十九世紀(jì)是數(shù)學(xué)史上創(chuàng)造精神和嚴(yán)格精神高度發(fā)揚(yáng)的時(shí)代。復(fù)變函數(shù)論的創(chuàng)立和數(shù)學(xué)分析的嚴(yán)格化，非歐幾何的問(wèn)世和射影幾何的完善，群論和非交換代數(shù)的誕生，是這一世紀(jì)典型的數(shù)學(xué)成就。它們所蘊(yùn)含的新思想，深刻地影響著二十世紀(jì)的數(shù)學(xué)。
十九世紀(jì)數(shù)學(xué)發(fā)展的概貌
十八世紀(jì)數(shù)學(xué)發(fā)展的主流是微積分學(xué)的擴(kuò)展，它與力學(xué)和天文學(xué)的問(wèn)題緊密相聯(lián)。微積分的運(yùn)用使這些自然科學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展，至十八世紀(jì)末，它們達(dá)到了一種相對(duì)完美的程度。
然而，將數(shù)學(xué)和這些自然科學(xué)基本上視為一體的觀念，使當(dāng)時(shí)一些著名的數(shù)學(xué)家，如拉格朗日、歐拉、達(dá)朗貝爾等對(duì)數(shù)學(xué)的前途產(chǎn)生了悲觀情緒，他們覺(jué)得數(shù)學(xué)泉源已近枯竭。
而實(shí)際上，此時(shí)的數(shù)學(xué)正處于興旺發(fā)達(dá)的前夜：18世紀(jì)的數(shù)學(xué)家忙于獲取微積分的成果與應(yīng)用，較少顧及其概念與方法的嚴(yán)密性，到十八世紀(jì)末，為微積分奠基的工作已緊迫地?cái)[在數(shù)學(xué)家面前；另一方面，處于數(shù)學(xué)中心課題之外的數(shù)學(xué)分支已積累了一批重要問(wèn)題，如復(fù)數(shù)的意義、歐式幾何中平行公設(shè)的地位，高次代數(shù)方程根式解的可能性等，它們大都是從數(shù)學(xué)內(nèi)部提出的課題；再者，自十八世紀(jì)后期開(kāi)始，自然科學(xué)出現(xiàn)眾多新的研究領(lǐng)域，如熱力學(xué)、流體力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、測(cè)地學(xué)等等，從數(shù)學(xué)外部給予數(shù)學(xué)以新的推動(dòng)力。上述因素促成了十九世紀(jì)數(shù)學(xué)充滿活力的創(chuàng)新與發(fā)展。
十九世紀(jì)歐洲的社會(huì)環(huán)境也為數(shù)學(xué)發(fā)展提供了適宜的舞臺(tái)，法國(guó)資產(chǎn)階級(jí)大革命所造成的民主精神和重視數(shù)學(xué)教育的風(fēng)尚，鼓勵(lì)大批有才干的青年步入數(shù)學(xué)教育和研究領(lǐng)地。法國(guó)在十九世紀(jì)一直是最活躍的數(shù)學(xué)中心之一，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀人才，如傅里葉、泊松、彭賽列、柯西、劉維爾、伽羅華、埃爾米特、若爾當(dāng)、達(dá)布、龐加萊、阿達(dá)馬。他們?cè)趲缀跛械臄?shù)學(xué)分支中都作出了卓越貢獻(xiàn)。法國(guó)革命的影響波及歐洲各國(guó)，使整個(gè)學(xué)術(shù)界思想十分活躍，突破了一切禁區(qū)。
英國(guó)新一代數(shù)學(xué)家克服近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)以牛頓為偶像的固步自封局面，成立了向歐洲大陸數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的“分析學(xué)會(huì)”，使英國(guó)進(jìn)入世界數(shù)學(xué)發(fā)展的潮流。皮科克、格林、哈密頓、西爾維斯特、凱萊、布爾等英國(guó)數(shù)學(xué)界的杰出人物，在代數(shù)學(xué)、代數(shù)幾何、數(shù)學(xué)物理方面的成就尤為突出。
德國(guó)在1870年統(tǒng)一之前，資本主義發(fā)展比較緩慢，但從十八世紀(jì)下半葉起，它一直是思想意識(shí)領(lǐng)域十分活躍的地區(qū)，特別是思辨哲學(xué)強(qiáng)調(diào)事物內(nèi)部矛盾促進(jìn)事物發(fā)展的思想，對(duì)純粹數(shù)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了有益的影響。
