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数学家传记

保罗·鲁菲尼Paolo Ruffini

出生
1765年9月22日 教皇国瓦伦塔诺(今意大利)
逝世
1822年5月10日 摩德纳公国摩德纳(今意大利)

保罗·鲁菲尼是一位意大利数学家,他给出了五次方程不可能有根式解的证明,这一证明早于尼尔斯·阿贝尔。

完整传记

保罗·鲁菲尼的父亲Basilio 鲁菲尼是Valentano的一名医生。鲁菲尼年幼时[4]:-

……具有神秘的气质,似乎注定要成为神职人员……

当鲁菲尼十几岁时,全家搬到了意大利北部艾米利亚-罗马涅大区摩德纳附近的雷焦。他于1783年进入摩德纳大学,在那里学习数学、医学、哲学和文学。在摩德纳,他的数学老师中有Luigi Fantini,教鲁菲尼几何,以及鲁菲尼 Cassiani,教他微积分。

埃斯特家族统治着摩德纳,1787年,Cassiani被任命为埃斯特家族地产的顾问。Cassiani在摩德纳开设的分析基础课程于1787-88年由鲁菲尼接手,尽管当时他仍是学生。1788年6月9日,鲁菲尼毕业,获得哲学、医学和外科学学位。此后不久,他又获得了数学学位。

鲁菲尼从Cassiani那里接手的分析基础课程一定教得很好,因为1788年10月15日,他被任命为分析基础教授。Fantini曾在鲁菲尼读本科时教他几何学,他发现自己的视力恶化,1791年不得不辞去摩德纳的职位。鲁菲尼于1791年被任命填补数学基础教授的空缺。然而,鲁菲尼不仅仅是一位数学家。他受过医学训练,同样在1791年,摩德纳医学院法庭授予他行医执照。

这是法国大革命后战乱频仍的时期。到1795年初,法国已在各条战线上取得胜利。在意大利北部,法国军队威胁着奥地利-撒丁的阵地,但其指挥官未能采取主动。1796年3月,他被拿破仑·波拿巴取代,后者执行了一场精彩的机动战役。4月12日发起攻势,接连击败并分割了奥地利和撒丁军队,然后向都灵进军。撒丁国王请求停战,尼斯和萨伏依被并入法国。波拿巴继续对奥地利人作战,占领了米兰,但在曼图亚受阻。在曼图亚落入其军队之前,他与帕尔马公爵和摩德纳公爵签署了停战协定。拿破仑的军队占领了摩德纳,鲁菲尼极不情愿地发现自己身处政治动荡之中。

拿破仑建立了由伦巴第、艾米利亚、摩德纳和博洛尼亚组成的内阿尔卑斯共和国。尽管不想卷入其中,鲁菲尼却发现自己被任命为内阿尔卑斯共和国初级委员会的代表。然而,他很快离开了这个职位,并于1798年初回到摩德纳大学从事科学工作。他被要求宣誓效忠共和国,而鲁菲尼发现出于宗教原因他无法做到。由于未能宣誓,他失去了教授职位并被禁止教学。

鲁菲尼似乎并未因失去讲席而受到太大困扰,事实上他是一个非常冷静的人,对周围的一切戏剧性事件都泰然处之。他不能教数学这一事实意味着他有更多时间行医,从而帮助他极为关爱的病人。另一方面,这给了他机会从事最原创的项目之一,即证明五次方程无法用根式解决。

用根式解多项式方程意味着找到其根用系数表示的公式,使得该公式只涉及加、减、乘、除和开方运算。二次方程(二次的)从巴比伦时代起就为根式可解所知。三次方程已由del 希皮奥内·德尔·费罗尼科洛·塔尔塔利亚吉罗拉莫·卡尔达诺用根式解出。洛多维科·费拉里在1540年用根式解出了quartic,因此尽管许多数学家尝试过,250年来无人能用根式解出五次方程。在认真尝试理解这个问题的人中有埃伦弗里德·瓦尔特·冯·切恩豪斯莱昂哈德·欧拉艾蒂安·贝祖亚历山大-泰奥菲勒·范德蒙德爱德华·华林约瑟夫·拉格朗日

