Dec 182013
 

Springer 刚刚出版了 Vladimir Arnold 的 Collected Works II:

Vladimir I. Arnold-Collected Works II

Vladimir I. Arnold-Collected Works II

本书收集了Vladimir Arnold 的 45 篇文章: 33 篇是在1965-1972 年间写成, 8 篇是 80-89 年间发表, 73-79 有 2 篇, 91 与 92 年各有 1 篇.

Vladimir Arnold(June 12, 1937–June 3, 2010)

2. Vladimir I. Arnold – Collected Works: Representations of Functions, Celestial Mechanics, and KAM Theory 1957-1965, Springer, 2009

3. Real Algebraic Geometry, Springer, 2013 edition

4. Yesterday and Long Ago, Sringer, 2007

5. Huygens and Barrow, Newton and Hooke: Pioneers in mathematical analysis and catastrophe theory from evolvents to quasicrystals, Birkhäuser, 1990

6. Arnold’s Problems, Springer, 2nd edition, 2004

甚至有的书, 作者不是 Arnold, 但内容是他的, 学生把上课笔记出版. Abel’s Theorem in Problems and Solutions: Based on the lectures of Professor V.I. Arnold,  V.B. Alekseev, Springer, 2004

Dec 162013
 

若正项级数 \(\sum\limits_{n=1}^\infty a_n\) 收敛, 证明: 级数 \(\sum\limits_{n=1}^\infty \dfrac n{\frac1{a_1}+\frac1{a_2}+\dotsb+\frac1{a_n}}\) 也收敛.

这是[1]下册 16 页例题 13.2.6. 这书很赞的, 非常给力!

我们先来简单的复述下这书给出的证明的要点:

说穿了, 这个证明的目的, 就是建立

\begin{equation}\sum_{n=1}^\infty \frac n{\sum\limits_{k=1}^n \frac1{a_k}}\leqslant4\sum_{n=1}^\infty a_n.\end{equation}

为此, 我们可以认为正数数列 \(\{a_n\}\) 单调递减. 这是因为 \(\lim\limits_{n\to\infty}a_n=0\), 因之可把数列 \(\{a_n\}\) 按照从大到小重排. 此时 \(\sum\limits_{k=1}^n \frac1{a_k}\) 不能增加, 进而 \((1)\) 左边的 \(\sum\limits_{n=1}^\infty \frac n{\sum\limits_{k=1}^n \frac1{a_k}}\) 不会减少.

其次, 注意到下面这个简单的事实

\[\sum_{k=1}^{2n}\frac1{a_k}\gt \sum_{k=1}^{2n-1}\frac1{a_k}\geqslant\sum_{k=n}^{2n-1}\frac1{a_k}\geqslant\frac n{a_n}\]

可导出

\[\frac{2n-1}{\sum\limits_{k=1}^{2n-1} \frac1{a_k}}+\frac{2n}{\sum\limits_{k=1}^{2n} \frac1{a_k}}\leqslant\frac{2n-1}{\frac n{a_n}}+\frac{2n}{\frac n{a_n}}\lt4a_n,\]

于是, \((1)\) 也就是顺理成章的事情了.

有趣的事情, 总是发生在下回分解: [1] 给出了这个证明, 接下来的一个注释引出了我们的故事. 这个注是这样的:

我们不知道不等式 \((1)\) 右边的系数 \(4\) 是否可以减少, 若可以的话, 其最优值又是多少(参见下一个例题).

这是这套书上下两册最没有经过大脑的一段话, 显然没有经过思考: 下一个例题是 Carleman’s inequality. 这著名的不等式很清楚的表明: 把不等式 \((1)\) 右边的系数 \(4\) 改为 \(\mathrm e\) 也是可以的. 问题是, 使得

\begin{equation}\sum_{n=1}^\infty \frac n{\frac1{a_1}+\frac1{a_2}+\dotsb+\frac1{a_n}}\leqslant k\sum_{n=1}^\infty a_n\end{equation}

成立的最小的实数 \(k\) 应该是 \(\mathrm e\) 吗?