從高斯登上數(shù)學(xué)舞臺(tái)至十九世紀(jì)下半葉，德國(guó)逐漸發(fā)展成為與法國(guó)并駕齊驅(qū)的又一個(gè)世界數(shù)學(xué)中心，除高斯外，施陶特、普呂克、雅可比、狄利克雷、格拉斯曼、庫(kù)默爾、魏爾斯特拉斯、克羅內(nèi)克、黎曼、戴德金、康托爾、克萊因、希爾伯特都無(wú)愧為十九世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家。
處于數(shù)學(xué)中心之外的國(guó)家和地區(qū)，也出現(xiàn)不少優(yōu)秀學(xué)者，最突出的有挪威的阿貝爾和李，捷克的波爾查諾、俄國(guó)的羅巴切夫斯基、切比雪夫和柯瓦列夫斯卡婭，匈牙利的波爾約，意大利的貝爾特拉米和里奇等。這種人才輩出的局面在數(shù)學(xué)史上是空前的。
十九世紀(jì)數(shù)學(xué)突破分析學(xué)獨(dú)占主導(dǎo)地位的局面，幾何、代數(shù)、分析各分支出現(xiàn)如雨后春筍般的竟相發(fā)展。僅在十九世紀(jì)的前30多年中，一批二三十歲的年輕數(shù)學(xué)家就在數(shù)論、射影幾何、復(fù)變函數(shù)、微分幾何、非歐幾何、群論等領(lǐng)域作出開(kāi)創(chuàng)性的成績(jī)。
隨著眾多新研究方向的開(kāi)拓和證明嚴(yán)格化的要求，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始埋頭于較窄的領(lǐng)域作精細(xì)的研究。如阿貝爾主要從事分析與代數(shù)學(xué)研究，彭賽列專攻射影幾何，伽羅瓦關(guān)心代數(shù)方程的可解性。只有高斯和柯西仍然關(guān)心科學(xué)與數(shù)學(xué)中幾乎所有的問(wèn)題。
在十九世紀(jì)下半葉，一些數(shù)學(xué)家注意了各分支間的聯(lián)系，最著名的有克萊因的埃爾朗根綱領(lǐng)，在幾何中引進(jìn)群的觀點(diǎn)，取得很大成功，但專門化的研究方式尚處于方興未艾的階段。從十九世紀(jì)晚期開(kāi)始的將數(shù)學(xué)各分支奠基于公理體系之上的運(yùn)動(dòng)，又推進(jìn)了各分支的細(xì)分，這種傾向一直延續(xù)到二十世紀(jì)。
十九世紀(jì)數(shù)學(xué)家的工作方式呈現(xiàn)出全新的、不同于十八世紀(jì)的特色。數(shù)學(xué)成為一項(xiàng)得到全社會(huì)承認(rèn)的職業(yè)，數(shù)學(xué)家主要在大量培養(yǎng)人才的新型大學(xué)教書，研究與教學(xué)有機(jī)地聯(lián)系在一起。法國(guó)的巴黎綜合工科學(xué)校、巴黎高等師范大學(xué)，德國(guó)的柏林大學(xué)、格丁根大學(xué)是當(dāng)時(shí)最重要的數(shù)學(xué)研究與教學(xué)中心。
由于數(shù)學(xué)家人數(shù)與成果的劇增交流思想與成果的渠道增多了，數(shù)學(xué)雜志成了重要的傳播媒介。法國(guó)的熱爾崗編輯出版了《純粹與應(yīng)用數(shù)學(xué)年刊》，是最早的專門數(shù)學(xué)期刊。之后，高水平的數(shù)學(xué)雜志相繼問(wèn)世，最著名的有克雷爾創(chuàng)辦的德文的《純粹與應(yīng)用數(shù)學(xué)雜志》，劉維爾創(chuàng)辦的法文的《純粹與應(yīng)用數(shù)學(xué)雜志》。
到十九世紀(jì)后半葉，隨著各國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)的問(wèn)世，各種會(huì)刊及專門雜志顯著增加。這些數(shù)學(xué)會(huì)還在推動(dòng)本國(guó)數(shù)學(xué)發(fā)展和促進(jìn)國(guó)際學(xué)術(shù)交流方面發(fā)揮積極作用。最早成立的是倫敦?cái)?shù)學(xué)會(huì)，之后創(chuàng)建的有法國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)、美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)和德國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)。在接近世紀(jì)之末，由各國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)發(fā)起在瑞士蘇黎世召開(kāi)了第一屆國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì)，后成為一項(xiàng)定期舉行的國(guó)際學(xué)術(shù)活動(dòng)�！ �
十九世紀(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展錯(cuò)綜復(fù)雜，粗略地可以分為四個(gè)階段。
