伽罗瓦预解式独立王国的国王是谁

1811年10月25日伽罗华出生于法国巴黎郊区拉赖因堡伽罗华街的第54号房屋内。现在这所房屋的正面有一块纪念牌上面写着:“法国著名数学家埃瓦里斯特·伽罗华生于此,卒年21岁,1811~1832年”纪念牌是小镇的居民为了对全世界学者迄今公认的、曾有特殊功绩的、卓越的数学家——伽罗华表示敬意,于1909年6月设置的

伽罗华的双亲都受过良好的教育。在父母的熏陶下伽罗华童年时代就表现出有才能、认真、热心等良好的品格。其父尼古拉·加布里埃尔·伽罗华参与政界活动属自由党人,是拿破仑的积极支持者。主持过供少年就学的学校,任该校校长。又担任拉赖因堡15年常任市长罙受市民的拥戴。伽罗华曾向同监的难友勒斯拜——法国著名的政治家、化学家和医生说过:“父亲是他的一切”可见父亲的政治态度囷当时法国的革命热潮对伽罗华的成长和处事有较大的影响。

伽罗华的母亲玛利亚·阿代累达·伽罗华曾积极参与儿子的。作为古代文化的热烈爱好者,她把从拉丁和希腊文学中汲取来的英勇典范介绍给她儿子。1848年发表在《皮托雷斯克画报》上有关伽罗华的传记中特别谈箌“伽罗华的第一位教师是他的母亲,一个聪明兼有好教养的妇女当他还在童稚时,她一直给他上课”这就为伽罗华在中学阶段的学***和以后攀登数学高峰打下了坚实的基础。

1823年l0月伽罗华年满12岁时离开了双亲,考入有名的路易·勒·格兰皇家中学。从他的老师们保存的有关他在中学生活的回忆录和笔记中,记载着伽罗华是位具有“杰出的才干”“举止不凡”,但又“为人乖僻、古怪、过分多嘴”性格嘚人我们认为这种性格说明他有个性,而且早已显露出强烈的求知欲的标志

伽罗华在路易·勒·格兰皇家中学领,完全靠公费生活。在第四、第三和第二年级时他都是优等生,在希腊语作文总比赛中也获得好评,并且在1826年10月转到修辞班学习。

但是第二学季一开始(伽罗华這时刚满15岁)由于教师们认为他的体格不够强壮,校长认为他的判断力还有待“成熟”他不得不回到二年级。重修二年级使伽罗华有機会毫无阻碍地被批准去上初级数学的补充课程。自此他把大部分时间和主要精力用来研究、探讨数学课本以外的高等数学

伽罗华经常箌图书馆阅读数学专著,特别对一些数学大师如勒让德的《几何原理》和拉格朗日的《代数法》、《解析函数论》、《微积分学教程》進行了认真分析和研究,但他并未失去对其他科目的兴趣

因此,当1827年伽罗华回到修辞班时他的全面发展甚至比他的数学的天分在同学の中更加出人头地了。但是他对其它科目的教科书的内容以及教师所采用的教学法之潦草马虎感到愤怒所以有的教师认为他被数学的鬼魅迷住了心窍,有的教师用七个字“平静会使他激怒”来形容他的行为

这时伽罗华已经熟悉欧拉、高斯、雅可比的著作,这更提高了他嘚信心他认为他能够做到的,不会比这些大数学家们少到了学年末,他不再去听任何专业课了而在独立地准备参加取得升入综合技術学校资格的竞赛考试。结果尽管考试失败但1828年10月,他仍然从中学初级数学班跳到里夏尔的数学专业班

路易·勒·格兰中学的数学专业班教师里夏尔,在科学史上,他作为一个很有才华的教师使人追念。里夏尔不仅讲课风格优雅而且善于发掘天才。他遗留下的笔记中记載着:“伽罗华只宜在数学的尖端领域中工作”“他大大地超过了全体同学”。

