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数学家传记

赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨Hermann Schwarz

出生
1843年1月25日 西里西亚基纳斯特山麓赫尔姆斯多夫(今波兰耶莱尼亚古拉索别舒夫)
逝世
1921年11月30日 德国柏林

赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨研究多面体曲面到球面的共形映射,以及变分法中的一个问题,即最小面积曲面。

完整传记

赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨的父亲是一位建筑师。雅各布·赫尔曼在多特蒙德的文理中学学习,他最喜欢的科目是化学。离开学校时,他打算攻读化学学位,并为此目的进入了Gewerbeinstitut,后来称为柏林工业大学。

施瓦茨 在柏林开始学习化学,但不久之后,恩斯特·爱德华·库默尔卡尔·魏尔斯特拉斯 就影响他转到了数学。第一位影响他最终研究方向的是 Karl Pohlke。通过他,施瓦茨 对几何学产生了兴趣。施瓦茨 在 1861 年听了 卡尔·魏尔斯特拉斯 关于 The integral calculus 的讲座,施瓦茨 在这些讲座上做的笔记至今仍然存在。他对几何学的兴趣很快就与 卡尔·魏尔斯特拉斯 的分析思想结合了起来。正如 Bölling 在 [3] 中所写:-

……来自几何考虑的想法被[施瓦茨]翻译成了分析的语言。

他继续在柏林学习,由 卡尔·魏尔斯特拉斯 指导,直到 1864 年获得博士学位。他的学位论文由 恩斯特·爱德华·库默尔 审查。

在柏林期间,施瓦茨研究极小曲面(面积最小的曲面),这是变分法的一个典型问题。约瑟夫·普拉托于1866年发表了一篇关于该主题的著名论文,同年卡尔·魏尔斯特拉斯在极小曲面理论与解析函数理论之间建立了桥梁。施瓦茨在1865年做出了重要贡献,他发现现在被称为施瓦茨极小曲面的曲面。这个极小曲面的边界由正四面体的四条棱组成。

施瓦茨继续在柏林学习以取得教师资格,并于1867年完成。那一年,他被任命为哈勒大学的Privatdozent。1869年,他被任命为苏黎世联邦理工学院的数学教授,然后,在1875年,他接受了哥廷根大学数学讲席的任命。

也许令人惊讶的是,在 施瓦茨 于 1892 年接替 卡尔·魏尔斯特拉斯 接受柏林的一个教授职位之后,德国数学最杰出的大学——毫无疑问曾是柏林——的优势开始向哥廷根转移。这有几个原因。首先,施瓦茨 在搬迁后未能保持其数学研究的产出。路德维希·比贝尔巴赫 在 [2] 中说得相当好,他写道 施瓦茨 于 1892 年退休回到柏林。情况如此,本不应让做出任命的人完全感到意外,因为 施瓦茨 已在 1890 年,也就是两年前,出版了他的全集。Boerner 在 [1] 中写道:-

……教学职责和对[施瓦茨的]许多学生的关心占据了他太多时间,以至于他此后发表的东西很少。一个促成因素可能是他倾向于以同样的彻底性处理重要和琐碎的事情,这一特点在他的数学论文中也很明显。

我们不应给人这样的印象:柏林从德国数学领先大学降为第二所大学,唯一原因是 施瓦茨。另一个影响是 菲利克斯·克莱因,他在哥廷根的充满活力的领导使哥廷根繁荣起来,而柏林则付出了代价,在那里 费迪南德·格奥尔格·弗罗贝尼乌斯 和 施瓦茨 无法提供同样富有灵感的做法。也许哥廷根超越柏林的最终标志出现在 1902 年,当时 费迪南德·格奥尔格·弗罗贝尼乌斯 和 施瓦茨 选择 大卫·希尔伯特 来继任因 拉扎勒斯·福克斯 去世而空缺的柏林讲席。大卫·希尔伯特 拒绝了这一邀请,宁愿留在哥廷根。柏林讲席随后由 弗里德里希·赫曼·肖特基 填补,但像他之前的 施瓦茨 一样,他是在数学研究的黄金时期已经过去之后才搬到柏林的。

施瓦茨在柏林继续任教直到1918年。我们稍后将描述他的一些非常出色的数学成就,但首先我们注意到他在数学之外还有几项兴趣,尽管他的婚姻是数学的,因为他娶了恩斯特·爱德华·库默尔的女儿。在数学之外,他是当地志愿消防队的队长,更令人惊讶的是,他协助当地火车站的站长关闭火车车门。

施瓦茨研究的一个重要领域是共形映射。1870年,他做出了与波恩哈德·黎曼映射定理相关的工作。尽管波恩哈德·黎曼已经给出了定理的证明,即平面上任何单连通区域都可以共形映射到圆盘上,但他的证明涉及使用约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷问题。卡尔·魏尔斯特拉斯已经表明约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷对此的解决方案并不严格,详情见[10]。施瓦茨给出了一种将多边形区域共形映射到圆的方法。然后,通过用多边形逼近任意单连通区域,他能够给出波恩哈德·黎曼映射定理的严格证明。施瓦茨还给出了求解约翰·彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷问题的交替方法,这很快成为标准技术。施瓦茨工作的这一方面在[10]中有详细考察。

他最重要的工作是为卡尔·魏尔斯特拉斯70岁生日所作的纪念文集。施瓦茨回答了给定极小曲面是否真的产生极小面积的问题。这项工作中的一个想法,即他使用逐次逼近构造了一个函数,引导埃米尔·皮卡给出了微分方程解的存在性证明。它还包含了现在称为“施瓦茨不等式”的积分不等式,详情见[9]。

施瓦茨竟然提出了现在称为奥古斯丁·路易·柯西-施瓦茨不等式(或奥古斯丁·路易·柯西-维克托·布尼亚科夫斯基-施瓦茨不等式)的一般结果的一个特例,这并不令人惊讶,因为他大部分工作的特点是研究相当具体和狭窄的问题,但使用具有极大普遍性的方法来解决它们,这些方法此后得到了广泛应用。他发现这样的一般方法,充分说明了他伟大的直觉,这也许基于对几何的深刻感受。

例如,奥古斯丁·路易·柯西-施瓦茨不等式在维克托·布尼亚科夫斯基奥古斯丁·路易·柯西赫尔曼·格拉斯曼冯·诺伊曼赫尔曼·外尔等数学家的著作中以算术、几何和函数论的形式出现。今天通常呈现该不等式的形式:

<x+my,x+my>0< x + my, x + my > ≥ 0

及其标准现代证明似乎最早由赫尔曼·外尔于1918年给出。

在回答卡尔·弗里德里希·高斯的超几何级数何时为代数函数这一问题时,施瓦茨像他多次做过的那样,发展出了一种将导向更一般结果的方法。正是在这项工作中,他定义了一个以圆弧为边的三角形到单位圆盘的共形映射,现在被称为“施瓦茨函数”。这个函数是自守函数的一个早期例子,在这项工作中,施瓦茨正在考察一些想法,这些想法引导菲利克斯·克莱因儒勒·昂利·庞加莱发展了自守函数理论。

让我们以引用Bölling [3]关于施瓦茨性格的论述作为结束。他写道:-

施瓦茨深受卡尔·魏尔斯特拉斯的影响。从他们的通信中可以发现,施瓦茨常常以精确到最细微之处的态度称呼他的老师,有时几乎显得胆怯。施瓦茨的举止被描述为天真、戏剧化、粗鲁。尽管给人自信的印象,他实际上相当缺乏安全感,此外,在事务方面也不高效。

参考文献

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