳作,而大多数人则在休息。……通过激励、帮助和指导他人,我使许多人热爱并研究这些艺术,不仅在我们自己的学院,也在其他一些学院。

三年后,他成为国王学院的研究员,1596年获得学士学位,1600年获得硕士学位。尽管欧垂在剑桥期间没有发表任何数学著作,但我们知道他确实写了一些作品,这些作品他很久以后才发表。也是在这个时候,他在思考数学仪器的设计,关于这一点他当时也没有发表任何东西,但多年后会发表。

欧垂于1603年被任命为英格兰教会牧师,但他继续在剑桥大学担任研究员,直到1604年成为萨里郡肖尔福德的牧师,这是吉尔福德以南的一个村庄。在那里他遇到了Christsgift Caryll,她是欧垂和Dorothy Caryll的女儿。欧垂 Caryll于1587年5月8日在萨里郡戈德尔明与Dorothy Cowdry结婚。他们的女儿Christsgift于1588年4月21日在戈德尔明受洗,当欧垂遇到Christsgift时,她与父母住在靠近肖尔福德的唐利。欧垂于1607年2月20日在唐利与Christsgift Caryll结婚。他们有十二个孩子,欧垂、Henry、Henry(第一个Henry在婴儿期去世)、Benjamin、Simon、Margaret、Judith、Edward、Elizabeth、Anne、George和弗瑞兹·约翰。他的两个儿子,Benjamin和约翰,与欧垂一样对仪器感兴趣,并成为钟表匠。

1610年,欧垂成为奥尔伯里的教区长,这是沙尔福德以东约5公里的一个村庄。他将在余生中继续担任这一职位,但他与伦敦格雷沙姆学院的同行数学家建立了联系。大约在1633年,欧垂描述了15年前对伦敦的一次访问:-

1618年春,我在伦敦时去格雷沙姆学院拜访我尊敬的朋友亨利·布里格斯先生:他当时介绍我认识了刚被选为那里天文讲师的埃德蒙·冈特先生,那时他正在布鲁克斯博士的房间里。与他谈起他的象限仪时,我给他看了我的水平仪。他非常仔细地观看:并询问其投影和使用方法,常常说这些话,这是一个非常好的。不久之后,他交给亨利·布里格斯先生,将我自己的仪器从一块黄铜切割印刷出来寄给我:后来我得知他将其赠予尊贵的布里奇沃特伯爵,并且在他六年后出版的扇形书中,在其他投影中列出了这个。

欧垂的婚姻使他与某些当地家族有了接触,这些家族影响了他的地位。其中两个家族是Aungier家族和Duncombe家族,两者都与他的妻子家族有远亲关系。Francis Aungier(1558-1632)是朗福德第一男爵,欧垂教他的儿子Gerald Aungier(1596-1655)数学。欧垂当然也是一位拉丁语学者,并且像这一时期的其他人一样,会用拉丁语撰写他的著作。他给George Duncombe(1563-1660)家族的一名成员教拉丁语,George Duncombe是他的教区居民之一。

1620年,欧垂遇到了Marmaduke Neilson船长,他声称发现了一种在海上寻找经度的天文方法。似乎当时人们一致认为Neilson的方法行不通,但几年后,欧垂会更正式地参与评估Neilson的方法。我们将在本传记后面描述这一点。

正是在1628年,欧垂建立了一个重要的联系,这使他得以更多地参与伦敦数学家的活动。托马斯·霍华德,第21代阿伦德尔伯爵,在1625年去世的国王詹姆斯一世统治时期曾是一位重要的朝臣。霍华德当时是国王查理一世的朝臣,1628年他与欧垂联系时担任此职,后者写道,在1628年:-

……阿伦德尔伯爵,我最尊贵的勋爵,在他私下退居到他的宅邸……位于西霍斯利,离我仅四小英里……听说我的情况……便派人召我前去:后来在伦敦又在他的宅邸[阿伦德尔宅,位于河岸街]中为我指定了一个房间。