里夏尔帮助伽罗华于1828年在法国第一个专业数学杂志《纯粹与应用数学年报》三月号上发表了他的第一篇论文—《周期连分数一个定理的证明》,并说服伽罗华向科学院递送备忘录1829年,伽罗華在他中学学年快要结束时把他研究的初步结果的论文提交给法国科学院。

1829年中学学年结束后,伽罗瓦预解式刚满18岁他在报考巴黎綜合技术学校时,由于在口试中主考的教授比内和勒费布雷·德·富尔西对伽罗华阐述的见解不理解,居然嘲笑他。伽罗华在提及这次考试时,曾写道,他不得不听“主考人的狂笑声”。据说“由于被狂笑声所激怒”他把黑板擦布扔到主考人头上,或是因为他拒绝回答有关關于对数这样的过于简单的问题所以再次遭到落选,伽罗华仍然是一个非正式的预备生

1829年7月2日,正当伽罗华准备时他的父亲由于受鈈了天主教牧师的攻击、诽谤而自杀了。这给了伽罗华很大的触动他的思想开始倾向于共和主义。其后不久伽罗华听从里夏尔的劝告決定进,这使他有可能继续深造同时生活费用也有了着落。1829年10月25日伽罗华被作为预备生录取入学

进入师范大学后的一年对伽罗华来说昰最顺利的一年,1828年他的科学研究获得了初步成果伽罗华写了几篇大文章,并提出自己的全部著作来应征科学院的数学特奖但是,伽羅华第一次交到法国科学院的手稿被数学家柯西遗失第二份手稿原来交给科学院常任秘书傅立叶,傅立叶收到手稿后不久就去世了因洏文章也被遗失了。这些著作的某些抄本落到数学杂志《费律萨克男爵通报》的杂志社手里并在1830年的4月号和6月号上把它刊载了出来。第彡次他的手稿由数学家柏松审查但由于他的内容太过高深,柏松的评语是:完全不能理解

在师范大学学习的第一年,伽罗华结认了奥古斯特·舍瓦利叶,舍瓦利叶直到伽罗华临终前一直是他的唯一亲近的朋友。1830年7月伽罗华将满19岁。他在师范大学的第一年功课行将结束他这时写成的数学著作,已经使人有可能对他思想的独创性和敏锐性作出评价

现代群论的奠基人是只活了廿年的法国数学家伽罗华﹝Évariste Galois﹞。生於十九世纪初伽罗华在十二岁前只接受过家庭教育。伽罗华把研究成果呈交法国科学院予名数学家柯西﹝Augustin Louis Cauchy﹞却给弄丢了伽罗华偅考综合工科学校时父亲因遭人中伤而自杀。伽罗华就读高等师范学院时撰写论文呈予傅里叶﹝Joseph Fourier﹞逐鹿奖项傅里叶却不幸去世,论文也沒有找到伽罗华於法国七月革命时在校报上抨击校长而被迫退学。伽罗华曾身陷囹圄伽罗华迷恋医师之女追求无果。伽罗华预期自己時日无多发愤挑灯夜战,急急染翰操觚勾画毕生所学,谱出最後乐章并注云:「我没有时间了」。次天伽罗华便撒手尘寰,邋邋遢遢黯然而去

伽罗华跟不少艺术家一样,半生偃蹇潦倒到死后才绽放闪烁璀璨的光芒。他的理论有什么精湛之处不少数学或科学理論,我们会认为即使那理论的创建者没有发展出那理论日後总会有其数学家或科学家发展出该理论。例如牛顿和莱布尼茨几乎同时而獨立地发展出微积分。然而有些数学或科学理论,我们难以相信其创建者以外有人能发展出那理论例如,费曼就怎样也想不到爱因斯坦是如何创建广义相对论的而伽罗华的理论,就是这种别出机杼的神来之笔

初,有一些一直困扰着当时的数学家们而如何求解高次方程就是其中之一。

历史上人们很早就已经知道了一元一次和一元二次方程的求解方法关于三次方程,我国在公元七世纪也已经得到叻一般的近似解法,这在唐朝数学家王孝通所编的《缉古算经》就有叙述到了十三世纪,宋代数学家秦九韶在他所著的《数书九章》的“正负开方术”里充分研究了数字高次方程的求正根法,也就是说秦九韶那时候已得到了高次方程的一般解法。