數(shù)論、分析與幾何的創(chuàng)新階段
這一階段從十九世紀(jì)初到十九世紀(jì)二十年代。
1801年，高斯發(fā)表《算術(shù)研究》，這部象征近代數(shù)論起點(diǎn)的巨著，同時(shí)也打開(kāi)了數(shù)學(xué)新世紀(jì)的大門。十九世紀(jì)前的數(shù)論主要是一些漂亮但卻孤立的成果，高斯一方面將這些成果系統(tǒng)化，對(duì)問(wèn)題及方法加以分類，同時(shí)開(kāi)辟了全新的課題及方法。樹(shù)立了嚴(yán)格證明的典范，認(rèn)為找出簡(jiǎn)單漂亮的證明，有助于掌握問(wèn)題的實(shí)質(zhì)并發(fā)現(xiàn)不同問(wèn)題間的聯(lián)系(典型的是他給出了二次互反律的七個(gè)證明)。
高斯的觀點(diǎn)代表了十九世紀(jì)對(duì)數(shù)學(xué)嚴(yán)密性追求的時(shí)代精神，也指出了純粹數(shù)學(xué)發(fā)展的一條途徑。同年，高斯依據(jù)少量觀測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用誤差分析等方法計(jì)算出谷神星的軌道，準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)了這顆小行星在天空出現(xiàn)的時(shí)刻，哄動(dòng)了科學(xué)界。高斯在一生中始終對(duì)理論與應(yīng)用同等重視，他的成就一直鼓舞著最有才華的數(shù)學(xué)家。他和阿基米德、牛頓一起，被認(rèn)為是歷史上最偉大的數(shù)學(xué)家。
1807年，傅里葉向巴黎科學(xué)院提交了一篇關(guān)于熱傳導(dǎo)的文章，在解熱傳導(dǎo)方程時(shí)，提出任意函數(shù)可用三角級(jí)數(shù)表示。這是分析學(xué)在十九世紀(jì)的首項(xiàng)重要工作，它不僅使分析方法進(jìn)入新的物理領(lǐng)域，而且擴(kuò)展了函數(shù)概念，推進(jìn)了偏微分方程理論。對(duì)傅里葉級(jí)數(shù)收斂點(diǎn)的研究，最終導(dǎo)致康托爾創(chuàng)立集合論。由于傅里葉級(jí)數(shù)在應(yīng)用中的重要性，研究其收斂性成為分析嚴(yán)格化的動(dòng)力之一。
十九世紀(jì)分析嚴(yán)格化的倡導(dǎo)者有高斯、波爾查諾、柯西、阿貝爾和狄利克雷等人。1812年，高斯對(duì)一類具體的級(jí)數(shù)──超幾何級(jí)數(shù)，進(jìn)行了嚴(yán)密研究，這是歷史上第一項(xiàng)重要的有關(guān)級(jí)數(shù)收斂性的工作。1817年，波爾查諾首先拋棄無(wú)窮小量概念，用極限觀念給出導(dǎo)數(shù)和連續(xù)性的定義，并得到判別級(jí)數(shù)收斂的一般準(zhǔn)則(現(xiàn)稱柯西準(zhǔn)則)，由于他的工作長(zhǎng)期被埋沒(méi)，因此對(duì)當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)的發(fā)展沒(méi)有產(chǎn)生影響，是數(shù)學(xué)史上一件憾事。
柯西是對(duì)分析嚴(yán)格化影響最大的學(xué)者，1821年發(fā)表了《分析教程》，除獨(dú)立得到波爾查諾的基本結(jié)果，還用極限概念定義了連續(xù)函數(shù)的定積分，這是建立分析嚴(yán)格理論的第一部重要著作。值得注意的是，柯西的分析理論基本上基于幾何直觀，按現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)衡量仍不夠嚴(yán)密。阿貝爾一直強(qiáng)調(diào)分析中定理的嚴(yán)格證明，在1826年最早使用一致收斂的思想，證明了連續(xù)函數(shù)的一個(gè)一致收斂級(jí)數(shù)的和在收斂區(qū)域內(nèi)部連續(xù)。
柯西在建立嚴(yán)格的分析理論的同時(shí)，還為十九世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)創(chuàng)造──單復(fù)變函數(shù)論奠定了基礎(chǔ)。1814～1825年間，他得到了計(jì)算復(fù)函數(shù)沿復(fù)平面上路徑積分的基本定理和留數(shù)計(jì)算公式。由于柯西的工作，復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)論在十九世紀(jì)20年代為廣大數(shù)學(xué)家所熟悉。1826年，阿貝爾和雅可比創(chuàng)立了橢圓函數(shù)理論，成為復(fù)變函數(shù)論蓬勃發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)。