Hardy’s inequality 在 \(p\leqslant1\) 时, 一般是不成立的. 但是, 若 \(p=-1\), 则

\[\left(\frac p{p-1}\right)^p=2.\]

这使得我们可以猜测: 使得 \((2)\) 成立的最小的实数 \(k\) 可能是 \(2\). 此外, 对于正可测函数 \(f(x)\), 有

\begin{equation}\int_0^\infty \frac x{\int_0^x\frac1{f(t)}\,dt}\,dx\leqslant 2\int_0^\infty f(x)\,dx.\end{equation}

因之可以确信: 我们寻找的最小实数就是 \(2\)! 换句话说, 成立

\begin{equation}\sum_{n=1}^\infty \frac n{\frac1{a_1}+\frac1{a_2}+\dotsb+\frac1{a_n}}\leqslant2\sum_{n=1}^\infty a_n,\end{equation}

并且右边的系数 \(2\) 不可改进.

References

  1. 谢惠民, 恽自求, 易法槐, 钱定边, 数学分析习题课讲义, 高等教育出版社, 2004
  2. 匡继昌, 常用不等式(第四版), 山东科学技术出版社, 2010
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Dec 102013
 

“霍比特人2: 史矛革之战(The Hobbit: Desolation of Smaug)” 一鼓作气席卷扑面而来! 翘首以盼快一年了!! 嗯, 嗯! 挪威(Norway)的朋友有幸今天 12 月 10 日, 最先观赏到这部充满期待的影片. 喜爱魔戒的影迷赶快重温下 “霍比特人 1: 意外之旅(The Hobbit: An Unexpected Journey)” 吧! 俺第一次看”霍比特人 1″, 是今年初 3 月 25 日在北京清河的 CGV 希界维国际影城. 影院在五彩城购物中心的最顶 7-8 两层, 环境还不错. 这电影院当时刚开张, 做了一些活动.

咕噜(Gollum)无疑是”魔戒”里的悲剧人物之一. 咕噜没有在拥有魔戒的五百年间, 使用魔戒做任何事, 最终还因为魔戒而坠入末日火山的火焰. 他因为魔戒, 心灵扭曲; 他的大半生, 人不像人鬼不像鬼.

由于这个系列有各种不同版本, 片长不一, 这里顺便提一下各部电影最长的时间: 指环王1 魔戒现身加长版 228分钟;  指环王 2 双塔奇兵加长版 235 分钟; 指环王 3 王者归来加长版 263 分钟; 霍比特人1 意外之旅加长版 182 分钟.

Solutions to the 74th William Lowell Putnam Mathematical Competition 2013  are now posted

Solutions to the 74th William Lowell Putnam Mathematical Competition

第 74 届普特南数学竞赛的官方解答

 Posted by at 1:40 am
Dec 072013
 

几天前(南非当地时间 12 月 5 日), 曼德拉(Nelson Rolihlahla Mandela, July 18, 1918-December 5, 2013)去世. 南非政府将于 15 日在曼德拉的家乡古努举行国葬. 世界各地的人们正在缅怀他的伟大人格; 文学家, 政治家, 历史学家, 记者在全球媒体的头条称颂他的丰功伟绩.

美国总统奥巴马在白宫发表电视讲话悼念曼德拉时说: “自己对曼德拉的逝世感到悲痛, 指曼德拉一生追求理想, 并付诸行动, 追求建立正义自由的社会. 他的离世是一大损失, 世界失去一位典范. 奥巴马赞扬曼德拉是时代人物, 无人能及. 现在, 让我们暂时停下来, 感谢曼德拉曾经存在过. 他是一个用自己双手书写历史的伟人, 他将整个精神世界拉向了正义的一边. ” 奥巴马还说, 他和无数人一样, 曼德拉的一生给了他积极的启发. 他现在不再属于我们, 他属于这个时代. 历史永远会记住他.” “Obama: “Nelson Mandela lived for that ideal, and he made it real.  He achieved more than could be expected of any man. Today, he has gone home. And we have lost one of the most influential, courageous, and profoundly good human beings that any of us will share time with on this Earth. a man who took history in his hands, and bent the arc of the moral universe toward justice. He no longer belongs to us — he belongs to the ages.”

