在數(shù)學(xué)史上,相傳這個(gè)公式是意大利數(shù)學(xué)家塔塔里亞首先得,后來(lái)被米蘭地區(qū)的數(shù)學(xué)家卡爾達(dá)諾(1501~1576)騙到了這個(gè)三次方程的解的公式,并發(fā)表在自己的著作里。所以現(xiàn)在人們還是叫這個(gè)公式為卡爾達(dá)諾公式(或稱(chēng)卡當(dāng)公式),其實(shí),它應(yīng)該叫塔塔里亞公式。
三次方程被解出來(lái)后,一般的四次方程很快就被意大利的費(fèi)拉里(1522~1560)解出。這就很自然的促使數(shù)學(xué)家們繼續(xù)努力尋求五次及五次以上的高次方程的解法。遺憾的是這個(gè)問(wèn)題雖然耗費(fèi)了許多數(shù)學(xué)家的時(shí)間和精力,但一直持續(xù)了長(zhǎng)達(dá)三個(gè)多世紀(jì),都沒(méi)有解決。法國(guó)數(shù)學(xué)家拉格朗日更是稱(chēng)這一問(wèn)題是在“向人類(lèi)的智慧挑戰(zhàn)”。
1770年,拉格朗日精心分析了二次、三次、四次方程根式解的結(jié)構(gòu)之后,提出了方程的預(yù)解式概念,還進(jìn)一步看出預(yù)解式和方程的各個(gè)根在排列置換下的形式不變性有關(guān),這時(shí)他認(rèn)識(shí)到求解一般五次方程的代數(shù)方法可能不存在。此后,挪威數(shù)學(xué)家阿貝爾利用置換群的理論,給出了高于四次的一般代數(shù)方程不存在代數(shù)解的證明。
伽羅瓦通過(guò)改進(jìn)數(shù)學(xué)大師拉格朗日的思想,即設(shè)法繞過(guò)拉氏預(yù)解式,但又從拉格朗日那里繼承了問(wèn)題轉(zhuǎn)化的思想,即把預(yù)解式的構(gòu)成同置換群聯(lián)系起來(lái)的思想,并在阿貝爾研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步發(fā)展了他的思想,把全部問(wèn)題轉(zhuǎn)化或歸結(jié)為置換群及其子群結(jié)構(gòu)的分析。
這個(gè)理論的大意是:每個(gè)方程對(duì)應(yīng)于一個(gè)域,即含有方程全部根的域,稱(chēng)為這方程的伽羅華域,這個(gè)域?qū)?yīng)一個(gè)群,即這個(gè)方程根的置換群,稱(chēng)為這方程的伽羅華群。伽羅華域的子域和伽羅華群的子群有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系;當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)方程的伽羅華群是可解群時(shí),這方程是根式可解的。
1829年,伽羅華在他中學(xué)最后一年快要結(jié)束時(shí),把關(guān)于群論初步研究結(jié)果的論文提交給法國(guó)科學(xué)院,科學(xué)院委托當(dāng)時(shí)法國(guó)最杰出的數(shù)學(xué)家柯西作為這些論文的鑒定人。在1830年1月18日柯西曾計(jì)劃對(duì)伽羅華的研究成果在科學(xué)院舉行一次全面的意見(jiàn)聽(tīng)取會(huì)。他在一封信中寫(xiě)道:“今天我應(yīng)當(dāng)向科學(xué)院提交一份關(guān)于年輕的伽羅華的工作報(bào)告……但因病在家,我很遺憾未能出席今天的會(huì)議,希望你安排我參加下次會(huì)議,討論已指明的議題”。然而,第二周當(dāng)柯西向科學(xué)院宣讀他自己的一篇論文時(shí),并未介紹伽羅華的著作,這是一個(gè)非常微妙的“事故”。
1830年2月,伽羅華將他的研究成果比較詳細(xì)地寫(xiě)成論文交上去了,以參加科學(xué)院的數(shù)學(xué)大獎(jiǎng)評(píng)選,希望能夠獲獎(jiǎng)。論文寄給當(dāng)時(shí)科學(xué)院終身秘書(shū)傅立葉,但傅立葉在當(dāng)年5月去世了,在他的遺物中未能發(fā)現(xiàn)伽羅華的手稿。就這樣,伽羅華遞交的兩次數(shù)學(xué)論文都被遺失了。