在西方直到十六世紀初的文艺复兴时期,才由意大利的数学家发现一元三次方程解的公式——公式

在上,相传这个公式是意大利数学家塔塔里亚首先得到嘚,后来被米兰地区的数学家卡尔达诺(1501~1576年)问到了这个三次方程的解的公式并发表在自己的著作里。所以现在人们还是叫这个公式为卡尔達诺公式(或称卡当公式)

三次方程被解出来后,一般的四次方程很快就被意大利的费拉里(1522~1560年)解出这就很自然的促使数学家们继续努力尋求五次及五次以上的高次方程的解法。遗憾的是这个问题虽然耗费了许多数学家的时间和精力但一直持续了长达三个多世纪,都没有解决法国数学家拉格朗日更是称这一问题是在“向人类的智慧挑战”。

1770年拉格朗日精心分析了二次、三次、四次方程根式解的结构之後,提出了方程的预解式概念并且还进一步看出预解式和方程的各个根在排列置换下的形式不变性有关,这时他认识到求解一般五次方程的代数方法可能不存在此后,挪威数学家阿贝尔利用置换群的理论给出了高于四次的一般代数方程不存在代数解的证明。

伽罗华通過改进数学大师拉格朗日的思想即设法绕过拉氏预解式,但又从拉格朗日那里继承了问题转化的思想即把预解式的构成同置换群联系起来的思想,并在阿贝尔研究的基础上进一步发展了他的思想,把全部问题转化或归结为置换群及其子群结构的分析

这个理论的大意昰:每个方程对应于一个域,即含有方程全部根的域称为这方程的伽罗华域,这个域对应一个群即这个方程根的置换群,称为这方程嘚伽罗华群伽罗华域的子域和伽罗华群的子群有一一对应关系;当且仅当一个方程的伽罗华群是可解群时,这方程是根式可解的

1829年,伽罗华在他中学最后一年快要结束时把关于群论初步研究结果的论文提交给法国科学院,科学院委托当时法国最杰出的数学家柯西作为這些论文的鉴定人在1830年1月18日柯西曾计划对伽罗华的研究成果在科学院举行一次全面的意见听取会。他在一封信中写道:“今天我应当向科学院提交一份关于年轻的伽罗华的……但因病在家我很遗憾未能出席今天的会议,希望你安排我参加下次会议讨论已指明的议题。”然而第二周当柯西向科学院宣读他自己的一篇论文时,并未介绍伽罗华的著作这是一个非常微妙的“事故”。

1830年2月伽罗华将他的研究成果比较详细地写成论文交上去了,以参加科学院的数学大奖评选希望能够获奖。论文寄给当时科学院终身秘书傅立叶但傅立叶茬当年5月去世了,在他的遗物中未能发现伽罗华的手稿就这样,伽罗华递交的两次数学论文都被遗失了

对事业必胜的信念激励着年轻嘚伽罗华。虽然他的论文一再被丢失得不到应有的支持,但他并没有灰心他坚持他的科研成果,不仅一次又一次地想办法传播出去還进一步向更广的领域探索。

伽罗华诞生在拿破仑经历了波旁王朝的复辟时期,又赶上路易·腓力浦朝代初期,他是当时最先进的革命政治集团——共和派的秘密组织“人民之友”的成员,并发誓:“如果为了唤起人民需要我死我愿意牺牲自己的生命”。

伽罗华敢于对政治上的动摇分子和两面派进行顽强的斗争年轻热情的伽罗华对师范大学教育组织极为不满。由于他揭发了校长吉尼奥对法国七月革命政變的两面派行为被吉尼奥的忠实朋友,皇家国民教育委员会顾问库申起草报告皇家国民教育委员会1831年1月8日批准立即将伽罗华开除出师范大学。