十九世紀(jì)最富革命性的創(chuàng)造當(dāng)屬非歐幾何。自古希臘時(shí)代始，歐氏幾何一直被認(rèn)為是客觀物質(zhì)空間惟一正確的理想模型，是嚴(yán)格推理的典范。16世紀(jì)后的數(shù)學(xué)家在論證代數(shù)或分析結(jié)果的合理性時(shí)，都試圖歸之為歐氏幾何問(wèn)題。
但歐氏幾何的平行公設(shè)曾引起數(shù)學(xué)家的持久的關(guān)注，以弄清它和其他公理、公設(shè)的關(guān)系。這個(gè)煩擾了數(shù)學(xué)家千百年的問(wèn)題，終于被高斯、羅巴切夫斯基和波爾約各自獨(dú)立解決。高斯在1816年已認(rèn)識(shí)到平行公設(shè)不可能在歐氏幾何其他公理、公設(shè)的基礎(chǔ)上證明，得到在邏輯上相容的非歐幾何，其中平行公設(shè)不成立，但由于擔(dān)心受人指責(zé)而未發(fā)表。
1825年左右，波爾約和羅巴切夫斯基分別得到同樣的結(jié)果，并推演了這種新幾何中的一些定理。羅巴切夫斯基1829年的文章《論幾何基礎(chǔ)》是最早發(fā)表的非歐幾何著作，因此這種幾何也稱為羅巴切夫斯基幾何。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)是簡(jiǎn)單的，但觀念的變革是深刻的，歐氏幾何不再是神圣的，數(shù)學(xué)家步入了創(chuàng)造新幾何的時(shí)代。
非歐幾何對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的空間形式提供了有力武器，但由于它背叛傳統(tǒng)，創(chuàng)立之初未受到數(shù)學(xué)界的重視。只是當(dāng)高斯有關(guān)非歐幾何的通信和筆記在他1855年去世后出版時(shí)，才因高斯的名望而引起數(shù)學(xué)家們的關(guān)注。
十九世紀(jì)前半葉最熱門的幾何課題是射影幾何。1822年，彭賽列發(fā)表《論圖形的射影性質(zhì)》，這是他1813～1814年被俘關(guān)在俄國(guó)時(shí)開(kāi)始研究的總結(jié)。他探討幾何圖形在任一投影下所有截影所共有的性質(zhì)，他的方法具有象解析幾何那樣的普遍性。1827年左右，普呂克等人引進(jìn)齊次坐標(biāo)，用代數(shù)方法研究射影性質(zhì)，豐富了射影幾何的內(nèi)容。
對(duì)純幾何問(wèn)題興趣的增長(zhǎng)，并未減弱分析在幾何中的應(yīng)用。高斯從1816年起參與大地測(cè)量和地圖繪制工作，引起他對(duì)微分幾何的興趣。1827年他發(fā)表的《關(guān)于曲面的一般研究》，為這一數(shù)學(xué)分支注入了全新的思想，開(kāi)創(chuàng)了微分幾何的現(xiàn)代研究。
代數(shù)觀念的變革時(shí)期
代數(shù)思想的革命發(fā)生在十九世紀(jì)30～40年代。
1830年，皮科克的《代數(shù)學(xué)》問(wèn)世，書中對(duì)代數(shù)運(yùn)算的基本法則進(jìn)行了探索性研究。在這之前，代數(shù)的符號(hào)運(yùn)算實(shí)際僅是實(shí)數(shù)與復(fù)數(shù)運(yùn)算的翻版。皮科克試圖建立一門更一般的代數(shù)，它僅是符號(hào)及其滿足的某些運(yùn)算法則的科學(xué)。他和德?摩根等英國(guó)學(xué)者圍繞這一目標(biāo)的工作，為代數(shù)結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)的形成及代數(shù)公理化研究作了嘗試，因而皮科克被譽(yù)為“代數(shù)中的歐幾里得”。皮科克的目標(biāo)雖然很有價(jià)值，但方法過(guò)于含糊，無(wú)法達(dá)到他的愿望。
代數(shù)中更深刻的思想來(lái)自于數(shù)學(xué)史上傳奇式的人物伽羅華。在1829～1832年間，他提出并論證了代數(shù)方程可用根式解的普遍判別準(zhǔn)則，從概念和方法上為最基本的一種代數(shù)結(jié)構(gòu)(群)理論奠定了基礎(chǔ)，闡明了群的正規(guī)子群及同構(gòu)等重要概念。
伽羅瓦在1832年去世前，幾次向巴黎科學(xué)院遞交他的論文，均未獲答復(fù)。他的理論在1846年由劉維爾發(fā)表之前幾乎無(wú)人知曉，到十九世紀(jì)60年代后才引起重視，這是數(shù)學(xué)史上新思想歷經(jīng)磨難終放異彩的最典型的例證。
另一項(xiàng)引起代數(shù)觀念深刻變革的成果，歸功于哈密頓和格拉斯曼。哈密頓在用“數(shù)對(duì)”表示復(fù)數(shù)并探究其運(yùn)算規(guī)則時(shí)，試圖將復(fù)數(shù)概念推廣到三維空間，未獲成功，但卻意想不到的創(chuàng)立了四元數(shù)理論，時(shí)間是1843年。
