数学家的故事——卡尔丹

文章写于2017年12月28日。

如果设有x²+2x+1=0等式成立,让你来求解这个方程式中的x,想必多数人都能不费力的通过配方法使原方程转化为(x+1)²=0,进而推出x应该等于“-1”。

但对于x³+3x²=5这个方程,还有谁能尝试着解出x来么?经过一些努力和尝试,恐怕不少人都会放弃了吧?

上面的两个方程,都只有一个未知数,所以都被称作“一元方程”。第一个方程中的未知数最高次幂是2,所以将它叫做“一元2次方程”;第二个方程相应的被称为“一元3次方程”。

二次方程对我们而言并不陌生,中学的时候就已经学习过二次方程的配方求解法,也就是将方程左边转化为一个完全平方、右边是一个常量,然后再利用开平方便可轻松求解。

但我们并没有学过三次方程的求解方法。事实上,三次方程的解法要比二次方程复杂许多、复杂到直至1545年前后,才被数学家们找到求解的方法。而在那之前,根本就没有人能解出一般形式的三次方程。

1545年,一本专论代数学的著作《大法》的出版,才使得人们知晓了三次方程的解法。

由此看来,我们真应该感谢《大法》一书的作者——哲罗姆·卡尔丹,似乎是他教会了我们三次方程的求解过程。

科学界的确给予了卡尔丹很大的肯定,以“卡尔丹公式”来命名了这个三次方程的求根过程。

然而,对卡尔丹的肯定恰恰是对另一位数学家的不公。没错,卡尔丹并不是“卡尔丹公式”的发明人,他不仅不是这一解法的创造者、甚至可能是个剽窃者,这一切都要从1494年说起……

1494年,意大利方济各会的修道士帕西奥里(这个人来头可不小呢,他被视为现代会计之父,详见《数学家的故事——帕西奥里》一文)出版了一本《算术,几何,比,比例的摘要》,其中广泛的讨论了各种二次方程,然而却对三次方程只字未提。

原因是帕西奥里认为三次方程是不可求解的。他的这一观点显然不被当时的数学界所接受,当时有不少的数学家都在疯了心、玩了命、努力的尝试找寻三次方程的解法。这是数学家们的竞赛、是一场智者们的游戏。

大约在1505年,博洛尼亚的数学学会会长弗罗宣称找到了三次方程的解法。他虽然宣布找到了解法,却并未公开任何的求解过程。这种一厢情愿的宣布可不能记入史册,谁能担保他不是在吹牛?然而这却鼓舞了很多的数学家,大家更坚信三次方程是存在着求解方法的。

既然弗罗没有公开细节,那么大家就都还有机会继续这场竞赛。

受鼓舞的人中,有一名年轻的数学家,大家不喜欢叫他的名字,而喜欢叫他的外号“结巴先生”。

“结巴先生”认为数学会长不可能信口胡说,既然敢宣布,那么三次方程的解法就一定存在。于是“结巴先生”更加专心勤奋的研究。没用多久,“结巴先生”便也对外宣布自己找到了三次方程的解法。

有趣的是,“结巴先生”和弗罗一样没有将解法公开。此时你就知道本文开头那道三次方程想解出来有多难了吧?它曾经可是难倒过数不尽的数学家们呢。

“结巴先生”和弗罗都不公开细节,这下子其他的数学家们都不能开心地玩耍了。你们俩人都说拥有三次方程的解法、可又偏偏都不公开,这说出来不是骗鬼呢吗?

虽说不公开核心解法的做法可以理解:毕竟持有核心算法的人能够在相关领域比别人研究的更深、走得更远。但谁又能证明他们真的有能力解开三次方程、三次方程真的是一个可求解问题呢?

为了证明三次方程确实可求解,有人组织了一场“结巴先生”和弗罗的二人比赛,提出一些三次方程,看两人谁能给出正确的答案,又或者都能给出或都做不出来。

比赛在二人之间展开,结果稍稍出人意料:“结巴先生”轻松的胜出了这场比拼。这一结果令弗罗多少有些颜面扫地。

更重要的是,“结巴先生”用实际行动证明了确实有三次方程的解法。只不过大家还是不知道具体解法过程,因为“结巴先生”依然不愿意公开其推演过程。

若是“结巴先生”此时公开推演过程,不仅可以名利双收,同时也不会再有接下来的故事。可我们亲爱的“结巴先生”就是惜字如金,一个字也不愿多“说”。

这时本文的主角卡尔丹出场了。卡尔丹也是一位有名的数学家,他更为人们津津乐道的是他喜欢赌博,是一名善用“概率”的赌徒。

当时的卡尔丹对三次方程也十分着迷,进行了很长时间的研究。当卡尔丹听说了“结巴胜出”的消息时,便迫不及待的登门拜访,希望“结巴先生”能分享一些经验给自己。

结果可想而知,“惜字如金的结巴先生”直接拒绝了卡尔丹的请求,一丝一毫的信息都没有透露。

卡尔丹在遭到拒绝后并没有放弃,这位拥有着任何赌徒都有的执著性格的数学家,真的是执著到了偏执的境地,他几次三番的拜访、一次次的登门、大有不达目的决不罢休之势。

“结巴先生”终于同意了卡尔丹的请求。不过这不像是“结巴先生”为卡尔丹的诚意所打动,更像是“结巴先生”的缓兵之计。因为“结巴先生”并没有真的将三次方程解法说出来,而是在卡尔丹做出保密承诺之后,只给了卡尔丹一些云里雾里的谜语。

“结巴先生”可能真就是摆下了一道迷魂阵:有保密协议的约束,卡尔丹就不能与人分享“结巴先生”的宝贵资料,而所谓的宝贵资料又恰恰是一些像雾像雨又像风的烟雾弹,结果卡尔丹就只能拿着这些咒语般的只言片语瞎猜。

可卡尔丹的悟性高到令人发指,仅就凭借那几句谜语,竟就让他顿悟到了三次方程的解法!并在1545年自己著作的《大法》一书中,将三次方程的解法详细公布了出来。也许是卡尔丹的报复吧,《大法》关于三次方程的解法中并未提及“结巴先生”。

原本该属于“结巴先生”的荣耀,就这样拱手让给了卡尔丹——一名赌徒。

尾记:今天我们在解三次方程时,都会记得“卡尔丹公式”,但又有谁知道“结巴先生”的名字呢?就连本文中都未提及他的名字。最后说一下吧,“结巴先生”名叫“尼克拉·方丹纳”。你大可不必为“结巴先生”惋惜,他自从吃了这一亏之后,便将名誉看的淡了、潜心钻研学问,成果颇丰,正所谓塞翁失马焉知非福。(详见《数学家的故事——塔塔利亚》)

每天学习一些新的知识,尽可能保持自己的学习动力。

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