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佩爾方程與阿基米德群牛問題

9月4日下午,作為科普基地與“社會(huì)大課堂”的支持機(jī)構(gòu),中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院迎來了240名北京師大二附中高一年級(jí)的學(xué)生與老師。這是該校在新學(xué)年的開始組織的一次“走進(jìn)科學(xué)院,走近科學(xué)家!”活動(dòng)。

數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)院為參加本次活動(dòng)的學(xué)生們準(zhǔn)備了豐富的內(nèi)容。首先數(shù)學(xué)所的研究員王元院士為學(xué)生們做了非常精彩的數(shù)學(xué)科普?qǐng)?bào)告,報(bào)告的題目是“佩爾方程與阿基米德群牛問題”。

 

王元院士從“什么是佩爾方程?”講起,一邊介紹歷史上曾經(jīng)有很多人研究過佩爾方程有沒有解,如何解的問題。同時(shí)他告訴學(xué)生們其實(shí)佩爾方程與佩爾這個(gè)人一點(diǎn)關(guān)系都沒有,但是為什么還要用他名字來命名呢?接著他又講了是誰命名佩爾方程的故事。

大約在公元1200多年印度人就知道了佩爾方程的解法。有文獻(xiàn)記載古希臘數(shù)學(xué)家在2000年前就知道這個(gè)方程,但是沒有證據(jù)表明他們?cè)谀莻€(gè)時(shí)期會(huì)解這個(gè)方程。大數(shù)學(xué)家歐拉也曾研究過佩爾方程,并取得了一些進(jìn)展。最早證明佩爾方程解存在的是法國(guó)數(shù)學(xué)家拉格朗日,他在1768年寫了一本書,提出佩爾方程有解,有無窮多個(gè)解并給出了證明,這就是拉格朗日定理。雖然拉格朗日從數(shù)學(xué)上解決了佩爾方程解的存在性問題,但是從應(yīng)用數(shù)學(xué)的角度來看,這個(gè)問題并沒有解決,研究才剛剛開始。

王元院士一邊講解佩爾方程研究的進(jìn)展,一邊穿插地介紹與這些知識(shí)有關(guān)的故事。他說阿基米德曾經(jīng)用詩(shī)提出了一個(gè)“群牛問題”,但是兩千多年來一直沒有解決。直到21世紀(jì)這個(gè)問題才得到解決。為什么那么難?因?yàn)檫@是一個(gè)不定方程也叫丟番圖方程。所有數(shù)論與近代數(shù)學(xué)研究的最重要內(nèi)容就是研究不定方程,例如,數(shù)學(xué)家研究了350年才解決的費(fèi)馬大定理與還未解決的哥德巴赫猜想都是不定方程,可見不定方程是很重要的。許多復(fù)雜的問題都是先一步一步地化成佩爾方程,然后再加以解決的。

雖然高一的學(xué)生還沒有學(xué)過不定方程的知識(shí),但是王元院士從定義、定理到方程的解法層層展開,把佩爾方程知識(shí)的來龍去脈講得清清楚楚、明明白白,學(xué)生們聽得津津有味�?梢钥闯鏊麄兟牰送踉菏克v的內(nèi)容。短短40分鐘的報(bào)告使學(xué)生學(xué)到許多書本上學(xué)不到的知識(shí)。