Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Иоганн Петер Густав Лежен Дирихле ( немецкий: [ləˈʒœn diʀiˈkleː] ; [1] 13 февраля 1805 г. - 5 мая 1859 г.) был немецким математиком, который внес глубокий вклад в теорию чисел (включая создание области аналитической теории чисел ) и в теорию из рядов Фурье и другие темы в математическом анализе ; ему приписывают то, что он был одним из первых математиков, давших современное формальное определение функции .

Хотя его фамилия - Лежен Дирихле, его обычно называют просто Дирихле, в частности, из-за результатов, названных в его честь.

Биография [ править ]

Ранняя жизнь (1805–1822) [ править ]

Густав Лежен Дирихле родился 13 февраля 1805 года в Дюрене , городке на левом берегу Рейна, который в то время входил в состав Первой Французской империи , а затем вернулся в Пруссию после Венского конгресса 1815 года. Его отец Иоганн Арнольд Лежен Дирихле был почтмейстером, купцом и членом городского совета. Его дед по отцовской линии приехал в Дюрен из Richelette (или, что более вероятно, Richelle ), небольшого поселения в 5 км к северо-востоку от Льежа в Бельгии , откуда его прозвали «Lejeune Dirichlet» (« le jeune de Richelette », по- французски «молодежь из Richelette »). [2]

Хотя его семья была небогатой, и он был младшим из семи детей, родители поддерживали его образование. Они записали его в начальную школу, а затем в частную школу в надежде, что позже он станет купцом. Молодой Дирихле, проявлявший большой интерес к математике до 12 лет, убедил родителей разрешить ему продолжить учебу. В 1817 году они отправили его в гимназию Бонна  [ де ] под присмотром Петра Йозефа Эльвенича , студента, которого знала его семья. В 1820 году Дирихле перешел в Иезуитскую гимназию в Кельне , где его уроки у Георга Ома.помог расширить его познания в математике. Год спустя он покинул гимназию только с аттестатом, так как его неспособность бегло говорить по- латыни помешала ему получить Abitur . [2]

Исследования в Париже (1822–1826 гг.) [ Править ]

Дирихле снова убедил своих родителей предоставить дополнительную финансовую поддержку его изучению математики, вопреки их желанию сделать карьеру юриста. Поскольку в то время в Германии было мало возможностей изучать высшую математику, и только Гаусс в Геттингенском университете был номинально профессором астрономии и в любом случае не любил преподавание, Дирихле решил поехать в Париж в мае 1822 года. Там он посещал занятия в Колледже. де Франс и в Парижском университете , изучая математику у Ашетт среди других, одновременно занимаясь частным изучением Disquisitiones Arithmeticae Гаусса, книгу, которую он держал под рукой всю свою жизнь. В 1823 году его порекомендовали генералу Максимилиану Фою , который нанял его в качестве частного репетитора, чтобы учить своих детей немецкому языку, и заработная плата наконец позволила Дирихле стать независимым от финансовой поддержки родителей. [3]

Его первое оригинальное исследование, включающее часть доказательства последней теоремы Ферма для случая n = 5, принесло ему немедленную известность, будучи первым достижением в теореме с момента собственного доказательства Ферма для случая n = 4 и доказательства Эйлера. для n = 3. Адриан-Мари Лежандр , один из рецензентов, вскоре завершил доказательство этого случая; Дирихле завершил свое собственное доказательство вскоре после Лежандра, а несколько лет спустя произвел полное доказательство для случая n = 14. [4] В июне 1825 г. он был приглашен прочитать лекцию о своем частичном доказательстве для случая n = 5 во Французской академии наук., исключительный подвиг для 20-летнего студента без ученой степени. [2] Его лекция в Академии также поставила Дирихле в тесный контакт с Фурье и Пуассоном , которые пробудили его интерес к теоретической физике , особенно к аналитической теории тепла Фурье .