看来在鲁菲尼之前,没有人真正相信五次方程不能用根式求解。当然,没有数学家发表过这样的主张,甚至约瑟夫·拉格朗日在其著名论文Reflections on the resolution of algebraic equations中也说他会回到五次方程解的问题上,显然,他仍然希望通过根式求解它。1799年,鲁菲尼出版了一本关于方程理论的书,其标题表明了他关于五次方程不能用根式求解的主张:General theory of equations in which it is shown that the algebraic solution of the general equation of degree greater than four is impossible。该书的引言开头写道:-

次数大于四的一般方程的代数解总是不可行的。看,一个非常重要的定理,我相信我能够断言(如果我没有弄错的话):给出它的证明是出版本卷的主要原因。不朽的约瑟夫·拉格朗日以其崇高的思考,为我的证明提供了基础。

鲁菲尼在他的工作中使用了group theory,但他不得不为自己发明这个主题。约瑟夫·拉格朗日曾使用过排列,人们可以争辩说群出现在约瑟夫·拉格朗日的工作中,但由于约瑟夫·拉格朗日从未组合过置换,我们现在是在事后才看到他的论文中群论的萌芽。鲁菲尼是第一个引入元素的阶、共轭、置换群中元素的循环分解以及本原和非本原概念的人。他证明了一些显著的定理(当然不是用下面引用的现代术语):-

一个置换的阶是分解为不相交循环后各循环长度的最小公倍数。

S5S_{5}中一个5阶元素是一个5-循环。

如果G<S5G < S_{5}的阶能被5整除,那么GG有一个5阶元素。

S5S_{5}没有指数为3、4或8的子群。

这是一项出色的工作,除了一处空缺外,证明了鲁菲尼所声称的定理。证明以现代符号给出在[4]中。然而,数学家们对鲁菲尼的工作反应出奇地少。1801年,鲁菲尼将他的书寄了一本给约瑟夫·拉格朗日。他没有收到回复,于是他又寄了第二本并附上一封信[4]:-

由于不确定您是否收到了我的书,我再寄给您一本。如果我在任何证明中有误,或者如果我说了一些我认为是新的、而实际上并不新的东西,最后如果我写了一本无用的书,我恳请您真诚地指出来。

鲁菲尼没有收到回复,他在1802年又写道:-

没有人比我更有资格……收到我冒昧寄给您的这本书。……在写这本书时,我主要想证明高于四次的方程不可能求解。

一些数学家接受了鲁菲尼的证明,尽管不得不说,比萨的教授Pietro Paoli在1799年写道[4]时是受了爱国动机的影响:-

我非常愉快地读了您的书……并极力推荐那个最重要的定理,它排除了求解高于四次方程的可能性。我与您以及我们的意大利一同感到无比欣喜,因为一个理论在这里诞生并完善,而其他国家对此贡献甚少……

要理解这段引文,必须认识到约瑟夫·拉格朗日出生在都灵,当时是意大利的一部分。撇开这种爱国反应不谈,数学界似乎几乎忽略了鲁菲尼的伟大成果。那么鲁菲尼是如何反应的呢?他在1803年发表了第二个证明,希望它可能更容易理解,在引言中写道:-

在本论文中,我将尝试证明同一命题[五次方程不可解],希望推理不那么深奥,并且完全严格。

至少鲁菲尼收到了Malfatti关于这篇论文的评论,但不幸的是Malfatti没有理解鲁菲尼的论证,并提出了一个错误的反对意见。鲁菲尼在1808年和1813年发表了进一步的证明。关于这最后一个证明,Ayoub在[4]中写道:-