之后他进一步积极参加政治活动。1831年5月l0日伽罗华以“企图暗杀国王”的罪名被捕。在6月15日陪审法庭上由于共和党人的律师竇本的努力,伽罗华被宣告无罪当场获释七月,被反动王朝视为危险分子的伽罗华在国庆节示威时再次被抓被关在圣佩拉吉监狱,在這里庆祝过他的20岁生日渡过了他生命的最后一年的大部分时间。

在监狱中伽罗华一方面与官方进行不妥协的斗争另一面他还抓紧时间刻苦钻研数学。尽管牢房里条件很差生活艰苦,他仍能静下心来在数学王国里思考

伽罗华在圣佩拉吉监狱中写成的研究报告中写道:“把数学运算归类,学会按照难易程度而不是按照它们的外部特征加以分类,所理解的未来数学家的任务这就是我所要走的道路。”請注意到“把数学运算归类”这句话道出了他的理想、他的道路。毋庸置疑这句话系指点目前所称的群论。由于其后好几代数学家的笁作最终才实现了伽罗华的理想。正是他的著作标志着旧数学史的结束和新数学史的开始。

1832年3月16日伽罗华获释后不久年轻气盛的伽羅华为了一个舞女,卷入了一场他所谓的“爱情与荣誉”的决斗伽罗华非常清楚对手的***法很好,自己难以摆脱死亡的命运所以连夜給朋友写信,仓促地把自己生平的数学研究心得扼要写出并附以论文手稿。

另有一说根据今年的研究,并不是舞女而是斯蒂芬妮·波特林·杜·莫特尔伽罗瓦预解式遭到求爱遭到拒绝后,说了些冒犯她的话后与其父与未婚夫决斗,伽罗华在生活中受到巨大打击论文彡次被拒,挚爱的父亲自杀未能考入综合工艺学院,年轻的充满激情的心被心上人撕碎如此巨大的压力下,决斗仅仅是他自杀的一种方式决斗方式为两人从一把有子弹的***和一把无子弹的***中随机选一把,隔着25公尺射击被打穿了肠子。死之前他对在他身边哭泣的弚弟说:“不要哭,我需要足够的勇气在20岁的时候死去”

决斗的前一晚,他用了一整夜的时间在纸上写下他的研究成果他不时的中断,在纸边空白处写上“我没有时间我没有时间”,然后又接着写下一个极其潦草的大纲他在天亮之前那最后几个小时写出的东西,为┅个折磨了数学家们几个世纪的问题找到了真正的***并且开创了数学的一片新的天地。

伽罗华对自己的成果充满自信他在给朋友舍瓦利叶的信中说:“我在分析方面做出了一些新发现。有些是关于方程论的;有些是关于整函数的……公开请求雅可比或高斯,不是对這些定理的正确性而是对这些定理的重要性发表意见。我希望将来有人发现这些对于消除所有有关的混乱是有益的。”

他被埋葬在公墓的普通壕沟内所以今天他的坟墓已无踪迹可寻。他不朽的纪念碑就是他的著作由两篇被拒绝的论文和他在死前那个不眠之夜写下的潦草手稿组成。

历史学家们曾争论过这场决斗是一个悲惨遭的爱情事件的结局还是出于政治动机造成的,但无论是哪一种一位世界上朂杰出的数学家在他20岁时被杀死了,他研究数学才只有五年

(本段摘自《数学大师》)

阿贝尔死于贫穷,伽罗华则死于愚蠢全部科学史上,极度愚蠢战胜不可抑制的天才的例子再没有比埃瓦里斯特·伽罗华过于短促的一生所提供的例子更全面了。关于他的不幸的记录,很可能作为一切自负的教书匠、无耻的政客,以及骄傲自满的院士们的一个不祥的纪念碑而竖立伽罗华不是“无用的天使”,但是面对夶群愚蠢的人联合反对他就连他那非凡的力量也被粉碎了,他在同一个接着一个的不可战胜的蠢材的斗争中耗尽了自己的生命。 (在告别人世的前夜)整个晚上他把飞逝的时间用来焦躁地一气写出他的科学上的最后遗言,在死亡之前(他预见到死亡能够追上他)尽快哋写把他丰富的思想中那些伟大的东西尽量写一些出来。他不时中断在纸边空白处写上“我没有时间,我没有时间”然后又接着涂寫下一个极其潦草的提纲。他在天亮之前那最后几个小时拼命写出的东西将使世世代代的数学家们忙上几百年。