Назад в Пруссию, Бреслау (1825–1828 гг.) [ Править ]

Поскольку генерал Фой умер в ноябре 1825 года и не смог найти оплачиваемую должность во Франции, Дирихле пришлось вернуться в Пруссию. Фурье и Пуассон познакомили его с Александром фон Гумбольдтом , которого призвали присоединиться ко двору короля Фридриха Вильгельма III . Гумбольдт, планируя превратить Берлин в центр науки и исследований, немедленно предложил свою помощь Дирихле, отправив письма в его пользу прусскому правительству и Прусской академии наук . Гумбольдт также получил рекомендательное письмо от Гаусса, который, прочитав свои мемуары о теореме Ферма, написал с необычайно высокой похвалой, что «Дирихле проявил превосходный талант». [5]При поддержке Гумбольдта и Гаусса Дирихле предложили должность преподавателя в университете Бреслау . Однако, поскольку он не защитил докторскую диссертацию, он представил свои мемуары по теореме Ферма в качестве диссертации в Боннский университет . Снова его незнание латыни сделало его неспособным провести необходимое публичное обсуждение его диссертации; после долгих обсуждений, университет решил обойти эту проблему путем присуждения ему звание почетного доктора в феврале 1827 г. Кроме того , министр образования предоставил ему послабление для Латинского диспута , необходимого для абилитации . Дирихле получил степень бакалавра и читал лекции в 1827/28 году в качестве приват-доцента в Бреслау.. [2]

Находясь в Бреслау, Дирихле продолжил свои теоретические исследования чисел, опубликовав важные статьи о биквадратном законе взаимности, который в то время был центром исследований Гаусса. Александр фон Гумбольдт воспользовался этими новыми результатами, которые также вызвали восторженные похвалы от Фридриха Бесселя , чтобы организовать для него желаемый перевод в Берлин. Учитывая юный возраст Дирихле (тогда ему было 23 года), Гумбольдт смог получить его только на пробную должность в Прусской военной академии в Берлине, оставаясь номинально работающим в Университете Бреслау. Испытательный срок был продлен на три года, пока положение не стало окончательным в 1831 году.

Брак с Ребеккой Мендельсон [ править ]

Дирихле был женат в 1832 году на Ребеке Мендельсон . У них было двое детей, Уолтер (родился в 1833 году) и Флора (родился в 1845 году). Рисунок Вильгельма Хензеля , 1823 г.

После переезда Дирихле в Берлин Гумбольдт познакомил его с большими салонами банкира Абрахама Мендельсона Бартольди и его семьи. В их доме еженедельно собирались берлинские художники и ученые, в том числе дети Авраама Феликс и Фанни Мендельсон , выдающиеся музыканты, а также художник Вильгельм Хензель (муж Фанни). Дирихле проявлял большой интерес к дочери Авраама Ребекке, на которой он женился в 1832 году.

Ребека Генриетта Лежен Дирихле (урожденная Ребека Мендельсон; 11 апреля 1811 - 1 декабря 1858) была внучкой Мозеса Мендельсона и младшей сестрой Феликса Мендельсона и Фанни Мендельсон . [6] [7] Ребека родилась в Гамбурге . [8] В 1816 году родители устроили ей крещение, после чего она взяла имя Ребека Генриетта Мендельсон Бартольди. [9] Она стала частью знаменитого салона своих родителей, Авраама Мендельсона.и его жена Леа, имевшая социальные контакты с выдающимися музыкантами, художниками и учеными в очень творческий период интеллектуальной жизни Германии. В 1829 году она исполнила небольшую роль в премьере пьесы Феликса « Зингшпиль» « Die Heimkehr aus der Fremde» Феликса в доме Мендельсонов . Позже она написала:

Мои старший брат и сестра украли у меня репутацию художника. В любой другой семье я был бы высоко оценен как музыкант и, возможно, был бы руководителем группы. Рядом с Феликсом и Фанни я не мог рассчитывать ни на какое признание. [10]

В 1832 году она вышла замуж Дирихле.- , который был введен в семье Мендельсон по Александра фон Гумбольдта . [11] В 1833 году у них родился первый сын Уолтер. Она умерла в Геттингене в 1858. [ править ]

Берлин (1826–55) [ править ]