四元數(shù)是第一個(gè)被構(gòu)造出的不滿足乘法交換律的數(shù)學(xué)對(duì)象。從此，數(shù)學(xué)家便突破了實(shí)數(shù)與復(fù)數(shù)的框架，比較自由地構(gòu)作各種新的代數(shù)系統(tǒng)。四元數(shù)理論一經(jīng)問(wèn)世便引來(lái)數(shù)學(xué)與物理學(xué)家的討論，它本身雖沒(méi)有廣泛應(yīng)用，但成為向量代數(shù)、向量分析以及線性結(jié)合代數(shù)理論的先導(dǎo)。1844年，格拉斯曼在討論 n維幾何時(shí)，獨(dú)立得到更一般的具有 n個(gè)分量的超復(fù)數(shù)理論，這一高度獨(dú)創(chuàng)的成果由于表達(dá)晦澀，無(wú)法為當(dāng)時(shí)的學(xué)者所理解。
在這一時(shí)期，還誕生了代數(shù)不變量理論，這是從數(shù)論中的二次型及射影幾何中的線性變換引伸出的課題。1841年左右，凱萊受布爾的影響開(kāi)始研究代數(shù)型在線性變換下的不變量。之后，尋找各種特殊型的不變量及不變量的有限基，成為十九世紀(jì)下半葉最熱門的研究課題，出現(xiàn)了人數(shù)眾多的德國(guó)學(xué)派，進(jìn)而開(kāi)辟了代數(shù)幾何的研究領(lǐng)域。
數(shù)論中的重要問(wèn)題，往往成為新思想發(fā)展的酵母。1844年，庫(kù)默爾在研究費(fèi)馬大定理時(shí)提出了理想數(shù)理論，借助理想數(shù)可證明在惟一因子分解定理不成立的代數(shù)數(shù)域中，普通數(shù)論中的某些結(jié)果仍成立。
在這代數(shù)學(xué)豐產(chǎn)的時(shí)期，幾何、分析和數(shù)論也都有長(zhǎng)足的進(jìn)步。格林在討論變密度橢球體的引力問(wèn)題時(shí)，考慮了 n維位勢(shì)；凱萊在分析學(xué)中討論了具有 n個(gè)坐標(biāo)的變量；格拉斯曼則直接從幾何上建立高維空間理論。他們從不同角度導(dǎo)出超越直觀的 n維空間概念。施陶特確立了不依賴歐氏空間的長(zhǎng)度概念的射影幾何體系，從邏輯上說(shuō)明射影幾何比歐氏幾何更基本。
分析的嚴(yán)格化在繼續(xù)。狄利克雷按變量間對(duì)應(yīng)的說(shuō)法給出現(xiàn)代意義下的函數(shù)定義。魏爾斯特拉斯開(kāi)始了將分析奠基于算術(shù)的工作，從1842年起采用明確的一致收斂概念于分析學(xué)，使級(jí)數(shù)理論更趨完善。
值得注意的是，未經(jīng)嚴(yán)格證明的分析工具仍被廣泛使用，在獲得新結(jié)果方面顯示威力。格林首先使用了位勢(shì)函數(shù)的極小化積分存在的原理，即現(xiàn)稱的狄利克雷原理，它的嚴(yán)格理論遲至1904年才為希爾伯特闡明，但是在十九世紀(jì)50年代就已成為黎曼研究分析學(xué)的重要工具。
隨著分析工具的逐步完善，數(shù)學(xué)家開(kāi)始更自覺(jué)地在數(shù)學(xué)其他分支使用它們。除微分幾何外，解析數(shù)論也應(yīng)運(yùn)而生。1837年，狄利克雷在證明算術(shù)序列包含無(wú)窮多素?cái)?shù)時(shí)，精心使用了級(jí)數(shù)理論，這是近代解析數(shù)論最早的重要成果。劉維爾則在1844年首次證明了超越數(shù)的存在，引起數(shù)學(xué)家對(duì)尋找超越數(shù)和證明某些特殊的數(shù)為超越數(shù)的興趣。在下半世紀(jì)，林德曼利用埃爾米特證明 e為超越數(shù)的方法，證明了π的超越性，從而徹底解決了化圓為方問(wèn)題。
數(shù)學(xué)新思想的深化階段
這一階段從十九世紀(jì)五十年代到十九世紀(jì)七十年代。
1851年，黎曼的博士論文《單復(fù)變函數(shù)一般理論的基礎(chǔ)》第一次明確了單值解析函數(shù)的定義，指出了實(shí)函數(shù)與復(fù)函數(shù)導(dǎo)數(shù)的基本差別，特別是闡述了現(xiàn)稱為黎曼面的概念和共形映射定理，開(kāi)創(chuàng)了多值函數(shù)研究的深刻方法，打通了復(fù)變函數(shù)論深入發(fā)展的道路。黎曼本人利用這一思想出色地探討了阿貝爾積分及其反演阿貝爾函數(shù)，1854年，黎曼為獲大學(xué)講師資格，提交了兩篇論文，其中《關(guān)于作為幾何學(xué)基礎(chǔ)的假設(shè)》是數(shù)學(xué)史上影響最深遠(yuǎn)的作品之一。
