约翰·卡尔·弗里德里希·高斯

人物生平

约翰·卡尔·弗里德里希·高斯（1777年4月30日—1855年2月23日），生于不伦瑞克，卒于哥廷根，哥廷根学派的先驱之一。

约翰·卡尔·弗里德里希·高斯的成就遍布于数学的各个领域，在内蕴几何、数论、双曲几何、微分几何、超几何级数、复分析以及椭圆分析等方面均有开创性贡献。他十分注重数学的应用，并且在对天文学、大地测量学和磁学的研究中也偏重于用数学方法进行研究。

约翰·卡尔·弗里德里希·高斯幼时家境贫困，但聪明异常，1792年，在当地公爵的资助下，不满15岁的高斯进入了卡罗琳学院学习。在那里，高斯开始对高等数学作研究。独立发现了二项式定理的一般形式、数论上的“二次互反法则”（Law of Quadratic Reciprocity）、“素数分布定理”（prime numer theorem）、及“算术几何平均”（arithmetic-geometric mean）。

1795年高斯进入哥廷根大学。1796年，19岁的高斯得到了一个数学史上极重要的结果，就是《正十七边形尺规作图之理论与方法》。1798年转入黑尔姆施泰特大学，翌年因证明代数基本定理获博士学位。1801年，高斯又证明了形如"Fermat素数"边数的正多边形可以由尺规作出。

从1807年起担任哥廷根大学教授兼哥廷根天文台台长。

1855年2月23日清晨，高斯于睡梦中去世。

个人生活

婚姻生活

高斯于公元1805年10月5日与来自不伦瑞克的Johanna Elisabeth Rosina Osthoff小姐(1780-1809)结婚。在公元1806年8月21日迎来了他生命中的第一个孩子乔瑟夫。此后，他又有两个孩子。Wilhelmine（1809－1840）和Louis（1809－1810）。

人物逝世

高斯非常信教且保守。他的父亲死于1808年4月14日。1809年10月11日，他的第一位妻子Johanna也离开人世。次年8月4日高斯迎娶第二位妻子Friederica Wilhelmine(1788－1831）。他们又有三个孩子：Eugen（1811－1896）、Wilhelm（1813－1883）和Therese（1816-1864）。1831年9月12日他的第二位妻子也死去，1837年高斯开始学习俄语。1839年4月18日，他的母亲在哥廷根逝世，享年95岁。高斯于1855年2月23日凌晨1点在哥廷根去世。

个人作品

主要成就

几何

17岁的高斯发现了质数分布定理和最小二乘法。通过对足够多的测量数据的处理后，可以得到一个新的、概率性质的测量结果。在这些基础之上，高斯随后专注于曲面与曲线的计算，并成功得到高斯钟形曲线(正态分布曲线)。其函数被命名为标准正态分布（或高斯分布），并在概率计算中大量使用。

在小约翰19岁时，仅用没有刻度的尺子与圆规便构造出了整个17边形。并为流传了2000年的欧氏几何提供了自古希腊时代以来的第一次重要补充。

非欧几何是小约翰的又一重大发现。有关的思想最早可以追溯到1792年，即小约翰15岁那年。那时他已经意识到除欧氏几何外还存在着一个无逻辑矛盾的几何，其中欧氏几何的平行公设不成立。1799年他开始重视开发新几何学的内容，并在1813年左右形成较完整的思想。小约翰深信非欧几何在逻辑上相容并确认其具有可应用性。虽然小约翰生前没有发表

