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[中国科技教育史话]王元

王渝生

2021-05/总第302期

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王元(1930.4.15—2021.5.14),江苏镇江兰溪人,自幼兴趣爱好广泛,除了喜欢看小说、电影、各种演出,还热衷于下象棋、打桥牌、书画、游泳等活动。但地理、历史、博物这些以加强记忆为主的功课对王元吸引力不强,他最喜欢的科目还是数学。数学理论的精确与逻辑的严密令他倾倒,尤其是平面几何中的“已知—求证—证明”的模式深深吸引了他。通过对题目进行细致分析,逐步深入求证,有时还要加上几条“辅助线”才能完成几何难题的证明——这种经过反复思考后才能找到解决问题线索的过程,激发了他无穷的兴趣。每当经过一番努力将问题解决,总能给少年的他带来兴奋与满足。

1948年,18岁的王元考入国立英士大学数学系。1949年,国立英士大学大部分并入浙江大学,于是王元进入浙江大学数学系。他逐渐放弃了所有的业余爱好,全身心地投入到数学学习中。

1952年,王元以优异成绩从浙江大学毕业,经陈建功、苏步青推荐到中国科学院数学研究所工作。在数学所,王元为华罗庚所长看重,在华罗庚的指导下主攻数论。

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王元(右)与恩师华罗庚(左)


1953年,华罗庚亲自领导了2个讨论班:“数论导引”讨论班与“哥德巴赫猜想”讨论班。王元参加了这2个讨论班,学习得异常投入,他对哥德巴赫猜想特别感兴趣。

哥德巴赫猜想是德国人哥德巴赫在1742年写给大数学家欧拉的信中提出的:任何一个大于2的偶数都是两个素数之和。由于是两个素数之和,故此问题可简记为“1+1”,这成为简记哥德巴赫猜想的一个符号。哥德巴赫猜想提出以后,在近180年来,尽管许多杰出数学家为证明这个猜想作出努力,但没有找到任何有效的研究方法,没有任何实质性的进展。

直到20世纪,哥德巴赫猜想的研究终于有了突破。

1919年,挪威数学家布朗证明了每个充分大的偶数都是两个正整数之和,其中每个整数的素因子个数都不超过9,可简记为“9+9”。

1924年,德国数学家拉代马哈证明了“7+7”。

1932年,英国数学家埃斯特曼证明了“6+6”。

苏联数学家布赫夕塔布又于1938年与1940年分别证明了“5+5”与“4+4”。

这些数学家就像运动员一样,向彻底证明哥德巴赫猜想的终极目标冲刺,不断刷新着世界纪录。

在恩师华罗庚的指导下,王元很快就读完了哥德巴赫猜想讨论班计划中的全部必读文献。1955年,波兰数学家库拉托斯基来北京访问,他带给华罗庚一些波兰数学家的论文单印本,其中有希尔宾斯基与辛哲尔关于数论函数的文章。王元读过文章后,想到可以用布朗筛法改进辛哲尔的结果,并撰写成文。于是,辛哲尔与王元合作完成了2篇文章,分别在1956年与1958年发表在波兰的学术期刊上。

1956年,正值国家号召“向科学进军”。我国自己培养的年轻数学家能与外国数学家合作并在国外发表文章,被当成了一件大事,不少报纸报导了这件事,特别是《中国青年报》用整版的篇幅加以介绍,在全国引起了轰动。26岁的王元被树立为向科学进军有成绩的典型,成为全国的新闻人物。

当时王元对筛法技巧已经非常熟悉,他把塞尔贝格的筛法和布赫夕塔布的方法结合起来,在1956年成功证明了“3+4”。同年,苏联数学家阿·维诺格拉多夫证明了“3+3”。1957年,王元又证明了“2+3”。这是中国学者第一次站到了这一世界著名数学难题研究领域的前列,其成果为国内外有关文献频繁引用,并因方法上的创新而对后续的研究产生了影响。

这一研究成果成为王元数学生涯中最闪亮的篇章,也奠定了中国数学家在哥德巴赫猜想上不断取得成果的坚实基础。

过了几年,1962年,中国数学家潘承洞证明了“1+5”,同年又和王元合作证明了“1+4”。1965年,苏联和意大利的数学家都证明了“1+3”。

1966年,中国著名数学家陈景润攻克了“1+2”,也就是:“任何一个足够大的偶数,都可以表示成两个数之和,而这两个数中的一个就是奇质数,另一个则是两个奇质数的积。”这个定理被世界数学界称为“陈氏定理”。

后来,王元将主攻方向转向了数论应用的研究。

王元与华罗庚合作,将数论方法应用于多重积分计算,创造了在国际上以“华-王方法”著称的数值积分方法。他们的专著《数论在数值分析中的应用》英译本由斯普林格出版社出版后,英、德、日、奥等10多个国家的14本数学杂志予以好评,认为“就抽象数学的应用而言,该书本身就是一个光彩夺目的例证”。

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图左为华罗庚王元合著《数论在数值分析中的应用》,图右为王元著《代数数域上的丢番图方程与不等式》


在1980年代,王元深入到纯粹数学的另一个前沿领域——代数数论。这一时期的工作,以专著《代数数域上的丢番图方程与不等式》的出版而终结,国外专家评价王元在这一领域的工作是“对哈代-利特伍德圆法有关的文献的有价值的贡献”。

1980年代以后,王元与同事方开泰合作,将数论方法应用于数理统计,创造了在工农业生产与国防部门有广泛应用的“均匀设计法”。这方面的工作受到钱学森、朱光亚等科学家的重视,专著《统计中的数论方法》被国际同行誉为“有高度思想挑战性的书”“应归入有价值的统计文库之中”。

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从左至右分别为:王元、陈景润、潘承洞


王元也十分重视数学发展历史,他的《哥德巴赫猜想》对哥德巴赫猜想历史作了附有原始文献的系统梳理。他受恩师华罗庚“努力不计年,自强永不息”教导的影响极深,用心撰写的传记作品《华罗庚》有极为广大的读者群,并获“吴大猷科学普及著作奖”金签奖,斯普林格出版社出版了英译版。

王元的学术成就使他赢得了众多的奖励并享有国际声誉。他1980年当选中国科学院学部委员(院士)。先后荣获国家自然科学一等奖(1982)、何梁何利奖(1994)、华罗庚数学奖(1999)、陈嘉庚物质科学奖(2000)、吴大猷科学普及著作奖金签奖(2002)、国家自然科学二等奖(2008)。在国际上,他被聘为世界科学出版社顾问、联邦德国《分析》杂志编委及斯普林格《图论与组合》杂志编委等。

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