Как только он приехал в Берлин, Дирихле подал заявку на чтение лекций в Берлинском университете , и министр образования одобрил перевод и в 1831 году назначил его на философский факультет . Факультет потребовал от него пройти обновленную квалификацию хабилитации , и хотя Дирихле при необходимости написал хабилитационный диплом , он отложил чтение обязательной лекции на латыни еще на 20 лет, до 1851 года. преподавательский состав с неполными правами, включая ограниченное вознаграждение, вынуждая его одновременно оставаться преподавателем в военном училище. В 1832 году Дирихле стал членом Прусской академии наук., самому молодому участнику всего 27 лет. [2]

Дирихле пользовался хорошей репутацией среди студентов за ясность своих объяснений и любил преподавать, особенно потому, что его университетские лекции, как правило, были посвящены более сложным темам, в которых он проводил исследования: теории чисел (он был первым немецким профессором, прочитавшим лекции по теория чисел), анализ и математическая физика . Он был советником докторских диссертаций нескольких важных немецких математиков, таких как Готтхольд Эйзенштейн , Леопольд Кронекер , Рудольф Липшиц и Карл Вильгельм Борхардт , а также оказал влияние на математическое образование многих других ученых, включая Элвина Бруно Кристоффеля , Вильгельма Вебера , Эдуарда Гейне., Людвиг фон Зайдель и Юлиус Вайнгартен . В Военной академии Дирихле удалось ввести в учебную программу дифференциальное и интегральное исчисление , повысив там уровень научного образования. Однако постепенно он начал чувствовать, что его двойная преподавательская нагрузка, в Военной академии и в университете, ограничивала время, доступное для его исследований. [2]

Находясь в Берлине, Дирихле поддерживал контакты с другими математиками. В 1829 году во время поездки он встретил Карла Якоби , в то время профессора математики Кенигсбергского университета . Спустя годы они продолжали встречаться и переписываться по исследовательским вопросам, со временем став близкими друзьями. В 1839 году во время визита в Париж Дирихле познакомился с Жозефом Лиувиллем , два математика стали друзьями, поддерживали связь и даже посещали друг друга семьями несколько лет спустя. В 1839 году Якоби отправил Дирихле статью Эрнста Куммера., в то время учитель. Осознав потенциал Куммера, они помогли ему быть избранным в Берлинскую академию и в 1842 году получили для него должность профессора в Университете Бреслау. В 1840 году Куммер женился на Оттилии Мендельсон, двоюродной сестре Ребекки.

В 1843 году, когда Якоби заболел, Дирихле поехал в Кенигсберг, чтобы помочь ему, а затем заручился для него помощью личного врача короля Фридриха Вильгельма IV . Когда врач порекомендовал Якоби провести некоторое время в Италии, Дирихле присоединился к нему в поездке вместе с семьей. Их сопровождал в Италию Людвиг Шлефли , который приехал в качестве переводчика; поскольку он сильно интересовался математикой, и Дирихле, и Якоби читали ему лекции во время поездки, а позже он сам стал важным математиком. [2] Семья Дирихле продлила свое пребывание в Италии до 1845 года, там родилась их дочь Флора. В 1844 году Якоби переехал в Берлин в качестве королевского пенсионера, и их дружба стала еще более тесной. В 1846 году, когдаГейдельбергский университет пытался завербовать Дирихле, Якоби оказал фон Гумбольдту необходимую поддержку, чтобы получить удвоение зарплаты Дирихле в университете, чтобы он оставался в Берлине; однако даже тогда ему не платили полную профессорскую заработную плату, и он не мог покинуть Военную академию. [12]

Придерживаясь либеральных взглядов, Дирихле и его семья поддержали революцию 1848 года ; он даже охранял с ружьем дворец принца Прусского. После провала революции Военная академия временно закрылась, что привело к большой потере доходов. Когда он снова открылся, окружение стало к нему более враждебным, так как офицеры, которых он обучал, должны были быть лояльны по отношению к установленному правительству. Некоторые представители прессы, не поддержавшие революцию, указывали на него, а также на Якоби и других либеральных профессоров как на «красный контингент персонала». [2]

В 1849 году Дирихле вместе со своим другом Якоби участвовал в юбилее докторской степени Гаусса.