数论

1801年发表的《Disquisitiones Arithmeticae》是数学史上为数不多的经典著作之一，它开辟了数论研究的全新时代。在这本书中，小约翰不仅把19世纪以前数论中的一系列孤立的结果予以系统的整理，给出了标准记号的和完整的体系，而且详细地阐述了他自己的成果，其中主要是同余理论、剩余理论以及型的理论。同余概念最早是由L.欧拉提出的，小约翰则首次引进了同余的记号并系统而又深入地阐述了同余式的理论，包括定义相同模的同余式运算、多项式同余式的基本定理的证明、对幂以及多项式的同余式的处理。19世纪20年代，他再次发展同余式理论，着重研究了可应用于高次同余式的互反法则，继二次剩余之后，得出了三次和双二次剩余理论。此后，为了使这一理论更趋简单，他将复数引入数论，从而开创了数数理论。小约翰系统化并扩展了型的理论。他给出型的等价定义和一系列关于型的等价定理，研究了型的复合（乘积）以及关于二次型和三次型的处理方法。1830年，小约翰对型和型类所给出的几何表示，标志着数的几何理论发展的开端。在《Disquisitiones Arithmeticae》中他还进一步发展了分圆理论，把分圆问题归结为解二项方程的问题，并建立起二项方程的理论。后来N.H.阿贝尔按小约翰对二项方程的处理，着手探讨了高次方程的可解性问题。

小约翰在计算的谷神星轨迹时总结了复数的应用，并且严格证明了每一个n阶的代数方程必有n个复数解。在他的第一本著名的著作《数论》中，作出了二次互反法则的证明，成为数论继续发展的重要基础。在这部著作的第一章，导出了三角形全等定理的概念。

代数

小约翰在代数方面的代表性成就是他对代数基本定理的证明。小约翰的方法不是去计算一个根，而是证明它的存在。这个方式开创了探讨数学中整个存在性问题的新途径。他曾先后四次给出这个定理的证明，在这些证明中应用了复数，并且合理地给出了复数及其代数运算的几何表示，这不仅有效地巩固了复数的地位，而且使单复变函数的理论的建立更为直观、合理。

分析

在变分析析方面，小约翰提出了不少单复变函数的基本概念，著名的柯西积分定理（复变函数沿不包括奇点的闭曲线上的积分为零），也是小约翰在1811年首先提出并加以应用的。复函数在数论中的深入应用，又使小约翰发现椭圆函数的双周期性，开创椭圆积分这一重大的领域；但与双曲几何一样，关于椭圆函数他生前未发表任何文章。

1812年，小约翰发表了在分析方面的重要论文《无穷级数的一般研究》，其中引入了高斯级数的概念。他除了证明这些级数的性质外，还通过对它们敛散性的讨论，开创了关于级数敛散性的研究。

18岁的小约翰发现了素数分布定理和最小二乘法。通过对足够多的测量数据的处理后，可以得到一个新的、概率性质的测量结果。在这些基础之上，小约翰随后专注于曲面与曲线的计算，并成功得到高斯钟形曲线（正态分布曲线）。其函数被命名为标准正态分布（或高斯分布），并在概率计算中大量使用。

天体运动论

小约翰在他的建立在最小二乘法基础上的测量平差理论的帮助下，计算出天体的运行轨迹。并用这种方法，发现了谷神星的运行轨迹。谷神星于1801年由意大利天文学家皮亚齐发现，但他因病耽误了观测，失去了这颗小行星的轨迹。皮亚齐以希腊神话中“丰收女神”（Ceres）来命名它，即谷神星（Planetoiden Ceres），并将以前观测的位置发表出来，希望全球的天文学家一起寻找。当时，24岁的小约翰得悉后，只花了几个星期，通过以前的三次观测数据，用他的最小二乘法得到了谷神星的椭圆轨道，计算出了谷神星的运行轨迹。尽管两年前小约翰就因证明了代数基本定理获得博士学位，同年出版了他的经典著作《算术研究》，但还是谷神星的轨道使他一举名震科坛。奥地利天文学家 Heinrich Olbers在小约翰的计算出的轨道上成功发现了这颗小行星。从此小约翰名扬天下。小约翰将这种方法著述在著作《天体运动论》（Theoria Motus Corporum Coelestium in sectionibus conicis solem ambientium）中。

后世纪念

学校方面

下萨克森州和哥廷根大学图书馆已经将高斯的全部著作数位化，并放置于互联网上。

钱币方面

高斯的肖像曾被印刷在从1989年至2001年流通的10元德国马克纸币上。

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