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主题:[转贴] 卡丹与三次方程(四月)
发信人: KGB()
整理人: pigboy(1997-12-07 13:59:08), 站内信件

                       卡 丹 与 三 次 方 程

                               ·四月·


    图雅的文章中讲到,费厄用三次方程向方台纳挑战,方台纳大获全胜。象费
厄的老师费罗一样,方台纳发现了三次方程X^3+MX=N的解法后,把它当
作秘密武器,秘不示人。各地的信件象雪片一样飞来,向方台纳询问解法,但他
一概不理。时间久了,人们见他不肯开口,渐渐地来信少了。但是其中有一个人
,仍然一而再、再而三地来信,语气一次比一次恳切,最后说得方台纳也有些心
软了。这个人来自米兰,名叫卡丹(Girolamo Cardano)。从
此,故事出现了意想不到的转折。

    在继续讲三次方程的故事之前,这里有必要讲一讲卡丹其人。

    卡丹的一生很不平凡,可以算是跌宕起伏,波澜壮阔。他的出生就不一般:
卡丹的父母并不想要这个孩子,他们用尽了各种堕胎药,但始终没有奏效。卡丹
出生的时候又是难产,用他在自传中的话说,是“被硬生生地从母亲的子宫中拽
出来的”。呱呱坠地后又差点夭折,是医生用热酒给他从头到脚洗了一遍,才保
住了性命。

    出生就如此艰难,可以想像卡丹一辈子的身体状况都很差。一连七八夜失眠
是家常便饭,心脏、肾脏功能不良,还有大大小小的各种其他疾病。实际上他的
精神也不完全正常。他经常狠咬自己的嘴唇,狠扭手指或猛掐胳臂上的皮肤,直
到疼得流出眼泪。照他自己的说法,这样做是因为停下来时的感觉无比舒畅。

    健康状况不佳,并不是卡丹仅有的困难。他在帕多(Padua)大学读医
科,以优异成绩毕业,然而米兰地方政府却不发给他行医执照。很明显,他的古
怪性格是不发给他执照的一个主要原因。这段时间是卡丹一生中的一个低谷。于
是他只好搬到帕多附近的小城萨可(Sacco),在那里行医。一天夜里,他
梦见了一位白衣少女。而时隔不久,他就遇到一位姑娘,和梦中见到的一模一样
。卡丹非常相信梦的含义,所以很快就爱上了这位姑娘并和她结了婚。

    卡丹不仅相信梦,还相信占星术,相信可以通过雷雨来预测未来事件。他相
信自己有很多保护神,甚至在大庭广众之下和“保护神”说话。

    他的另一个爱好是赌博。他在自传中承认自己是个赌棍,天天都赌。好在他
同时利用自己这个坏习惯进行了科学研究,写了一本名叫《机会的游戏》(Bo
ok on Games of Chance)的书,在他死后发表了。这是
世界上第一本对概率论做严肃的数学探讨的书。

    卡丹在萨可从1526年住到了1532年。他感到在这个小城住下去实在
没有发展前途,就带着妻子和一个儿子搬回了米兰。当然,在米兰他依旧被禁止
行医。但是在这段时间,幸运之神终于开始向他微笑了。

    他举办了很多科普讲座,在贵族中以及在知识界都大受欢迎。他的许多著作
,从医学到宗教到数学,都获得了很大的成功。1536年,他发表了一篇揭露
意大利医学界种种弊端的文章,引起舆论轰动,从此他正式获得了行医的权利。
1539年米兰医学院聘用了卡丹,很快他就声名远播。在十六世纪中叶,卡丹
大概是欧洲最有名的一位医生,他所诊治的病人中有著名的红衣主教,甚至教皇。

    可惜好景不长,家庭悲剧接踵而至。1546年,卡丹的妻子去世,年仅3
1岁,给他留下两儿一女。卡丹对长子蹇巴蒂斯塔(Giambattista
)寄托了极大的希望。蹇巴蒂斯塔很聪明,继承了父亲在医学方面的天赋,在帕
维亚(Pavia)获得了医学学位。1557年,蹇巴蒂斯塔不顾父亲的反对
,和一个女人结了婚。事实证明这是一桩不和谐的婚姻。蹇巴蒂斯塔的妻子生育
了三个孩子,但是她说,没有一个是蹇巴蒂斯塔的。蹇巴蒂斯塔愤怒已极,用毒
药毒死了妻子。卡丹在儿子以谋杀罪被捕后,四方奔走求告,指望以自己的名望
为蹇巴蒂斯塔免去死罪,但终于无济于事,眼睁睁地看着爱子被送上了断头台。
祸不单行,不久他的小儿子也学了坏,沦为地痞,迫使卡丹几次亲自将他送进监
狱。

    1562年,卡丹离开米兰,接受了波隆纳(Bologna)大学的一个
医学职位。他带着蹇巴蒂斯塔的儿子法西奥(Fazio)赴任。法西奥并不是
他的亲孙子,但对老年的卡丹来说,这孩子给他带来了他的亲生子女所没能带来
的亲情。