Геттинген (1855–59) [ править ]

Несмотря на опыт Дирихле и полученные им почести, и хотя к 1851 году он, наконец, выполнил все формальные требования для получения звания профессора, вопрос о повышении его зарплаты в университете все еще затягивался, и он все еще не мог покинуть Военную академию . В 1855 году, после смерти Гаусса, Геттингенский университет решил назвать Дирихле своим преемником. Учитывая трудности, с которыми столкнулся в Берлине, он решил принять предложение и немедленно переехал в Геттинген со своей семьей. Куммера призвали занять должность профессора математики в Берлине. [3]

Дирихле понравилось проводить время в Геттингене, так как более легкая учебная нагрузка дала ему больше времени для исследований, и он вошел в тесный контакт с новым поколением исследователей, особенно с Рихардом Дедекиндом и Бернхардом Риманом . После переезда в Геттинген он смог получить небольшую ежегодную стипендию для Римана, чтобы удержать его в преподавательском составе. Дедекинд, Риман, Мориц Кантор и Альфред Эннепер , хотя все они уже получили докторскую степень, посещали классы Дирихле, чтобы учиться у него. Дедекинд, считавший, что в его математическом образовании есть пробелы, считал, что возможность учиться у Дирихле сделала его «новым человеком». [2]Позже он отредактировал и опубликовал лекции Дирихле и другие результаты по теории чисел под названием Vorlesungen über Zahlentheorie ( Лекции по теории чисел ).

Летом 1858 года во время поездки в Монтрё у Дирихле случился сердечный приступ. 5 мая 1859 года он умер в Геттингене, через несколько месяцев после смерти своей жены Ребекки. [3] Мозг Дирихле хранится на кафедре физиологии Геттингенского университета вместе с мозгом Гаусса. [ сомнительно ] Академия в Берлине почтила его официальной мемориальной речью, произнесенной Куммером в 1860 году, а позже распорядилась опубликовать его собрание сочинений под редакцией Кронекера и Лазаруса Фукса .

Математические исследования [ править ]

Теория чисел [ править ]

Теория чисел была основным исследовательским интересом Дирихле [13], в этой области он обнаружил несколько глубоких результатов и для их доказательства ввел некоторые фундаментальные инструменты, многие из которых позже были названы его именем. В 1837 году он опубликовал теорему Дирихле об арифметических прогрессиях , используя концепции математического анализа для решения алгебраической проблемы и тем самым создав раздел аналитической теории чисел . При доказательстве теоремы он ввел характеры Дирихле и L-функции . [13] [14] Кроме того , в статье он отметил разницу между абсолютной и условной сходимости вряд и его влияние на то, что позже было названо теоремой о рядах Римана . В 1841 году, он обобщил свои арифметические прогрессии теоремы из целых чисел в кольцо из гауссовых чисел . [2]

В нескольких статьях в 1838 и 1839 годах он доказал формулу первого числа классов для квадратичных форм (позже уточненную его учеником Кронекером). Формула, которую Якоби назвал результатом, «затрагивающим всю человеческую хватку», открыла путь для аналогичных результатов в отношении более общих числовых полей . [2] На основании своего исследования структуры элементарной группы из квадратичных полей , он доказал теорему единичного Дирихля , фундаментальный результат в теории алгебраических чисел . [14]

Он впервые использовал принцип ячеек , основной аргумент счета, в доказательстве теоремы в диофантовом приближении , позже названной в его честь аппроксимационной теоремой Дирихле . Он опубликовал важные вклады в последнюю теорему Ферма , для которой он доказал случаи n  = 5 и n  = 14, а также в закон биквадратичной взаимности . [2] Проблема делителей Дирихле , для которой он нашел первые результаты, все еще остается нерешенной проблемой в теории чисел, несмотря на более поздние вклады других математиков.

Анализ [ править ]

Дирихле нашел и доказал условия сходимости разложения в ряд Фурье. На фото: первые четыре приближения ряда Фурье для прямоугольной волны .

