拉马努金是怎么发现那些壮观的公式的?

拉马努金是怎么发现那些壮观的公式的?

谢邀。。我下面的回答是基于1936年哈代的一篇关于拉马努金的演讲《印度数学家拉马努金》写出来的,原译文可见于哈代《一个数学家的辩白》中文版附录。

我到现在还是以为哈代是最好的了解拉马努金及其数学的渠道,就算是他的很好的传记《知无涯者》,我也觉得不够直接。

(关于他具体是怎么发现的这些恒等式,连哈代都不清楚,我有哪能得知,下面只是给出拉马努金这个人的数学及其“恒等式”一个轮廓、大概的印象。)

哈代给拉马努金的定位是:

我觉得说得挺好的。

拉马努金在印度之时,数学一直很好,而激发拉马努金的研究天赋的是,卡尔的《纯粹与应用数学基本结果概要》一书,这本书系统阐述了6165条定理,以比较科学的形式罗列着,并附上了证明(但是这部分比较无聊)。该书内容对三角学、微积分、解析几何都有涉猎,不过明显作者最偏爱积分、级数,也是他讲得最好的部分,这也是拉马努金所钟爱的部分。这本书对拉马努金的影响,说多大都不为过

不过该书一点没讲函数论和椭圆函数,所以哈代怀疑拉马努金可能至死也不曾解析函数的概念,而又对他从哪里获得的与椭圆函数有关的知识表达了疑惑。

拉马努金的笔记本,实际上可以看做他学习这本书所做的读书笔记,他沿袭了这本书展示定理的方式。他证明了这书里的一些内容,因为没有其他书的帮助,对他而言,每个解法都是一项研究。他除了做一些证明,另外做出的推广则显得更为丰富、重要,不过几乎完全没有证明。

(关于没有证明这一点,我觉得并不全是因为他当时没有“证明”的概念,更大程度上是因为书写用纸太贵,他写笔记时极为拮据,根本不可能有那么多纸去完整地写下证明。伟大如黎曼,晚年用纸都是十分拮据的,以致后人看他的草稿纸,都很难找到些什么,好多年过后才有西格尔找到了如何计算黎曼零点)

另外关于拉马努金曾说的“娜玛卡女神在梦中用公式向他启示”,我觉得更像是一种譬喻。毕竟,按哈代的分析,拉马努金是不“信”神的。

下面一起看看哈代在这篇文章里所举的15个“拉马努金式”的恒等式

这15个式子,算是比较典型的了。(1)-(4),是典型的级数公式;(5)-(7)则为定积分式子;(8)-(12)是连分数有关的;(13)是椭圆函数里一种容易得到的推论;(14)(15)是有问题的。积分、级数、连分数是拉马努金的恒等式里出现得最多的,加上椭圆函数,和最后一个与数论相关的式子,加上一定的出错比例,这确实是一份代表性很强的样本。

而里面的(2)(7)(8)都是已有人发现的,(13)也早已有类似结论为前人所证,哈代也说椭圆函数方面的专家能立刻看出其是以某种方法从“复乘法”理论中推导出来的,(5)(6)这种则为哈代这种定积分高手所证。用哈代的话来说,(14)虽然错了,但确是他最富成果的研究之一,这指引了他和拉马努金在这一领域的重要研究。(15)则完全是误入歧途了

细究起来,拉马努金的“大部分”工作(在对拉马努金的笔记本的后续发掘中,得到的很多东西是原创度很高的结果),都是早已发现的,他在印度时的环境,根本无法得知欧洲数学发展到何种地步,所做的很多工作都是徒劳的重复。有的工作到底是学来的,还是自己发现的,连哈代都难以断言

另外可以说一说他在数论上的贡献,因为这里也有他写下的恒等式。

他在雅可比工作的基础上,发展了将整数表示为平方数之和的理论;他的笔记本里的笔记显示,他独立地发现了素数定理;他也独立发现了黎曼Zeta函数的函数方程,泊松和阿贝尔的一些结果。

而另一个广为人知的故事是关于数字1729的,哈代以为是一个寻常甚至糟糕的数,拉马努金却很快反应过来这个数是个非常有趣的数,它是最小的能以两种不同方式写成两立方和的数。

故事还有后续。哈代立马问四次方的情形,拉马努金思索一番过后回答说找不到明显的例子,他认为这样的第一个数一定非常大。(事实上,欧拉早已给出第一个这样的数,即635318657。)

而我前面提到的关于拉马努金在数论上的恒等式,则是说的拉马努金关于tau-函数的著名猜想,其是以等式的形式给出的,该猜想中最难的部分是在格罗滕迪克建立代数几何体系后,由其弟子德利涅证明的。其余部分可以参考我在这个问题下的回答的这个回答: 介绍一下最著名的拉马努金猜想? 里面给出了一点资料,有其部分证明。