高斯的成就有哪些?

德国流传着一个关于天才少年的故事。据说一个三岁的孩子帮父亲纠正了贷款账目上的错误。这个天才少年就是后来被称为“数学王子”的高斯。

高斯是数学史上一个转折时期的重要代表,他的许多研究成果具有划时代的意义。

1777年4月30日,高斯出生在德国不伦瑞克的一个工匠家庭。小时候家里穷,他是被资助入学的。16岁进入哥廷根大学,后转到赫姆斯塔特大学,获得1799博士学位。从1807开始担任哥廷根大学教授、哥廷根天文台台长,直至去世。

被称为天才数学家的高斯,从小就表现出了巨大的数学天赋。上小学的时候,他在很短的时间内计算出了从1到100的自然数的和。他用的方法是将50对数求和,其和为101。同时结果是5050。如果这只是一个诡计,那么他在16岁的时候就预言了非欧几何的必然出现,还推导出了二项式定理的一般形式,发展了数学分析的理论,不得不承认他的天才智慧。

在进入哥廷根大学的同一年,高斯发现了素数分布定理和最小二乘法。随后他转向了曲面和曲线的计算,成功地得到了一条高斯钟形曲线,广泛应用于概率计算中。次年,17岁,他第一次用直尺构造了正17角,这是自古希腊以来欧几里得几何的第一次重要补充。

1807年,高斯成为哥廷根大学教授和当地天文台台长,于是开始涉足小行星研究。他用自己的三次观测确定了小行星轨道的计算方法,成功计算了谷神星和智慧星的轨道。此后,这种方法几乎被天文学界用于小行星轨道的计算。

从1818到1826,高斯领导了汉诺威公国的大地测量工作。通过采用测量平差和解线性方程组的方法,大大提高了测量精度。这期间,他白天测量,晚上计算。前五六年,他经历了上百万次的大地测量数据计算。后来,他转向了对测量数据的研究和计算,并由此推导出从椭圆到球面的投影公式。这些理论在今天仍有很大的应用价值。

在长期的测量中,他发明了太阳光反射器,可以把光束反射到450公里以外的地方。然而,为了利用太阳反射仪进行精确测量,需要解决表面与投影之间的理论关系。在此期间,高斯开始研究曲面和投影理论。这方面的研究成果为后来微分几何的创立奠定了基础。在非欧几何的研究中,他提出并证明了欧几何的平行公设在物理上不是必然的,因为他担心他同时代的人不能理解这个理论,这个理论最终没有发表。但后来的量子力学证明了他观点的正确性。

高斯在数学方面的成就非常广泛,在微分几何、非欧几何、超几何级数、数论和椭圆函数论等方面做出了开创性的贡献,并将数学方法引入天文学、大地测量学和磁学的研究中,取得了巨大的成就。1855年2月23日,79岁的高斯在哥廷根去世。为了纪念他,哥廷根大学的校园里建造了一座17的方形基座的高斯雕像。