在十九世紀(jì)前半葉，數(shù)學(xué)家已認(rèn)識(shí)到存在不同于歐氏幾何的新幾何學(xué)，并發(fā)展了內(nèi)蘊(yùn)幾何和高維幾何的理論，但它們處于分散與孤立的狀態(tài)。黎曼以其深刻的洞察力將三者統(tǒng)一于 n維流形的理論，開(kāi)始了現(xiàn)代微分幾何學(xué)研究。
這是關(guān)于任意維空間的內(nèi)蘊(yùn)幾何，黎曼以二次微分形式定義流形的度量，給出了流形曲率的概念。他還論證了能在球面上實(shí)現(xiàn)二維正的常曲率空間。據(jù)說(shuō)黎曼的深刻思想當(dāng)時(shí)只有高斯能理解。經(jīng)十九世紀(jì)60年代貝爾特拉米等人的介紹與推進(jìn)，黎曼的理論才開(kāi)始為廣大數(shù)學(xué)家領(lǐng)悟，他們對(duì)微分不變量的研究，最后導(dǎo)致里奇創(chuàng)立張量理論。
在另一篇論文中，黎曼探討了將積分概念推廣到間斷函數(shù)上去，提出了現(xiàn)稱為黎曼積分的概念。他構(gòu)造了具有無(wú)窮間斷點(diǎn)而按他的定義仍可積的函數(shù)。尋找這類函數(shù)是十九世紀(jì)70～80年代很時(shí)髦的課題。沿著擴(kuò)展積分概念的方向，后來(lái)的數(shù)學(xué)家得到各種廣義積分，最著名的當(dāng)屬二十世紀(jì)初出現(xiàn)的勒貝格積分。
1859年，黎曼研究 ζ函數(shù)的復(fù)零點(diǎn)，提出著名的黎曼猜想。黎曼的思想，在幾何、分析、數(shù)論領(lǐng)域長(zhǎng)盛不衰，有力地影響著十九世紀(jì)后期以至二十世紀(jì)的數(shù)學(xué)研究。
魏爾斯特拉斯在這一時(shí)期繼續(xù)分析算術(shù)化的工作，提出了現(xiàn)代通用的極限定義，即用靜態(tài)的方法(不等式)刻畫變化過(guò)程。他構(gòu)造出處處不可微的連續(xù)函數(shù)實(shí)例，告誡人們必須精細(xì)地處理分析學(xué)的對(duì)象，對(duì)實(shí)變函數(shù)論的興起起了催化作用。在復(fù)變函數(shù)論方面，他提出了基于冪級(jí)數(shù)的解析開(kāi)拓理論。魏爾斯特拉斯的眾多成果出自他任中學(xué)教員的時(shí)期，到1859年出任柏林大學(xué)教師后才廣為人知。由于他為分析奠基的出色成就，后被譽(yù)為“現(xiàn)代分析之父”。
當(dāng)?shù)聡?guó)學(xué)者在分析與幾何領(lǐng)域大放異彩之時(shí)，英國(guó)學(xué)者繼續(xù)發(fā)揮他們?cè)诖鷶?shù)中的優(yōu)勢(shì)。1854年，布爾發(fā)表了《思維規(guī)律的研究》，創(chuàng)立了符號(hào)邏輯代數(shù)，這是使演繹推理形式化的有力工具。布爾強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的本質(zhì)不是探究對(duì)象的內(nèi)容，而是研究其形式，因而數(shù)學(xué)不必限于討論數(shù)和連續(xù)量的問(wèn)題，可由符號(hào)表示的一切事物都可納入數(shù)學(xué)領(lǐng)域。
1855年，凱萊在研究線性變換的不變量時(shí)，系統(tǒng)地提出矩陣概念及其運(yùn)算法則。矩陣是繼四元數(shù)之后的又一類不滿足乘法交換律的數(shù)學(xué)對(duì)象，它們和群論都是推動(dòng)抽象代數(shù)觀點(diǎn)形成發(fā)展的重要因素。在凱萊之后，矩陣?yán)碚摬粩嗤晟�，不僅成為數(shù)學(xué)中的銳利武器，還是描述和解決物理問(wèn)題的有效武器。
基于對(duì)矩陣和四元數(shù)的認(rèn)識(shí)，凱萊還引進(jìn)了抽象群的概念，但未立刻引起重視，抽象群論的發(fā)展還有待于對(duì)各種具體的群作深入的研究。
十九世紀(jì)60年代末，若爾當(dāng)擔(dān)起了向數(shù)學(xué)界闡明伽羅瓦理論的重任，在發(fā)表于1870年的《置換論》中，他對(duì)置換群理論及其與伽羅瓦方程論的聯(lián)系作出清晰的總結(jié)，為群論在十九世紀(jì)最后30年間的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
在這一時(shí)期，數(shù)學(xué)家對(duì)射影幾何及非歐幾何的認(rèn)識(shí)也日趨深化。1859年，凱萊論證了歐氏空間的度量性質(zhì)并非圖形本身的屆性，而可以借助某種特定圖形按射影概念加以建立，說(shuō)明歐氏幾何是射影幾何的一部分。克萊因發(fā)揮凱萊的思想，同樣論證非歐幾何也可以包括在射影幾何之內(nèi)。這樣便徹底澄清了射影幾何與那些度量幾何的關(guān)系，鋪平了幾何公理化發(fā)展的道路。
