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執元德于心而化馳若神 | 悼數學家王元院士

作者:全景科學家

王元(1930年4月15日—2021年5月14日),數學家,中科院院士,曾任中科院數學研究所所長、中國數學會理事長。1952年,王元在浙江大學數學系畢業以後,長期工作于中科院數學所,在解析數論、代數數論以及數論方法應用等領域作出了卓越貢獻,是新中國數學事業的先行者之一。王元在國内外數學界享有盛譽,曾獲得國家自然科學一等獎、陳嘉庚物質科學獎、何梁何利獎、華羅庚數學獎等。

王元為人低調、淡泊名利、待人謙和,“執元德于心而化馳若神”①,正是這高尚的品德使他能夠自由地馳騁于數學天地。謹以此短文悼念王元先生——先生千古,風範長存!

執元德于心而化馳若神 | 悼數學家王元院士

王元

心無旁骛

青少年時代,王元最喜歡的科目是數學與英語。

數學理論的精确與邏輯的嚴密令他傾倒,尤其是平面幾何中的“假設-求證-證明”的模式深深吸引了他。通過對題目進行細緻分析,逐漸深入求證,有時還要加上幾條“輔助線”才能完成問題的證明——這種經過反複思考後才能找到解決問題線索的過程,激發了他無窮的興趣。每當經過一番努力将問題解決,總能給少年的他帶來興奮與滿足。

高中以後,王元迷上了歐美文藝電影。從《魂斷藍橋》,到《戰地鐘聲》《居裡夫人》《翠堤春曉》《王子複仇記》《瓦斯燈》,以及一些根據狄更斯小說改編的電影,演員高超的演技與動人的故事情節都給他留下了深刻的印象。

課餘時間,王元興趣非常廣泛。除了喜歡看小說、電影、學生的演出,他還熱衷于下象棋、打橋牌、遊泳等活動,他一生書畫的造詣,就是在那時打下的基礎。

執元德于心而化馳若神 | 悼數學家王元院士

王元高中時畫作

地理、曆史、博物這些以加強記憶力為主的功課對王元吸引力不強,他覺得自己看看課本就懂了,不願意下更多功夫、花費更多時間,是以綜合成績隻是中等偏上。1948年,王元考入國立英士大學數學系②。這時,他開始後悔沒有集中全部精力在課業的學習上。

1949年,國立英士大學大部分并入浙江大學,于是王元進入浙大數學系。為了趕上學習進度,他逐漸放棄了所有的業餘愛好,全身心地投入到數學學習中。有一次,杭州正在放映《飄》,這曾是王元中學時很想看的一部電影,但那時的他對此已經沒有絲毫興趣了。

1952年,王元以優異成績從浙大畢業,被配置設定到中國科學院數學研究所工作。在這裡,王元為華羅庚所看重,在華羅庚的指導下主攻數論。

青年成名

哥德巴赫猜想是德國人哥德巴赫在1742年寫給大數學家歐拉的信中提出的:任何一個大于2的偶數都是兩個素數之和。由于是兩個素數之和,故此問題可簡記為“1+1”,這成為簡記哥德巴赫猜想的一個符号。哥德巴赫猜想提出以後,在160多年間,盡管許多傑出數學家為證明這個猜想做出努力,但沒有找到任何有效的研究方法,沒有任何實質性的進展。

直到20世紀,哥德巴赫猜想的研究終于有了突破。

1919年,挪威數學家布朗證明了每個充分大的偶數都是兩個正整數之和,其中每個整數的素因子個數都不超過9,可簡記為“9+9”。

1924年德國數學家拉代馬哈證明了“7+7”。

1932年,英國數學家埃斯特曼證明了“6+6”。

原蘇聯數學家布赫夕塔布又于1938年與1940年分别證明了“5+5”與“4+4”。

這些數學家就像運動員一樣,向徹底證明哥德巴赫猜想的終極目标沖刺,不斷重新整理着世界記錄。

華羅庚認為哥德巴赫猜想與解析數論中所有的重要方法都有聯系,以哥德巴赫猜想為主題來學習,将極大提升解析數論的研究高度。是以在1953年,華羅庚親自上司了兩個讨論班:“數論導引”讨論班與“哥德巴赫猜想”讨論班。

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王元與華羅庚(油畫)

王元參加了這兩個讨論班,學習得異常投入,除了找不到布赫夕塔布的文章外,他很快就讀完了哥德巴赫猜想讨論班計劃中的全部必讀文獻。1955年,波蘭數學家庫拉托斯基來北京通路,他帶給華羅庚一些波蘭數學家的論文單印本,其中有希爾賓斯基與辛哲爾關于數論函數的文章。王元讀過文章後,想到可以用布朗篩法改進辛哲爾的結果,并撰寫成文。于是,辛哲爾與王元合作完成了兩篇文章,分别在1956年與1958年發表在波蘭的學術期刊上。