这为欧垂在伦敦提供了一个对他很重要的基地。Thomas Howard最小的儿子是欧垂 Howard(1614-1680),他后来成为第一代斯塔福德子爵和皇家学会会士。欧垂 Howard是个聪明的男孩,欧垂教他高等数学。为了辅助这一教学,欧垂撰写了一部数学著作,于1631年出版,书名为Clavis Mathematicae (数学之钥)。我们将在下面考察这部重要著作的内容。欧垂接收私人学生,他们来到他在Albury的家中,免费住在那里,同时接受数学指导。然而,在伦敦有一个房间也使他能够在那里授课。他有许多学生,但最著名的是约翰·沃利斯约翰·佩尔Seth Ward克里斯托弗·雷恩理查德·德拉曼。其中一些他在Albury辅导,一些在伦敦辅导,还有一些或许更恰当地说是追随者,他们通过阅读Clavis Mathematicae (数学之钥)获益良多,也许偶尔与他交谈.。他在伦敦基地的另一个好处是,这使他能够与数学仪器制造者保持密切联系,特别是Elias Allen(1592-1653),他的工坊位于Strand的St Clement Danes教堂旁,靠近Arundel House。一封欧垂写给Allen的信,日期为1638年8月20日,内容如下:-

我在此寄给你(按你在特威克纳姆时的请求)关于制作两把尺的说明。……[我]很乐意在[仪器的两部分]之一完成时见到它:但我至今还未曾见过。

克里斯托弗·布鲁克斯,艾伦的助手之一,成为了欧垂的女婿。他编辑了欧垂的The Solution of All Spherical Triangles by the Planisphere (1651年)。

欧垂在职业生涯早期并未让人制作仪器,他是在剑桥时发明了它们。事实上,他在奥尔伯里的一个学生,欧垂福斯特,在1630年夏天住在欧垂家中,对欧垂的数学仪器印象深刻,以至于他说服欧垂允许他出版欧垂未发表的拉丁文描述的英文译本。该书于1632年在伦敦出版,书名为The Circles of Proportion and the Horizontal Instrument. Both invented, and the uses of both written in Latin by Mr William Oughtred. Translated into English and set forth for the public benefit by William Forster。书中写道:-

由埃利亚斯·艾伦印制,他是这些及所有其他数学仪器的制造者,并在其位于圣克莱门特教堂对面、坦普尔栅门外的店铺出售。

欧垂福斯特在书中写道:-

因为在1630年假期期间,在乡下,在尊敬的、我值得尊敬的朋友和老师欧垂先生的家中……我向他提到了埃德蒙·冈特先生的尺子。[他将其描述为]一个拙劣的发明[并向我展示]他多年来[随身]所拥有的装置。……他打算向我推荐仪器的技巧,但首先他要我在科学方面得到良好的指导。

尽管如我们所见,欧垂从第21代阿伦德尔伯爵托马斯·霍华德的支持中获益,但他仍觉得自己从未从赞助人那里得到应得的奖赏。其他人也认为阿伦德尔在对待欧垂时不够慷慨,后者寻求教会职位。他唯一的收获是奇切斯特大教堂的希思菲尔德受俸牧师职位,这不是由阿伦德尔伯爵授予的,而是由亨利·金主教——一位曾担任奇切斯特主教的英国诗人——授予的。亨利·金主教与乔治·邓科姆有亲属关系,并让他的儿子John King受教于欧垂。

我们上面提到 欧垂 后来会与马默杜克·尼尔森上尉有牵连,这发生在1636年。该年5月22日的一份文件提到了马默杜克·尼尔森上尉关于他在海上寻找经度的天文方法的请愿书。一个由詹姆斯·加洛韦爵士、约翰 塞尔登、Henry Gellibrand 和 欧垂 组成的委员会成立,“以考虑并证明他们是否认为请愿人能够完成其请愿书中提到的具体事项。”委员会的报告没有留存下来,但我们可以肯定委员会没有发现尼尔森的方法可行。

