數學王子高斯
文/林原宏(國立臺中教育大學數學教育學系教授)、李英(數學教育文教工作專任老師)
小朋友,你有聽過「白馬王子」(在白雪公主故事中)、「英國王子」(在英國王室)……,你知道有位「數學王子」嗎?他是誰?哪國人?誰給的封號?為什麼他可以被稱為「王子」?而且還是「數學」王子呢?他就是數學王子高斯(Carl Friedrich Gauss,1777~1855)。
生平
高斯出身平凡家庭,爸爸是位水泥工工頭,媽媽是位家庭主婦。這位出生在德國布倫瑞克(Brunswick)城的高斯,從小就顯現出數學天份。3歲時,某天,爸爸在計算其他工人的工資,小小高斯趴在旁邊看,告訴爸爸算錯了。爸爸心想:「你怎麼可能知道我有沒有算錯?你才三歲,又沒有上過學。」但高斯爸爸重新計算一次,發現真的有錯誤,驚奇覺得這孩子怎麼可能會算?
快速求出和
9歲時,某天上數學課,小學老師在黑板上出了一個計算題:
老師預期學生們一定是1+2=3,再算3+3=6,再算6+4=10,……,依此類推,一定要算很久。
沒想到,一會時間,高斯直接將「5050」這個答案寫在小黑板上交給老師。老師問他怎麼算的?
他說:「我將題目倒過來列一遍,
這樣上下加起來都是101。
會有100組101,因為加了兩遍,所以還要再除以2。
因此答案是5050。」
老師聽了高斯的解法非常的驚訝!還問:「是誰教你的?」
高斯說:「是我自己想的啊!」
小朋友,高斯的這個方法是不是很簡單又很厲害呀!
其他卓越成就
之後,老師交給高斯幾本高深的數學書讓他閱讀,並推薦高斯進入更高學府學習,同時也幫他找到費迪南公爵出錢資助他念書及生活上的費用。如果沒有公爵的幫忙,高斯可是無法心無旁鶩的專心做數學研究,他很有可能需要接手父親的工作,用勞力賺錢過生活。
高斯真的是位名符其實的數學王子,很年輕的時候就有很高的成就。11歲時,高斯就發現了二項式定理(x+y)n的一般展開式(小朋友,你們未來在國中會學到)。18歲時,他以尺規作圖法(沒有刻度的直尺+圓規),畫出了「圓內接正十七邊形」。這可是數學史上一個驚天動地的大事,怎麼說呢?因為從古希臘時期開始,歷經了二千多年,許多數學家都想用尺規做出此圖,但沒有一人成功。竟然被一位年輕人給做出來了,從此高斯就名滿天下了。
高斯不僅在數學領域有卓越成就,他還能利用天文學家三次觀察到的彗星數據,就計算出彗星的橢圓軌道,並預估下次彗星再次現身的位置,天文學家們按照高斯算出的位置觀察,還真的看到那顆彗星。一位沒有天文望遠鏡的數學家,純粹只用數學計算就能精準預測彗星出現的位置,你說強不強?為此德國為了避免高斯被俄國挖角,特地為他在哥廷根建立一座天文台,還聘高斯為第一任天文台台長呢!
高斯一生對數論、代數、統計、分析、微分幾何、矩陣理論、大地測量學、地磁學、天文學以及光學均有貢獻,以他名字「高斯」來命名的成果高達110個。1855年的2月23日清晨,高斯在睡夢中安詳過世,享年77歲。後人為了表彰高斯的對數學的偉大貢獻,特別鑄造了一個直徑7公分的紀念金章給高斯家族,紀念章的邊緣還用拉丁文刻著「Georgius V. rex Hannoverage Mathematicorum principi」 (「Hanover君主喬治五世向數學家王子致敬」),從此,後人就尊稱高斯為「數學王子」了。
小故事大哉問
小朋友,聽完以上故事,我們一起來討論看看下列問題:
- 小朋友,你覺得高斯是個天才兒童嗎?為什麼你這樣覺得?
- 高斯計算1+2+3+……+98+99+100=5050的方法你學會了嗎?請你用同樣的方法算出1+2+3+……+148+149+150=?
- 高斯是哪一國人?他為何被稱為「數學王子」?
- 你最喜歡高斯的哪個事蹟?為什麼?