“The Washington Post(华盛顿邮报)”发表社论作出的评价是: “罗斯福, 斯大林, 丘吉尔, 希特勒……这些是决定 20世纪上半叶的名字; 甘地, 马丁路德·金, 曼德拉, 则是对战后世界有着重大影响的人物.”

缅怀曼德拉, 也应该向德克勒克致敬

1989 年成为南非总统的德克勒克(1936 年 3 月 18 日-), 因机缘巧合, 与曼德拉“被历史连接在一起”, 联手促成南非从种族隔离制度向民主制度转型. 用德克勒克的说法, 他与曼德拉是“敌对的兄弟”(frère ennemi). 如今曼德拉已经封圣, 但未被封圣的德克勒克其实也同样可贵.

 德克勒克之所以可贵, 乃是因为他明时势, 知进退. 做为一位以立场保守而著称的政治家, 他曾经支持南非的种族隔离政策. 但在就任总统之后, 他很快就意识到, 面对国际谴责, 经济制裁和文化体育活动抵制, 尤其是南非国内此起彼伏的反抗, 从1948年以来实行的种族隔离制度已经无法再维持下去. 因此, 他在 1990 年 2 月表示, 谈判协商的时刻到来了, 反种族隔离的运动由此得以合法化, 包括曼德拉在内的政治犯获释. 其时, 曼德拉已在监狱中渡过漫长的 27 年.

 做这种政治抉择非常艰难. 因为掌权者主动放弃权力, 比争取权力者需要更大的智慧与勇气. 考虑到这一点, 德克勒克的政治智慧, 代表着人类政治文明的进化.

更早一些时日, 余杰曾以”苦难的程度与飞翔的高度成正比”为标题写了一篇与曼德拉有关的文章(此文第一次出现在网络是 January 17, 2013. 尽管该文的重点并不是称赞曼德拉, 但这不是这里关心的问题). 我想: “苦难的程度与飞翔的高度成正比“这句话对于张益唐的人生, 是再恰当不过了!

12 月 3 日,  VOA 放出来一个关于张益唐 Yitang Zhang 的采访. 这个采访是 9 月下旬在普林斯顿进行的.

成就伟大的事业, 不一定要多有钱财和权势! 吴承恩用那么厚的一本名著说明了这个道理, 唐僧, 孙悟空, 猪八戒, 沙僧师徒四人一路化斋, 说的不好听, 是乞讨, 经历了九九八十一难才找到佛祖取得大乘佛法, 普渡众生, 得道成佛. “乞丐”都能普渡众生, 何况他人!

张益唐的故事, 将会永远令人心潮澎湃!

下面是采访的文字: I, American: a renascent mathematican Yitang Zhang

我, 美国人: 重生的数学家张益唐

1985年,张益唐从北京大学数学系取得硕士学位后来到美国普度大学攻读博士,他完成学业以后的经历非常坎坷。他以数学博士的身份做过快餐店会计、送过外卖,甚至住进过汽车里,90年代末才好不容易获得到一所普通大学当讲师的机会,14年间一直默默无闻,直到2013年5月。他的一篇部分证明孪生素数猜想的论文横空出世,成为最近这些年数论领域最辉煌的成就之一。有人认为他的故事比陈景润更精彩。

9月底的一个周三中午,普林斯顿大学数学系三楼的公共活动室内,几十位师生出席了当天的 “学术午餐报告会”,这是数学系的一个传统。老教授约翰•纳什1994年获得诺贝尔经济学奖以后,另一位教授安德鲁•怀尔斯1995年攻克数学史上著名的费马大定理以后,系里给他们主办过同样的活动。今天的主讲人是华裔数学家张益唐,他这次在普林斯顿要参加一系列的学术交流活动。

张益唐: 总共就是一个星期, 总共做三次, 昨天2次, 今天1次.