我们对欧垂生平的描述使它看起来是一个忙碌的人生,因为我们必须记住,他的全职职位是Albury的教区长。然而,他本人将自己的生活描述为平静的,很少去伦敦(例如,见[3]或[11]):-

的确,人的生活和心灵无法忍受没有某种消遣的交替,以及从我们各自职业的紧张行动中暂停;每个人都受自己的乐趣所吸引。我的消遣是多样化的研究;每当我被自己职业的劳动所累时,我就通过在人文学习各个不同部分的愉快且超越极乐田野的漫步来缓解那种乏味,而不仅仅是数学。

Aubrey [5]对欧垂的外貌和生活方式给出了有趣的描述:-

他是个小个子,黑头发,黑眼睛(充满精神)。他的头脑总是在运转。他会在灰尘上画线和图表……他常常在床上躺到十一二点,穿着紧身短上衣……学习到深夜,直到11点才上床,身边带着他的火绒盒,在床柱顶上固定着他的墨水瓶。他睡得很少。有时他两三个晚上不睡觉,直到找到所探究的问题才下楼吃饭。

弗洛里安·卡乔里仔细研究了欧垂的著作,并能够对他的数学方法以及数学教学方法获得有用的感受。弗洛里安·卡乔里写道[3]:-

欧垂 是希腊数学家的伟大崇拜者——欧几里得阿基米德阿波罗尼奥斯丢番图。但在阅读他们的文字时,他深切体会到了许多现代读者所感受到的,即几乎完全缺乏数学符号使他们的著作读起来不必要地困难。那些可以压缩成几个精心选择的符号、让眼睛能够一览无余的陈述,却用冗长的句子来表达。……据说在研究古代作者时,欧垂 曾在印刷页面的空白处写下一些定理及其证明,用代数的符号语言表达。

欧垂 最重要的著作 Clavis Mathematicae (数学之钥)(1631)包含了印度-阿拉伯记数法和十进小数的描述,但这部著作的真正优势之一在于它将分数、无理数、小数展开和对数都视为“数”。这与当时其他数学家将这些视为不同概念的做法形成对比。他甚至将负数也视为“数”,尽管他不允许负数作为方程的解。正如 5 所写 [5]:-

……他将数视为连续的,而非离散的,这是对希腊人关注点的偏离。

这部著作包含相当一部分关于代数的内容,尽管这仍然是从几何角度来思考的,正如他拒绝将负数作为方程的解所表明的那样。他在 Clavis Mathematicae (数学之钥)第二版(1647)中写道:-

……这部论著不是以通常的综合方式写成的,也不是用冗长的表达,而是以分析的创新方式,用事物的符号或记号代替词语,对许多人来说似乎非常困难;尽管实际上这只是他们自己的缺乏自信,被这种新奇的表述方式吓到了;而不是事情本身有任何困难。因为这种似是而非的符号方式,既不用大量的词语折磨记忆,也不用比较和归纳事物来加重想象;而是清楚地将每次运算和论证的整个过程呈现在眼前。……现在,我在我的《钥匙》第一版中的范围和意图,以及在这个新版本,或者说重新锻造的版本中,是伸出阿里阿德涅之线,引导这些科学的热爱者穿过这些研究的错综复杂的迷宫,并指导他们更容易、更充分地理解最好和最古老的作者;……使他们不仅学习他们的命题——这是大多数学生所追求的艺术最高点;而且还能看出那些古代贤哲以何等的勤勉,通过什么样的方程、解释、比较、化简和探究的工具,美化、扩展并首先发现了这门最卓越的科学。……最后,通过以问题的方式、以分析的方式构建类似的问题,仿佛它们已经完成,将它们分解为原理,我寻找出实现它们的原因和方法。通过这种实践过程,经过长时间和大量努力,我发现了这条帮助和促进技艺的途径。