1831年1月,伽羅華在尋求確定方程的可解性這個(gè)問(wèn)題上,又得到一個(gè)結(jié)論,他寫(xiě)成論文提交給法國(guó)科學(xué)院。這篇論文是伽羅華關(guān)于群論的重要著作,當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)審查的數(shù)學(xué)家泊阿松為理解這篇論文絞盡腦汁。傳說(shuō)泊阿松將這篇論文看了四個(gè)月,最后結(jié)論居然是“完全不能理解”。盡管借助于拉格朗日已證明的一個(gè)結(jié)果可以表明伽羅華所要證明的論斷是正確的,但最后他還是建議科學(xué)院否定它。
對(duì)事業(yè)必勝的信念激勵(lì)著年輕的伽羅華。雖然他的論文一再被丟失,得不到應(yīng)有的支持,但他并沒(méi)有灰心,他堅(jiān)持他的科研成果,一次又一次地想辦法傳播出去。
伽羅華死后,按照他的遺愿,舍瓦利葉把他的信發(fā)表在《百科評(píng)論》中。他的論文手稿過(guò)了十四年后,也就是1846年,才由法國(guó)數(shù)學(xué)家劉維爾領(lǐng)悟到這些演算中迸發(fā)出的天才思想,他花了幾個(gè)月的時(shí)間試圖解釋它的意義。劉維爾最后將這些論文編輯發(fā)表在他的極有影響的《純粹與應(yīng)用數(shù)學(xué)雜志》上,并向數(shù)學(xué)界推薦。1870年法國(guó)數(shù)學(xué)家約當(dāng)根據(jù)伽羅華的思想,寫(xiě)了《論置換與代數(shù)方程》一書(shū),在這本書(shū)里伽羅華的思想得到了進(jìn)一步的闡述。
伽羅華最主要的成就是提出了群的概念,并用群論徹底解決了根式求解代數(shù)方程的問(wèn)題,而且由此發(fā)展了一整套關(guān)于群和域的理論,為了紀(jì)念他,人們稱(chēng)之為伽羅華理論。正是這套理論創(chuàng)立了抽象代數(shù)學(xué),把代數(shù)學(xué)的研究推向了一個(gè)新的里程。正是這套理論為數(shù)學(xué)研究工作提供了新的數(shù)學(xué)工具—群論。它對(duì)數(shù)學(xué)分析、幾何學(xué)的發(fā)展有很大影響,并標(biāo)志著數(shù)學(xué)發(fā)展現(xiàn)代階段的開(kāi)始。
伽羅瓦非常徹底地把全部代數(shù)方程可解性問(wèn)題,轉(zhuǎn)化或歸結(jié)為置換群及其子群結(jié)構(gòu)分析的問(wèn)題。這是伽羅瓦工作中的第一個(gè)“突破”,他猶如劃破黑夜長(zhǎng)空的一顆瞬間即逝的慧星,開(kāi)創(chuàng)了置換群論的研究,確立了代數(shù)方程的可解性理論,即后來(lái)稱(chēng)為的“伽羅瓦理論”,從而徹底解決了一般方程的根式解難題。 作為這個(gè)理論的推論,可以得出五次以上一般代數(shù)方程根式不可解,以及用圓規(guī)、直尺(無(wú)刻度的尺)三等分任意角和作倍立方體不可能等結(jié)論。
對(duì)伽羅華來(lái)說(shuō),他所提出并為之堅(jiān)持的理論是一場(chǎng)對(duì)權(quán)威、對(duì)時(shí)代的挑戰(zhàn),他的“群”完全超越了當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)界能理解的觀念。也許正是由于年輕,他才敢于并能夠以嶄新的方式去思考,去描述他的數(shù)學(xué)世界。也正因如此,他才受到了冷遇。 這個(gè)故事告訴我們,發(fā)現(xiàn)真理是多么的不容易,而要堅(jiān)持真理需要多么大的勇氣。然而,歷史的曲折并不能埋沒(méi)真理的光輝。今天由伽羅華創(chuàng)立的群論,不僅對(duì)近代數(shù)學(xué)的各個(gè)方向,而且對(duì)物理學(xué)、化學(xué)的許多分支都產(chǎn)生了重大的影響。
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