还有什么能比这更优雅呢?这个证明本质上就是后来所称的皮埃尔·汪策尔尼尔斯·阿贝尔证明的修改,并于1845年发表。它类似于鲁菲尼的证明并不奇怪,因为皮埃尔·汪策尔在他的论文中说……“利用尼尔斯·阿贝尔和鲁菲尼的工作……”。

鲁菲尼并没有停止努力使自己的工作得到数学界的承认。当让·巴蒂斯特·约瑟夫·德朗布尔在一份关于1789年以来数学状况的报告中写道:-

鲁菲尼提议证明这是不可能的……,

鲁菲尼回复道:-

……我不仅提议证明,而且实际上证明了……。

人们不得不为鲁菲尼感到极度惋惜。如果某位数学家写信给他,指出证明中有错误甚至漏洞,那么至少鲁菲尼会有机会改正它。然而,似乎没有人真正想知道五次方程不能用根式求解。鲁菲尼请求巴黎科学院对他的证明的正确性作出判断,约瑟夫·拉格朗日阿德里安-马里·勒让德西尔维斯特·佛朗索瓦·拉克鲁瓦被任命审查它。他们再次提出了一份就鲁菲尼而言极不令人满意的报告:-

……如果一件事不重要,就无人注意,而约瑟夫·拉格朗日本人“以他的冷静”发现其中几乎没有值得注意的东西。

Royal Society 也被要求对正确性发表意见,鲁菲尼 收到了稍微客气一些的回复,其中说,尽管他们没有对具体工作表示认可,但他们相当确信它证明了所声称的内容。唯一确实承认其重要性和正确性的人是 奥古斯丁·路易·柯西。这更加令人惊讶,因为 奥古斯丁·路易·柯西 是所有数学家中最不善于归功于他人的人之一。他在 1821 年写信给 鲁菲尼,距 鲁菲尼 去世不到一年 [1]:-

……你关于方程一般解的论文是一项在我看来一直值得数学家关注的工作,并且据我判断,它完全证明了高于四次的方程不可能用代数方法求解。

事实上,奥古斯丁·路易·柯西 在 1813 年至 1815 年间写了一部关于置换群的重要著作,并在其中推广了 鲁菲尼 的一些结果。他肯定深受 鲁菲尼 思想的影响。通过 奥古斯丁·路易·柯西 的这种影响,也许是 鲁菲尼 的工作对数学发展产生影响的唯一途径。

我们在鲁菲尼的职业生涯中停在了1799年左右,那时他开始发表关于五次方程的文章。他离开摩德纳大学,在摩德纳的军事学校教了7年应用数学。他继续行医,为从社会最贫穷到最富有的人看病。拿破仑倒台后,鲁菲尼于1814年成为摩德纳大学校长。政治局势仍然极其复杂,尽管他个人能力出众、备受尊敬、以诚实著称,他担任校长的时期一定非常艰难。

除了校长职务,鲁菲尼还在摩德纳大学担任应用数学讲席、实用医学讲席和临床医学讲席。1817年爆发了斑疹伤寒疫情,鲁菲尼继续治疗病人,直到他自己也染上了这种病。虽然他部分康复,但从未完全恢复健康,1819年他放弃了临床医学讲席。然而,他并没有放弃科学工作,1820年他根据自己患病的经历发表了一篇关于斑疹伤寒的科学文章。

鲁菲尼的工作还有另外一些方面值得提及。他写了几部哲学著作,其中一部反驳了皮埃尔·西蒙·拉普拉斯的一些哲学思想。他还写了关于probability以及概率在法庭案件证据中的应用的文章。

鉴于本文中关于五次方程不可解性的信息,有理由问为什么 尼尔斯·阿贝尔 被归功于证明了该定理,而 鲁菲尼 却没有。Ayoub 提出 [4]:-

……数学界还没有准备好接受如此革命性的想法:多项式不能用根式求解。此外,置换方法太奇特,而且必须承认,鲁菲尼 早期的论述不易理解。……比如说在 1800 年至 1820 年间,数学界的心态……从试图求解五次方程转变为证明其不可能性……

参考文献

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