Вдохновленный работой своего наставника в Париже, Дирихле опубликовал в 1829 году знаменитые мемуары, в которых приводятся условия , показывающие, для каких функций имеет место сходимость ряда Фурье . [15] До решения Дирихле не только Фурье, но также Пуассон и Коши безуспешно пытались найти строгое доказательство сходимости. В мемуарах указывается на ошибку Коши и вводится критерий Дирихле на сходимость рядов. Он также представил функцию Дирихле как пример функции, которая не интегрируется ( определенный интеграл в то время все еще развивалась), и в доказательстве теоремы для ряда Фурье ввелЯдро Дирихле и интеграл Дирихле . [16]

Дирихле также исследовал первую краевую задачу для уравнения Лапласа , доказав единственность решения; этот тип задач теории дифференциальных уравнений в частных производных позже был назван в его честь задачей Дирихле . Функция, удовлетворяющая уравнению в частных производных с граничными условиями Дирихле, должна иметь фиксированные значения на границе. [13] В доказательстве он особенно использовал принцип, согласно которому решение - это функция, которая минимизирует так называемую энергию Дирихле . Позже Риман назвал этот подход принципом Дирихле , хотя знал, что он также использовался Гауссом и лордом Кельвином .[2]

Введение современной концепции функции [ править ]

Пытаясь оценить диапазон функций, для которых может быть показана сходимость ряда Фурье, Дирихле определяет функцию с помощью свойства, что «любому x соответствует единственное конечное y », но затем ограничивает свое внимание кусочно-непрерывными функциями. На основании этого ему приписывают введение современной концепции функции, в отличие от более старого расплывчатого понимания функции как аналитической формулы. [2] Имре Лакатош цитирует Германа Ганкеля.как раннее происхождение этой атрибуции, но оспаривает утверждение, говоря, что «есть достаточно доказательств того, что он не имел представления об этой концепции [...], например, когда он обсуждает кусочно-непрерывные функции, он говорит, что в точках разрыва непрерывность функция имеет два значения ". [17]

Другие поля [ править ]

Дирихле также работал в области математической физики , читал лекции и публиковал исследования по теории потенциала (включая упомянутую выше проблему Дирихле и принцип Дирихле), теории тепла и гидродинамики . [13] Он усовершенствовал Лагранж работы «s на консервативных системах , показывая , что условие равновесия является то , что потенциальная энергия минимальна. [18]

Дирихле также читал лекции по теории вероятностей и наименьших квадратов , представляя некоторые оригинальные методы и результаты, в частности, для предельных теорем и усовершенствования метода аппроксимации Лапласа, связанного с центральной предельной теоремой . [19] Распределение Дирихле и процесс Дирихле , основанный на интеграле Дирихле , названы его именем.

Почести [ править ]

Дирихле был избран членом нескольких академий: [20]

  • Прусская академия наук (1832 г.)
  • Санкт-Петербургская Академия наук (1833) - член-корреспондент.
  • Геттингенская академия наук (1846)
  • Французская академия наук (1854) - иностранный член
  • Шведская королевская академия наук (1854 г.)
  • Королевская бельгийская академия наук (1855)
  • Королевское общество (1855) - иностранный член

В 1855 году Дирихле был награжден медалью гражданского класса ордена Pour le Mérite по рекомендации фон Гумбольдта. Кратер Дирихле на Луне и астероид 11665 Дирихле названы его именем.

Избранные публикации [ править ]