他试验了许多新符号,包括用 X 表示乘法,用 :: 表示比例。像 欧垂 的所有著作一样,它非常简洁,只有 88 页。

欧垂在Clavis Mathematicae (数学之钥)中使用了π,但不是用于圆周与直径之比,仅仅用于圆周。其他表示大于和小于的符号被证明难以记住,未被接受,熟悉的>和<几乎同时归功于托马斯·哈里奥特

今天看来,欧垂最为人所知的可能是他发明了一种早期形式的计算尺。埃德蒙·冈特(1620年)在一根两英尺长的直尺上绘制了对数刻度。他使用一对分规来加减长度,这些操作等价于乘法和除法。1630年,欧垂发明了圆形计算尺。1632年,他使用了两把埃德蒙·冈特尺,从而可以不用分规。他的描述于1632年发表在Circles of Proportion中,正如我们上面所解释的。它描述了计算尺和日晷。

欧垂的Circle of Proportion的图片在THIS LINK上。

然而,关于圆形计算尺的发明优先权存在争议。理查德·德拉曼 确实在 欧垂 之前发表了圆形计算尺的描述。他的 Grammelogia, or the Mathematicall ring 于1630年出版。很可能两人是独立发明了这一工具。不幸的是,随之而来的是非常激烈的争论,这在一定程度上给 欧垂 晚年的生活蒙上了阴影。争论归结为一个人是否需要理解工具的工作原理才能使用它。Katherine Hill 写道 [20]:-

理查德·德拉曼 提出,教授工具的使用而不解释工具为何如此工作是可以接受的。……在他的《数学仪器与绅士教育》中,[理查德·德拉曼 指出] 仪器是使数学活动对绅士可用的最简单方式,而不必提供“数学理论原理的完整基础”。许多潜在的学生希望将仪器视为“黑箱”,忽略其操作背后的原理。另一方面,欧垂 认为,例如,向不懂对数的人教授比例圆的使用是不恰当的。对他来说,学生在学习仪器的使用之前理解其构造背后的原理至关重要。

正是 欧垂 在 Circles of Proportion 中的以下陈述激怒了 理查德·德拉曼,他认为这是针对他的攻击:-

艺术的真正途径不是通过仪器,而是通过论证:而庸俗教师的本末倒置的做法,是从仪器开始,而不是从科学开始,因此不是培养艺术家,而是使他们的学生只会耍把戏,如同变戏法的人:这是对艺术的蔑视,浪费先前的时间,并将愿意且勤奋的才智出卖给无知和懒惰。仪器的使用确实卓越,如果一个人是艺术家:但若被设置并与艺术对立,则可鄙。

我们注意到,现代形式的计算尺是由法国军官 Amedee Mannheim 于1850年设计的。

欧垂的其他著作有Trigonometria(1657年),这是最早使用简洁符号体系的三角学著作之一,The Solution of All Spherical Triangles by the Planisphere (1651年),通过平面球解决球面三角形,以及一些关于制表和确定太阳位置的更次要的著作,在他去世后作为Opuscula mathematica (数学著作)(1677年)出版。

英国内战(1642-1646)对欧垂来说是一段艰难的时期,他是坚定的保皇派支持者。1646年,他因支持保皇派而被传唤到奥利弗·克伦威尔的没收委员会面前。欧垂 Lilly(1602-1681)是一位议会占星家,他对欧垂的支持是使其免于处罚的一个因素。据信还有其他人也帮助救了他,包括萨里郡地主理查德·昂斯洛爵士,他将1647年出版的Clavis Mathematicae 第二版献给了他。欧垂对1649年1月国王查理一世的处决感到震惊,但据说他在临终时听到查理二世于1660年5月20日抵达伦敦并恢复英国王位的消息时感到欣慰。

欧垂于6月15日下葬,1661年7月24日,他的遗产管理权交给了他的儿子亨利。欧垂拥有一个重要的图书馆,其中一部分归了威廉·琼斯,但今天无法确定哪些书来自欧垂的图书馆。

参考文献

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