    新的环境并没有给卡丹的生活带来安宁。当时意大利的教会正在极力反对欧
洲的基督教改革运动,对各种“异端邪说”的惩罚非常严厉。卡丹在1570年
被捕入狱,罪名之一是他曾写过一本书,书中介绍了一位反基督教的罗马皇帝。
令人惊讶的是,在朋友的努力下,卡丹不仅后来获释出狱,还去了罗马,接受了
由教皇亲自颁发的一份养老金。

    1576年9月20日,经历了一波三折、大起大落的一生,卡丹在平静中
去世。用现代人的眼光看来,卡丹的一生非常富有传奇性,又充满了自相矛盾。
他是个高产的作家,他的著作涵盖了很多方面的内容,有科学,也有非科学。他
的思想一方面体现了现代的理性思维方式,另一方面又带有强烈的中世纪迷信色
彩。一个世纪以后,著名数学家和哲学家莱布尼兹总结道:“卡丹是一位有很多
缺陷的伟人;假如没有这些缺陷,他将是无与伦比的。”

    下面我们回过头来接着讲三次方程的故事。1535年,方台纳击败费厄之
后,卡丹一次又一次地给方台纳写信询问解法。方台纳严辞拒绝,并说自己准备
将来就这个解法写一本书。卡丹一开始很生气,但后来改变了策略,用恳切的语
言请方台纳到米兰作客。1539年,在方台纳作客期间,卡丹以基督教徒的身
份起誓,至死也要保守秘密,绝不向他人泄露。方台纳受了感动,于是把方程X
^3+MX=N的解法告诉了卡丹。

    不久以后的一天,一个叫费拉里(Ludovico Ferrari)的
年轻人来到卡丹家,希望找一份工作。卡丹把他收下做了仆人,但是很快发现这
个孩子特别聪明,于是主仆关系迅速转变为师生关系。卡丹给费拉里讲了方台纳
的解法,然后两人一起研究,取得了惊人的进展。对最一般的三次方程:X^3
+bX^2+cX+d=0,卡丹找出了解法;然而他的解法依赖于把一般方程
简化成X^3+MX=N的形式,而由于对方台纳的誓言,卡丹自己的发现也不
能发表。同时,费拉里发现了四次方程的解法。这是代数学的一个巨大的进展,
但是这个解法需要把四次方程简化为一个相关的三次方程来解,所以碍于卡丹的
誓言,仍然不能发表。师徒二人手中掌握着当时代数上最重要的发现,却不能发
表,其心情可想而知。

    1543年,卡丹和费拉里来到波隆纳。他们找到了费罗的手稿,其中就有
X^3+MX=N形式的方程的解法。对于卡丹来说,这无疑解除了誓言的约束
,因为这个解法来自费罗,而不是方台纳。至于费罗的解法和方台纳的解法一模
一样这个事实,卡丹就假装不知道。

    1545年,卡丹发表了他的数学名著《伟大的艺术》(Ars Magn
a)。卡丹认为代数是一门“伟大的艺术”。这本书共有四十章。在书中,他介
绍了不同形式的二次和三次等多项式方程的求解方法。第十一章讲的就是X^3
+MX=N形式的方程。在这一章的开头,卡丹写道:“三十年前,费罗发现了
这个解法并在后来教给了费厄。费厄向塔塔格利亚挑战,使塔塔格利亚有机会也
发现了这个解法。他在我的恳求下把解法告诉了我,但没有讲它的证明。依靠这
些协助,我证明了这个解法的正确性。这个问题难度极大。”

    塔塔格利亚就是方台纳。方台纳从小面部受伤,说话受影响,因此得了个外
号“塔塔格利亚”(Tartaglia),意思是“结巴颏子”。后来他以塔
塔格利亚出名,其本名“方台纳”却很少被提起。

    虽然卡丹在书中说明了塔塔格利亚的贡献,塔塔格利亚却不满意。他指责卡
丹是个骗子,违背了基督教徒的神圣誓言。卡丹本人对这些指责采取高姿态,并
不反驳;但是他的弟子费拉里对塔塔格利亚进行了猛烈的反击。费拉里反过来指
责塔塔格利亚抄袭费罗的结果。双方来来往往地互相指责,对立逐渐升级。15
48年,塔塔格利亚来到米兰和费拉里进行公开辩论。卡丹没有出场,塔塔格利
亚利用这一点攻击卡丹,说他是因为心虚。这场辩论最后发展到了白热化的程度
,双方动了手。费拉里占有地利人和之便,所以最终塔塔格利亚能够得以生还,
都属侥幸。

    至此,三次方程的故事算是告一段落。现在,三次多项式方程的根式解的公
式,一般称为“卡丹——塔塔格利亚公式”。最后值得一提的是,1824年,
年轻的挪威数学家阿贝尔(Niels Abel)证明了五次和五次以上的多
项式方程不存在根式解,给多项式方程的求解问题画上了一个完整的句号。

【本文根据William Dunham所著《天才之路》(Journey 
through Genius)编译。其他参考文献:
Girolamo Cardano, The Great Art, translated by T. Richard Witmer;
Howard Eves, Great Moments in Mathematics (Before 1650);
Isaac Asimov, Realm of Algebra.】

                          1996年4月14日凌晨于橡树屯


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     寻梦的男子  从不放弃等待
     学会将寂寞锁在心里
     夜夜伴着不同的梦  成了相思的俘虏

     在梦的最深处  与久别的记忆重逢               
     因为相信爱  相信梦想                  KGB

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