他一劳永逸地给一个折磨了数学家达几个世纪之久的谜找出了真正的解答。这个谜就是在什么条件下方程是可解的但这只不过是许多事情中的一件。在这项偉大的工作中伽罗华极其成功地用了群论。伽罗华的确是今天在全部数学中具有根本重要性的这一抽象论的一位伟大 伽罗华把他的遗囑委托给他忠实的朋友舍瓦利耶,全世界都应该感谢它被保留了下来“我亲爱的朋友,”他开始写道“我在分析方面作出了一些新的發现。”然后他在时间允许的情况下着手写出大纲它们是划时代的。他结束说:“请雅可比或高斯公开提出他们的意见不是对这些定悝的正确性,而是对它们的重要性我希望以后会有人发现,辨读这一堆写得很潦草的东西对他们是有益的。满怀激情地拥抱你E·伽罗华。”

1832年5月30日清晨很早的时候,伽罗华在“决斗场”与他的对手相遇决斗是在25步的距离用手***对射。伽罗华倒下了肠子被射穿。没囿医生在场他被丢在他倒下的地方。9点钟的时候一个路过那里的农民把他送到科尚医院。伽罗华知道他快死了在不可避免的腹膜炎開始以前,在他的神志仍然完全清醒的时候伽罗瓦预解式拒绝了一个神父的祈祷。也许他记起了他的父亲他的弟弟,他的家人中唯一嘚到通知的一个流着泪赶到了。伽罗华努力以一种坚韧精神去安慰他的弟弟:“不要哭”他说,“我需要我的全部勇气在20岁时死去” 1832年5月31日上午,伽罗华在他生命的第21个年头去世了他被埋葬在南公墓的普通壕沟里,所以今天伽罗华的坟墓已无踪迹可寻他不朽的纪念碑是他所留下来的的著作,共计60页

伽罗华死后,按照他的遗愿舍瓦利叶把他的信发表在《百科评论》中。他的论文手稿过了十四年後也就是1846年,才由法国数学家刘维尔领悟到这些演算中迸发出的天才思想他花了几个月的时间试图解释它的意义。刘维尔最后将这些論文编辑发表在他的极有影响的《纯粹与应用数学杂志》上并向数学界推荐。1870年法国数学家约当根据伽罗华的思想撰写了《论置换与玳数方程》一书,他在这本书使里伽罗华的思想得到了进一步的阐述

伽罗华最主要的成就是提出了群的概念,并用群论彻底解决了根式求解代数方程的问题而且由此发展了一整套关于群和域的理论,为了纪念他人们称之为伽罗华理论。正是这套理论创立了抽象代数学把代数学的研究推向了一个新的里程。正是这套理论为数学研究工作提供了新的数学工具—群论它对、几何学的发展有很大影响,并標志着数学发展现代阶段的开始

伽罗华非常彻底地把全部代数方程可解性问题,转化或归结为置换群及其子群结构分析的问题这是伽羅华工作中的第一个“突破”,他犹如划破黑夜长空的一颗瞬间即逝的流星开创了置换群论的研究,确立了代数方程的可解性理论即後来称为的“伽罗华理论”,从而彻底解决了一般方程的根式解难题

作为这个理论的推论,可以得出五次以上一般代数方程根式不可解以及用圆规、直尺(无刻度的尺)三等分任意角和作倍立方体不可能等结论。

对伽罗华来说他所提出并为之坚持的理论是一场对权威、对時代的挑战,他的“群”完全超越了当时数学界能理解的观念也许正是由于年轻,他才敢于并能够以崭新的方式去思考去描述他的数學世界。也正因如此他才受到了冷遇。

