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欧拉的想象力

已有 6297 次阅读 2009-4-7 14:17 |个人分类:数学故事|系统分类:科普集锦

对于欧拉,最令我难忘的是眼睛瞎了之后还能做数学,这是很难让人理解的,因为数学推导是要借助纸笔的,如果没有纸笔,前面算的后面就忘记了。而欧拉的心算能力极强,以至于可以抛开纸笔束缚,这当真是前无古人,后无来者!更为有趣的是,另外一个人,却有和欧拉异曲同工之处,就是贝多芬。贝多芬耳聋之后写出了命运交响曲。我也很难想象,一个人耳聋之后是如何写音乐的。因此,我总是怀疑上帝不小心将两个人弄混了,眼瞎之后更适合写音乐,因为听觉会比较敏锐,耳聋之后更适合做数学,因为不容易受外界干扰。偏偏这二位乾坤颠倒。
 
欧拉的工作当然是极多的,而给我印象深刻的是他对无穷级数的纯熟运用以及其超凡的想象力(关于其对无穷级数的运用,可参考其名著《无穷小分析》,里面有超多的级数)。下面我用一个例子来说明他的这两个强项。
Bernoulli对于级数1+1/2^2+1/3^2+1/4^2+...的和很感兴趣,可惜却不能计算出值。于是,他说:如果能有人告诉我这个级数的求和方法,我将十分感激。当然,我们今天知道,这个和是pi^2/6. 最初想到方法计算出该值的是欧拉,我们现在感兴趣的是当初他是如何想出这个方法的,从这个过程我们可以领略到欧拉天马行空般的想象力,不过很可惜,现在的教科书里边,似乎对这个过程很少提到。
 
用类似于证明韦达定理的方法,欧拉注意到,对于多项式
q(x)=a_0+a_1x+a_2x^2+...+a_{2n}x^{2n}
若其根以成对的形式出现,也就是其根为 (+/-)r_1,...,(+/-)r_n
则1/r_1^2+...+1/r_n^2=-a_2/a_0.
这个式子看着有点麻烦,其实是很容易通过多项式分解得到的。
 
将sinx/x展开成无穷级数
1-1/3!x^2+1/5!x^4-...
注意到 sinx/x的根为(+/-)pi, (+/-)2pi,(+/-)3pi.....
如果将sinx/x看成一个多项式,那么用上面的结论,得到
1/pi^2+1/(2pi)^2+1/(3pi)^2+...=-a_2/a_0=1/6
也就是
1+1/2^2+1/3^2+...=pi^2/6.
用这种不严格的方法,欧拉得到了结果。
我第一次看到这个想法的时候,惊讶了好久。在这里边,欧拉最重要的是将sinx看成了一个无穷次的多项式,所以所有关于多项式的结果都可以用一下。
虽然这个过程并不严格,但给人的震撼力,给人的启迪,远比严格的方法来的强烈!
 


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