张益唐的学术头衔谈不上显赫, 他只是新罕布什尔大学的普通讲师, 但最近在数论领域取得的一次突破让他成为学术明星. 普林斯顿大学教授、美国人文与科学学院院士张寿武是东道主,两人相识近30年.

张寿武:素数,小学三四年级的学生,至少在我们那个时候三四年级的学生就能知道,所以他的定律和陈景润的定律是一样的,都是可以讲得明白。陈景润证明的是 1+2,陈景润同时证明了 2-1 和 2+1。

陈景润取得突破的数学难题是著名的哥德巴赫猜想。张益唐面对的是另一个古老的命题,叫孪生素数猜想。

张寿武:他们属于一个范畴里的东西,这些数学的结果很容易跟人讲得清楚,证明其实没那么容易。

素数又叫质数,它们只能被1和自身整除。由2开始,3、5、7、11、19、23这么一路延续下去,或许直到无限。如果某个素数前后有差值为2的另一个素数,两者即构成“孪生素数”,比如(3 5)、(5 7)、(11 13)、 (17 19)、(29 31)、(41 43)。如果一直列举下去,我们可以发现其分布越来越稀疏,但似乎一直存在。此时,孪生素数猜想的核心命题为,孪生素数有无穷多对,不管多么稀疏,它们将一直存在下去,直到无限。

张寿武:他证明了有无穷多对,这样的素数它们之间的差值只有 7000 万。

从7千万降到2才能最终证明孪生素数猜想,差异依然巨大,可光明已经明确无误地出现在黑暗隧道的尽头。张益唐的贡献相当于将大海捞针的工作变成水塘里捞针,他的成就已经可以跟陈景润相提并论。

张寿武:我觉得他的故事比我想象的很多人的故事都要精彩,比陈景润要精彩,比我们系里的一个教授叫John Nash,我想张益唐的故事比他们俩都要精彩。这是不可以复制的一个现象。

纳什的故事拍成了电影,张益唐的故事可见不同凡响。他 1955 年出生,1978 年进入北京大学数学系,1985 年取得硕士学位以后来到美国普度大学攻读数学博士学位,他原本应该很顺利的学术道路此时出现波折。张益唐与导师、来自台湾的代数专家莫宗坚产生了分歧。

张益唐:开始还好,但后来有一些个人原因什么的,我觉得并不太好。最后普度学位拿到了,但那时候对我个人来说是情绪比较低落的时候。

张益唐最近取得突破以后,莫宗坚在普度数学系的网页上贴出了一篇文章,似乎用作对各种可能质询的书面回答。他对张益唐读博期间立志攻克另一大数论难题“雅可比猜想”似乎持不同意见,但最终还是予以认可。莫宗坚还认为开头的几个学期自己象“虎妈”,没有给张益唐足够的空间自由成长。