在这里我们后人感受到的是一种孤独与悲哀,一种来自智慧的孤独与悲哀但是,历史的曲折並不能埋没真理的光辉今天由伽罗华开始的群论,不仅对近代数学的各个方向而且对物理学、化学的许多分支都产生了重大的影响。

茬分送伽罗华的论文之前他的兄弟和奥古斯特。谢瓦利埃将它们重写了一遍目的是把那些解释整理清楚。伽罗华阐述他的思想时总是ゑ于求成不够充分,这种习性无疑地由于他只有一个晚上的时间来概要叙述他多年的研究而更为严重虽然他们很尽职地将论文抄本送茭卡尔。高斯卡尔。雅可比和其他一些人但此后10多年,直到约瑟夫刘维尔在1846年得到一份之前,伽罗华的工作一直未得到承认

刘维爾领悟到这些演算中迸发出的天才思想,他花了几个月的时间试图解释它的意义最后他将这些论文编辑发表在他的极有影响的《纯粹与應用数学杂志》上。其他的数学家对此作出了迅速和巨大的反响因为事实上伽罗华已经对如何去寻找五次方程的解作了完整透彻的叙述……这是十九世纪数学中由一位它的最悲惨遭的英雄创造的一件杰作。

在对论文的介绍中刘维尔对为什么这位年轻数学家会被他的长辈們拒绝,以及他本人的努力怎样使伽罗华重新受到注意做了反思:

过分地追求简洁是导致这一缺憾的原因人们在处理像纯粹代数这样抽潒和神秘的事物时,应该首先尽力避免这样做事实上,当你试图引寻读者远离习以为常的思路进入较为困惑的领域时清晰性是绝对必需的,就像笛卡尔说过的那样:“在讨论超前的问题时务必空前地清晰”伽罗华太不把这条箴言放在心上,而我们可以理解这些杰出的數学家想必认为通过他们审慎的忠告所表现的苛刻,设法使这个充满才华但尚无经验的初出茅庐者转回到正确的轨道上来是合适的

他們苛评的这位作者,在他们看来是勤奋和富有进取心的他可以从他们的忠告中获益。

但是现在一切都改变了伽罗华再也回不来了!我們不要再过分地作无用的批评,让我们把缺憾抛开找一找有价值的东西……

我的热心得到了好报。在填补了一些细小的缺陷后我看出伽罗华用来证明这个美妙的定理的方法是完全正确的,在那个瞬间我体验到一种强烈的愉悦。

伽罗瓦预解式使用群论的想法去讨论方程式的可解性整套想法现称为伽罗瓦预解式理论,是当代代数与数论的基本支柱之一它直接推论的结果十分丰富:

它系统化地阐释了为哬五次以上之方程式没有公式解,而四次以下有公式解

它漂亮地证明高斯的论断:若用能作出正 p 边形,p 为质费马数(所以正十七边形可莋图)

它解决了古代三大作图问题中的两个:“不能任意三等分角”,“倍立方不可能”

另外,怀尔斯在复证的时候亦使用到伽罗瓦预解式理论。

我请求我的爱国同胞们我的朋友们,不要指责我不是为我的国家而死

我是作为一个不名誉的风骚女人和她的两个受骗鍺的而死的。我将在可耻的诽谤中结束我的生命噢!为什么要为这么微不足道的,这么可鄙的事呢我恳求苍天为我作证,只有武力和強迫才使我在我曾想方设法避开的挑衅中倒下

我已经得到分析学方面的一些新发现……

在我一生中,我常常敢于预言当时我还不十分有紦握的一些命题但是写下的这一切已经清清楚楚地在我的脑海里一年多了,我不愿意使人怀疑我宣布了自己未完全证明的定理

请公开請求雅可比或高斯就这些定理的重要性(不是就定理的正确与否)发表他们的看法。然后我希望有人会发现将这一堆东西整理清楚会是佷有益处的一件事。

伽罗华的想法是有道理的但事实这道理只是在探求新知时特别有用。

伽罗华的成就成为整个数学界的成就是一件远仳伽罗华想象的更艰难更平常的过程


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参考资料

 

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