1868年，貝爾特拉米在偽球面上實(shí)現(xiàn)了羅巴切夫斯基幾何，在歐氏空間中給出直觀上難以想象的非歐幾何模型。之后克萊因和龐加萊分別給出各自的非歐幾何模型，說(shuō)明非歐幾何本身的相容性(即無(wú)矛盾性)與歐氏幾何一致，加速了人們接受非歐幾何的進(jìn)程。
在60年代末70年代初，由高斯在十九世紀(jì)初開(kāi)辟的代數(shù)數(shù)論研究，經(jīng)由戴德金和克羅內(nèi)克等人的推進(jìn)，形成為內(nèi)容豐富的現(xiàn)代數(shù)學(xué)分支。戴德金引進(jìn)一種代數(shù)數(shù)類代替庫(kù)默爾的理想數(shù)，重建了代數(shù)數(shù)域中的惟一因子分解定理，創(chuàng)立了理想論。克羅內(nèi)克則另辟蹊徑，得到相似的概念，并創(chuàng)立有理函數(shù)域論，引進(jìn)在域上添加代數(shù)量生成擴(kuò)域的方法。
這里，需要提及概率論中的幾項(xiàng)重要成果。在十九世紀(jì)，概率論的發(fā)展不象數(shù)學(xué)其他分支那樣突出。自拉普拉斯之后，泊松曾得到著名的泊松分布。更重要的是切比雪夫關(guān)于獨(dú)立隨機(jī)變量序列的大數(shù)律和某類獨(dú)立隨機(jī)變量序列的中心極限定理，概率論的系統(tǒng)理論到二十世紀(jì)才完成。
綜上所述，可看到十九世紀(jì)前半葉出現(xiàn)的新思想，在這20多年間變得更成熟，形成了眾多獨(dú)立的研究方向或分支學(xué)科。
數(shù)學(xué)公理化運(yùn)動(dòng)的初創(chuàng)期
這一階段從十九世紀(jì)七十年代初到十九世紀(jì)末。數(shù)學(xué)經(jīng)過(guò)十九世紀(jì)前七十年的發(fā)展，討論基礎(chǔ)問(wèn)題的條件已趨成熟。與以前的世紀(jì)不同，十九世紀(jì)的數(shù)學(xué)家最終選擇算術(shù)而不是幾何作為本門科學(xué)的基礎(chǔ)。
幾何中普呂克有關(guān)齊次坐標(biāo)的研究，分析中魏爾斯特拉斯的靜態(tài)方法都反映了這種傾向。但是算術(shù)中最基本的實(shí)數(shù)概念始終是模糊的�？挛鞯膶�(shí)數(shù)定義有嚴(yán)重缺陷，犯了循環(huán)定義的錯(cuò)誤。
1872年，魏爾斯特拉斯、康托爾、戴德金和其他一些數(shù)學(xué)家，在確認(rèn)有理數(shù)存在的前提下，通過(guò)不同途徑給無(wú)理數(shù)下了精確定義。又經(jīng)過(guò)不少數(shù)學(xué)家的努力，最終由意大利學(xué)者皮亞諾完成了有理數(shù)理論。1881年，他在《算術(shù)原理新方法》中，給出了自然數(shù)的公理體系，由此可從邏輯上嚴(yán)格定義正整數(shù)、負(fù)數(shù)、分?jǐn)?shù)、無(wú)理數(shù)。
康托爾在探討實(shí)數(shù)定義的同時(shí)，研究了傅里葉級(jí)數(shù)收斂點(diǎn)集的結(jié)構(gòu)，1874年起發(fā)表一系列有關(guān)無(wú)窮集合的文章，開(kāi)創(chuàng)了集合論這一基礎(chǔ)性的數(shù)學(xué)分支�？低袪柕某晒歉叨泉�(dú)創(chuàng)性的，他把無(wú)窮集本身作為研究對(duì)象，通過(guò)一一對(duì)應(yīng)方法，區(qū)分無(wú)窮集的大小，定義了集合的基數(shù)(或稱勢(shì))，引進(jìn)序型、序數(shù)以及一些屬于拓?fù)鋵W(xué)的基本概念。他提出了著名的連續(xù)統(tǒng)假設(shè)。
康托爾的工作影響十分深遠(yuǎn)：首先是重新喚起人們對(duì)實(shí)無(wú)窮的研究，開(kāi)拓了點(diǎn)集拓?fù)涞念I(lǐng)域；第二，使人們把函數(shù)的定義域建立在一般的點(diǎn)集之上，推動(dòng)了測(cè)度論和泛函分析的研究；第三，由于集合論的內(nèi)在矛盾，激發(fā)起對(duì)數(shù)理邏輯和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的深入研究。
但集合論問(wèn)世之初，曾遭到一些著名數(shù)學(xué)家的激烈反對(duì)，以至康托爾晚年處于精神崩潰狀態(tài)。到十九世紀(jì)末，阿達(dá)馬等證實(shí)了康托爾的理論在分析學(xué)中的重要應(yīng)用，才使這一理論得到轉(zhuǎn)機(jī)，終于成為二十世紀(jì)數(shù)學(xué)研究的一個(gè)基礎(chǔ)。
分析的嚴(yán)格化以皮亞諾的自然數(shù)公理體系的建立而告一段落。這種公理化的傾向也同樣在其他數(shù)學(xué)分支蔓延。弗雷格提出了邏輯公理體系，帕施得到了射影幾何的公理體系。最著名的是希爾伯特于1899年在《幾何基礎(chǔ)》中闡述的歐幾里得幾何的公理系統(tǒng)。他考慮了公理系統(tǒng)的獨(dú)立性、相容性和完備性，并證明歐幾里得幾何的相容性可歸結(jié)為算術(shù)的相容性。