  • Лежен Дирихле, JPG (1889 г.). Л. Кронекер (ред.). Верке . 1 . Берлин: Реймер.
  • Лежен Дирихле, JPG (1897). Л. Кронекер, Л. Фукс (ред.). Верке . 2 . Берлин: Реймер.
  • Лежен Дирихле, JPG; Ричард Дедекинд (1863). Vorlesungen über Zahlentheorie . F. Vieweg und sohn.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Dudenredaktion (2015). Duden - Das Aussprachewörterbuch: Betonung und Aussprache von über 132,000 Wörtern und Namen [ Duden - Словарь произношения: акцент и произношение более 132 000 слов и имен ]. Duden - Deutsche Sprache in 12 Bänden (на немецком языке). 6 . 312. ISBN 978-3-411-91151-6.
  2. ^ Б с д е е г ч я J к л м н Elstrodt, Юрген (2007). «Жизнь и творчество Густава Лежена Дирихле (1805–1859)» (PDF) . Труды по математике из глины . Проверено 25 декабря 2007 года .
  3. ^ a b c Джеймс, Иоан Маккензи (2003). Выдающиеся математики: от Эйлера до фон Неймана . Издательство Кембриджского университета. С.  103–109 . ISBN 978-0-521-52094-2.
  4. ^ Кранц, Стивен (2011). Доказательство в пудинге: меняющаяся природа математического доказательства . Springer. С. 55–58. ISBN 978-0-387-48908-7.
  5. ^ Гольдштейн, Катерина; Кэтрин Гольдштейн; Норберт Шаппахер; Иоахим Швермер (2007). Формирование арифметики: по "Disquisitiones Arithmeticae" К. Ф. Гаусса . Springer. С. 204–208. ISBN 978-3-540-20441-1.
  6. ^ Мерсер-Тейлор, Питер Жизнь Мендельсона. Кембридж 2000 ISBN 978-0-521-63972-9 . 
  7. ^ Тодд, Р. Ларри Мендельсон: Жизнь в музыке. Oxford 2003 ISBN 978-0-19-511043-2 . 
  8. ^ Тодд 2003 , 28.
  9. Перейти ↑ Todd 2003 , 33.
  10. ^ цитируется в Mercer-Taylor 2000 , 66
  11. ^ Тодд 2003 , 192.
  12. ^ Calinger, Рональд (1996). Vita mathematica: исторические исследования и интеграция с обучением . Издательство Кембриджского университета. С. 156–159. ISBN 978-0-88385-097-8.
  13. ^ a b c d Гауэрс, Тимоти; Джун Барроу-Грин; Имре Лидер (2008). Партнер математики в Принстоне . Издательство Принстонского университета. С. 764–765. ISBN 978-0-691-11880-2.
  14. ^ a b Канемицу, Сигэру; Чаохуа Цзя (2002). Теоретико-числовые методы: тенденции будущего . Springer. С. 271–274. ISBN 978-1-4020-1080-4.
  15. ^ Lejeune Dirichlet (1829). « О сходимости тригонометрических рядов, которые служат для представления произвольной функции между заданными пределами». Journal für die reine und angewandte Mathematik . 4 : 157–169.
  16. ^ Bressoud, David M. (2007). Радикальный подход к реальному анализу . MAA. С. 218–227. ISBN 978-0-88385-747-2.
  17. Перейти ↑ Lakatos, Imre (1976). Доказательства и опровержения: логика математического открытия . Издательство Кембриджского университета. С.  151–152 . ISBN 978-0-521-29038-8.
  18. ^ Leine, Remco; Натан ван де Воу (2008). Устойчивость и сходимость механических систем с односторонними ограничениями . Springer. п. 6. ISBN 978-3-540-76974-3.
  19. Перейти ↑ Fischer, Hans (февраль 1994). «Вклад Дирихле в математическую теорию вероятностей». Historia Mathematica . Эльзевир. 21 (1): 39–63. DOI : 10.1006 / hmat.1994.1007 .
  20. ^ "Некрологи извещения умерших товарищей". Труды Лондонского королевского общества . Тейлор и Фрэнсис. 10 : xxxviii – xxxix. 1860. DOI : 10.1098 / rspl.1859.0002 . S2CID 186209363 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с Питером Густавом Леженом Дирихле на Викискладе?
  • О'Коннор, Джон Дж .; Робертсон, Эдмунд Ф. , "Питер Густав Лежен Дирихле" , архив истории математики MacTutor , Сент-Эндрюсский университет.
  • Эльстродт, Юрген (2007). «Жизнь и творчество Густава Лежена Дирихле (1805–1859)» (PDF) . Труды по математике из глины . Проверено 13 июня 2010 года .
  • Питер Густав Лежен Дирихле на проекте « Математическая генеалогия» .
  • Иоганн Петер Густав Лежен Дирихле - uvres complete - Gallica-Math