张益唐:我能说的是,这篇文章我根本没看过。别人要给我看、要转给我,我说你们不要转给我,我没什么兴趣。

1992年毕业以后的7年间,张益唐没有能够进入学术圈,他干过很多工作,但跟数学有关的很少。

张寿武:他不想做数学照样可以有一番事业。刚好相反,他想要做数学,让我觉得很surprise,因为他没有做数学的条件在里面。

直到1999年,他才谋得一份到新罕布什尔大学教数学的工作,开始为编外讲师,几年以后才转正,但很难取得终生教职。

张益唐:我没有后悔,如果当时有些选择,如果不行你去改行学电脑啊,去弄金融什么的,那会有别的很多机会。我没有选择那样,现在我也不后悔。

冯胜平:他不开车,他也没有自己的房子,他现在租房子住。他太太有,他在生活上、在钱上从来不争,也从来没见过他争名、争钱、争权,都没有过。

冯胜平是张益唐的好友,他从前做过金融投资生意,目前处于半退休状态。每年张益唐都要到冯胜平在普林斯顿附近的家小住一两次。

冯胜平:从他教书以来吧,当时他也没结婚,很长时间也没有结婚。放假的时候来,纽约基本上住胡平家,在普林斯顿就在我这里。来了就是看书,然后就聊一些事情,聊天。

张益唐常看的书并不都是数学。

冯胜平:他的才华一直没有被很多人认识到,甚至有些跟他很近的朋友说他到处漂流,甚至到处蹭饭,对他相当过分,甚至给他脸色看,都有过。

张益唐与纽约的朋友胡平交往已经 20 多年。

胡平:其实大家海阔天空什么都谈,除了数学。他在数学方面的造就非常好,一直在攻一些很大、很难的题目,但毕竟隔行如隔山,所以对他在这方面到底有多高的造就简直是无从测量。这是我和他,小女儿坐在这儿。

96 年胡平女儿出生的时候,张益唐负责开车接送。

胡平:那以后,每逢我女儿过生日,张益唐就要寄一张 200 美元的支票来。我当然多次表示希望他不用寄了,因为我们知道他经济上也不宽裕,他坚持要寄,有几次我就没有去兑现。这张还是 250,你看,01 年的。他这种性格的淡泊、这种淡定,我想非常值得大家学习的。到 04 年,他领着他新婚的太太到我们家去,这样我们终于找到一个理由,我们说以后你就不要再寄了吧,有钱还是多给你太太寄去吧。

博士毕业后他辛苦了20年,其间从来没有放弃数学,他的研究一直在持续。

张益唐:一直在反复不断在思考这个东西的话,有时候你会得到灵感的。去年 7 月份在科罗拉多一个朋友家里,才突然觉得有一条思路应该能走通。

经过半年多的工作,他将论文《素数间的有界距离》提交到了权威学术刊物《数学年刊》。

张益唐:我 4 月 17 号投出去的。5 月 8 号,正好 3 个星期,他们就已经审查完了,说这是对的。

《数学年刊》的审稿时间一般长达两年,张益唐的论文被接受之快,或许创造了一个记录。数学家亨里克•伊万尼茨和皮特•萨纳克先后担任过《数学年刊》的编辑。

亨里克•伊万尼茨:从很多方面来说,这都是一个重要成就。首先,这个问题很受欢迎,同时也是个热点,所以他的成果出来以后,人们震惊了。第二个方面他使用的是数论领域现存的顶尖的庞大工具体系。

皮特•萨纳克:他理解证明过程的机制。就像开车一样,他不仅是开这辆车,他更深入到了发动机部分,进而改进了发动机的工作方式。这极不寻常。”

除了数学和历史,他极少的几样爱好中还包括听勃拉姆斯、读唐诗宋词。他可以找到合适的诗词来表达此时的心境。

张益唐:唐诗宋词?好吧,我就说两句吧,我不想说它的出处,好不好?“庾信平生最萧瑟,暮年诗赋动江关。”就这两句,可以吗?

他历经坎坷取得的成就对数学界的年轻人肯定是一种不一般的激励。

张祥瑞:我觉得只要做数学就好,管它什么生活轨迹。我觉得肯定想在学术界工作,因为很有意义。看他这个结果,这是非常非常有意思的结果。当然象他这样我可能也不介意,所以我不是很清楚,反正只要能做数学就好。

对数学界以外的人来说,他们都愿意分享喜悦,而不在意具体的内容。

胡平:问他本人能不能把论文发给我们看看,他就发来给我们看。当然我们第一行都不会念,不要说以后的啦。

冯胜平:他能走到这一步不是一个偶然,应该是这样,用英文讲他 deserve it.