希爾伯特的工作掀起了公理化的熱潮：一方面，數(shù)學(xué)家為各數(shù)學(xué)分支建立公理體系；另一方面，通過(guò)略去否定或其他方式改變所論體系的公理來(lái)探索新體系、新問(wèn)題。
公理化運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有限制新思想的萌生和對(duì)各種具體課題的研究，后者始終是數(shù)學(xué)發(fā)展中最活躍的因素。群論的應(yīng)用在這一時(shí)期特別引人矚目，1872年，克萊因受聘任埃爾朗根大學(xué)教授時(shí)，發(fā)表題為《關(guān)于近代幾何研究的比較考察》的講演(即著名的埃爾朗根綱領(lǐng))，他指出每種幾何可由特定的變換群來(lái)刻畫，各種幾何的研究?jī)?nèi)容是在相應(yīng)的變換群下的不變量，一種幾何的子幾何則是研究原變換群的子群的不變量。根據(jù)變換群的觀點(diǎn)，克萊因?qū)缀芜M(jìn)行了系統(tǒng)分類，揭示了群的概念在幾何中的統(tǒng)一作用(不包括一般的黎曼幾何和代數(shù)幾何)開(kāi)拓了研究幾何的一種有效的方法�？巳R因的工作體現(xiàn)了數(shù)學(xué)專門化趨勢(shì)中蘊(yùn)含的統(tǒng)一因素。
1874年，挪威數(shù)學(xué)家李在研究常微分方程與保持這些方程的解不變的變換群之間的關(guān)系時(shí)，創(chuàng)建了連續(xù)變換群理論(現(xiàn)稱李群)以及相應(yīng)的代數(shù)(現(xiàn)稱李代數(shù))。有了對(duì)具體的群的廣泛研究，抽象群論獲得了新生。1882年，德國(guó)數(shù)學(xué)家迪克受凱萊工作的鼓舞，引進(jìn)用生成元和生成元之間關(guān)系來(lái)定義群的抽象觀點(diǎn)，開(kāi)始抽象群論的系統(tǒng)研究。與此相伴的是分析與經(jīng)典代數(shù)方法對(duì)群論的應(yīng)用，即群的表示理論應(yīng)運(yùn)而生。
組合拓?fù)鋵W(xué)作為一門學(xué)科在十九世紀(jì)末登上了數(shù)學(xué)舞臺(tái)。龐加萊是這一領(lǐng)域的主要奠基者。龐加萊是當(dāng)時(shí)領(lǐng)頭的數(shù)學(xué)家之一，興趣廣泛，研究涉及眾多數(shù)學(xué)分支以至天體力學(xué)和物理科學(xué)。在探討描述行星運(yùn)動(dòng)的微分方程周期解時(shí)，他采用了拓?fù)溆^點(diǎn)分析奇點(diǎn)及積分曲線的結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了微分方程定性理論。在研究一般”維圖形的結(jié)構(gòu)時(shí)，引進(jìn)了一套系統(tǒng)的組合方法，為組合拓?fù)涞於嘶A(chǔ)。拓?fù)浜统橄蟠鷶?shù)的觀點(diǎn)和方法成為二十世紀(jì)最有影響的研究手段。
與龐加萊齊名的另一位著名數(shù)學(xué)家是希爾伯特。他不僅積極創(chuàng)導(dǎo)了公理化方法，而且特別重視數(shù)學(xué)中單個(gè)重大問(wèn)題的研究，認(rèn)為這是數(shù)學(xué)活力之所在。他本人就通過(guò)解決一系列具體問(wèn)題，得到許多重要方法。十九世紀(jì)末，他發(fā)表了兩個(gè)報(bào)告�！稊�(shù)論報(bào)告》系統(tǒng)總結(jié)了代數(shù)數(shù)論的全部成果，開(kāi)辟了類域論的研究方向。
1900年，在第二屆國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì)上，希爾伯特作了影響深遠(yuǎn)的題為《數(shù)學(xué)問(wèn)題》的報(bào)告，成為迎接二十世紀(jì)挑戰(zhàn)的宣言。
在數(shù)學(xué)分成幾十個(gè)分支各自獨(dú)立發(fā)展的形勢(shì)下，希爾伯特堅(jiān)信數(shù)學(xué)科學(xué)是一個(gè)不可分割的有機(jī)整體，它的生命力正是在于各部分之間的聯(lián)系。在十九世紀(jì)末，領(lǐng)頭數(shù)學(xué)家對(duì)數(shù)學(xué)前途充滿了信心，與十八世紀(jì)末的情景形成鮮明對(duì)照。龐加萊和希爾伯特的業(yè)績(jī)展示了二十世紀(jì)數(shù)學(xué)大發(fā)展的曙光。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.douzifanli.com/gaozhong/214908.html
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