1956年,正值國家号召“向科學進軍”。我國自己培養的年輕數學家能與外國數學家合作并在國外發表文章,被當成了一件大事,不少報紙報道了這件事,特别是《中國青年報》用整版的篇幅加以介紹,在全國引起了轟動。26歲的王元被樹立為向科學進軍有成績的典型,成為全國的新聞人物。但是他清醒地知道,這隻是一次偶然的小成功,對報紙的宣傳并沒有放在心上。

“要做大問題”

在王元寫出第一篇文章時,老師華羅庚很高興;但當王元做出第二篇文章時,華羅庚很不高興地說:“要有速度,還要有加速度!”所謂“速度”,就是要出成果;所謂“加速度”,就是成果的品質要不斷提高。他嚴肅地告誡王元:“你要做大問題才行。”

華羅庚的話引起了王元的深思。

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王元(右)與華羅庚(左)

王元開始把目光放在了哥德巴赫猜想這一世界著名難題上,嘗試改進已有的結果。他迫切地想找到哥德巴赫猜想讨論班計劃中僅有的未讀過的材料——布赫夕塔布的文章。這時,中科院圖書館進口了一批舊的俄文雜志,王元聽說後,馬上趕過去借閱。這批雜志剛運到,還沒有編目,堆放在書庫的地上。在王元的懇請下,圖書管理者同意他在書庫就地看看。于是,王元花了一整天的時間,抄寫了布赫夕塔布的兩篇文章。很快,他就弄懂了布赫夕塔布方法就是一個恒等式,也可以看作篩函數的一個遞推公式,每遞推一次,篩函數的上、下界估計就可以得到一些改進。

當時王元對篩法技巧已經非常熟悉,“技巧已在指甲尖上,隻要有一點刺激就會開花結果”。他把塞爾貝格的篩法和布赫夕塔布的方法結合起來,在1956年成功證明了“3+4”。同年,前蘇聯數學家阿•維諾格拉多夫證明了“3+3”。1957年,王元又證明了“2+3”。這是中國學者第一次站到了這一世界著名數學難題研究領域的前列,其成果為國内外有關文獻頻繁引用,并因方法上的創新而對後續的研究産生了影響。

這一研究成果成為王元數學生涯中最閃亮的篇章,也奠定了中國數學家在哥德巴赫猜想上不斷取得成果的堅實基礎。

馳騁在數學的天地

随後,王元将主攻方向轉向了數論應用的研究。

王元與華羅庚合作,将數論方法應用于多重積分計算,創造了在國際上以“華-王方法”著稱的數值積分方法。他們的專著《數論在數值分析中的應用》英譯本由斯普林格出版社出版後,英、德、日、奧等十多個國家的14本數學雜志予以好評,認為“就抽象數學的應用而言,該書本身就是一個光彩奪目的例證”。

在1980年代,王元深入到純粹數學的另一個前沿領域——代數數論。這一時期的工作,以專著《代數數域上的丢番圖方程與不等式》的出版而終結,國外專家評價王元在這一領域的工作是“對哈代-利特伍德圓法有關的文獻的有價值的貢獻”。

1980年代以後,王元與同僚方開泰合作,将數論方法應用于數理統計,創造了在工農業生産與國防部門有廣泛應用的“均勻設計法”。這方面的工作受到錢學森、朱光亞等科學家的重視,專著《統計中的數論方法》被國際同行譽為“有高度思想挑戰性的書”“應歸入有價值的統計文庫之中”。

在沉心于數學理論研究的同時,王元也十分重視數學發展曆史,他的《哥德巴赫猜想》對哥德巴赫猜想曆史做了附有原始文獻的系統梳理。他的傳記作品《華羅庚》有極為廣大的讀者群,并獲“吳大猷科學普及著作獎”金簽獎,斯普林格出版社出版了英譯版,是該出版社迄今為止出版過的唯一一部中國數學家傳記。

王元的學術成就使他赢得了衆多的獎勵并享有國際聲譽。他1980年當選中國科學院學部委員(院士)。先後榮獲國家自然科學一等獎(1982)、何梁何利獎(1994)、華羅庚數學獎(1999)、陳嘉庚物質科學獎(2000)、吳大猷科學普及著作獎金簽獎(2002)、國家自然科學二等獎(2008)。在國際上,他被聘為世界科學出版社顧問、聯邦德國《分析》雜志編委及斯普林格《圖論與組合》雜志編委等。

2021年5月14日中午12時46分,著名數學家王元院士因病醫治無效,在北京逝世,享年91歲。元老千古!

①引自《淮南子·原道》。

②國立英士大學創設于1928年,以紀念辛亥先烈陳英士。至1948年,在浙江金華辦學,設文理、法、農、工四個學院,1949年8月25日,英士大學被金華軍管會解散。

文:楊靜,北京聯合大學副教授

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