不管孪生素数猜想取得的突破多么轰动,我们也无法将它跟GDP之类的实用价值连到一块。

伊万尼茨:对任何纯科学来说,你可以都可以提出同样的问题。好奇心才是最关键的,通过解决这类问题,数学本身的研究方式也可以得到发展。

皮特:问题本身就会吸引我们纯数学家。如果问题有实用价值,当然好。如果没有实用价值,仍然很好,只要问题关键而且深刻。

张益唐从另一个角度来看待数论研究。

张益唐:非常非常美。本来这些问题都非常简单,中学生都懂,聪明一点的小学生都懂。但是它的解决,你要能够揭示它,确实在逻辑上证明它却又是那么困难,它的美感应该就是在这里。

张益唐未来的选择比较多,可能会有很多高校邀请他任教,不过他最喜欢爱因斯坦工作过多年的普林斯顿。

张益唐:它这个环境太好了,太舒服了,也太安静了,做学问可能这里是最好的,毕竟是爱因斯坦呆过的地方。

从 2014 年开始,张益唐将成为普林斯顿高等研究院的访问学者,他可以继续专注于纯理论研究。

注释

  1. 向德克勒克致敬的段落标题”缅怀曼德拉, 也应该向德克勒克致敬”, 是华声在线的同名文章的标题, 而三段正文(蓝色)转自何清涟 12 月 9 日为 VOA 撰写的评论文章.
Dec 052013
 

据 Ostrowski 基金会网站 Ostrowski Foundation, 2013 年的 Ostrowski 奖授予张益唐:

The Ostrowski Prize for the year 2013 is confered to Yitang Zhang

 张益唐从 2014 年开始以访问学者身份加入普林斯顿高等研究院. 他没有任何来自教学或者科研经费的压力, 可以专心的做理论研究.

自1989 年开始, Ostrowski 基金会每两年发一次奖, 奖金 \(100,000\) Swiss francs(瑞士法郎), 奖励 for recent outstanding achievements in pure mathematics and in the foundations of numerical mathematics.  该奖 1997 年的获得者是 Andrew J. Wiles; 2001 年由  Henryk Iwaniec, Peter Sarnak, Richard L. Taylor 三人分享荣誉; 2005年的奖励授予 Ben Green 和 Terence Tao.

Ostrowski 基金的目的是为了促进数学科学. The Foundation A. M. Ostrowski for an international prize in higher mathematics was created by Alexander Markovich Ostrowski (1893-1986) who  from 1928 to 1958 was professor of mathematics at the University of Basel.

Dec 042013
 

Spriger 刚刚出版了三卷本的 “Geometric Trilogy: Axiomatic, Algebraic and Differential Approaches to Geometry“, 作者 Francis Borceux.

Geometric Trilogy

Geometric Trilogy

这三本书的合集厚达 \(1400\) 页. The Trilogy intends to introduce the reader to the multiple complementary aspects of geometry, paying attention to the historical birth and growth of the ideas and results, and concluding with a contemporary presentation of the various topics considered.

本书的特点是:

  • Focuses on historical aspects;
  • Supports contemporary approaches of the three aspects of axiomatic geometry: Euclidean, non-Euclidean and projective;
  • Includes full solutions to all famous historical problems of classical geometry and hundreds of figures.

An Axiomatic Approach to Geometry

An Algebraic Approach to Geometry

Unified treatment of the various algebraic approaches of geometric spaces; Provides a full treatment, perfectly accessible at a bachelor level, of all algebraic ingredients necessary to develop all the major aspects of  the theory of algebraic curves.

A Differential Approach to Geometry

Pays particular attention to historical development and preliminary approaches that support the contemporary geometrical notions; Links classical surface theory in the three dimensional real space to modern Riemannian geometry.