概率概念的终结与数学概率论的肇始:不得不谈的雅各布·伯努利

文摘   教育   2024-04-22 09:01   陕西  

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从十七、十八两世纪以来,伯努利家族三代人中出现了八位卓越的科学家,是什么造就了如此卓越的伯努利家族?

没有人能解释。

真正让概率论成为一门独立数学分支的奠基人就是雅各布·伯努利,他也是这个家族中对其他家族成员从事数学影响最深远的一位!


无论是谁都能观察到:在大量重复同一试验时,某事件出现的频率(某个结果出现的次数与试验总次数的比值)就会稳定在某一个数值附近。

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牛人的兴趣

而雅各布·伯努利也观察到了这一个事实,不过他的兴趣不在以定理形式说出这个事实的存在,他感兴趣的是如何证明这个事实,找出这个事实的理论依据。

强人就是强人,不得不赞叹。但是雅各布喜欢数学和从事数学研究,却违背了老父亲尼古拉·伯努利的期望。


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家族影响与叛逆

伯努利家族几代先祖经商,也使得家族的相对生活比较稳定和殷实,

毕竟从16世纪后半叶,伯努利贾总从安特卫普(Antwerp)一路逃到法兰克福(Frankfurt),并在17世纪中叶,迁居到巴塞尔(Basel),因此家族逐渐形成了优先学习商科,其次是神学与医学的家训。后来,尼古拉·伯努利(Nikolaus Bernoulli)还成为了市议会的议员,可以说从商到入政。

尼古拉·伯努利(Nikolaus Bernoulli)有三个儿子,长子就是我们看到图表中第二行第一个:雅各布·伯努利(Jacob Bernoulli );次子和父亲同名,也叫尼古拉·伯努利(Nikolaus Bernoulli),老小是约翰·伯努利。

雅各布·伯努利(Jacob Bernoulli )遵从父亲老尼古拉·伯努利的期望,学习神学,但他天生对数学非常感兴趣,注意是非常感兴趣。这可让老尼古拉伤透了脑筋,眼见做出任何努力都无法阻止大儿子雅各布投身数学,他就希望自己的二儿子、小儿子能够做的让自己顺心顺意一些。

不过,这只是个开始。

老小约翰·伯努利也是对数学极其感兴趣,也是有样学样,和老哥一样,也步着雅各布的脚印走上了学习和研究数学之路,这对老尼古拉更是打击沉重。

老尼古拉更搞不懂,也想不通,经常让人陷入贫苦的数学,究竟有什么值得追求的?这个老尼古拉,有没有像某些提倡的大语文的……

雅各布与弟弟约翰

不过老尼古拉还是有一个称心的儿子,也就老二小尼古拉,继承了家业,本身不是数学家,这对老尼古拉应该是个慰藉。

这还是要多生几个孩子,大号练废了,至少还有小号,也许开出个王炸也不一定。

我们回来,继续聊那个熠熠生辉,影响到不少家族后辈的雅各布·伯努利(Jacob Bernoulli )。

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《猜度术与伯努利大数定理

他在取得神学硕士学位后,出发游历,做数学家教及传道的方式,挣一些川资路费,一路从日内瓦到法国、荷兰、英国……并发现自己最喜欢的还是数学,并且也获得了巴塞尔大学的教职,担任巴塞尔大学的教授,也就是在这一时期,也开始研究和证明,我们在文章开头提到的事实:

在大量重复同一试验时,某事件出现的频率(某个结果出现的次数与试验总次数的比值)就会稳定在某一个数值。

这个集中发表在了他的著作《猜度术》。该著作发表于1713年,也就是他去世8年后出版的。在其中,伯努利考察了理论概率和各种实际情况之间的关系,并且他认识到,在讨论寿命、健康等问题时,结果采用假设是个限制,他建议采用基于统计数据的办法,这样的做法,也加强了吉罗拉莫·卡尔达诺(吉罗拉莫·卡尔达诺(Girolamo Cardano, 1501年9月24日-1576年9月21日),意大利文艺复兴时期百科全书式的学者,古典概率论创始人。)的大数法则理念。

我们在上篇文章的结尾提到了这本有名的著作。

这个被我们称之为“伯努利大数定理”:

这个定理说明的就是,随着实验次数的增加,某事件出现的频率就会集中在该事件的概率附近。这也就是我们在初等数学,或者要求不高的现实问题中,常常以频率代替概率的理论依据。

伯努利大数定理从理论上给出了大量经验观测中呈现出来的稳定性,意义更加高端了一些:揭示了因偶然性的作用呈现的杂乱无章现象中的一种规律性。

用雅各布·伯努利非常自豪,嗨劲十足地话来说就是:

“这个问题,我压了20年没有发表,现在我打算把它公诸于世。它又难又新奇,但是它用处极大,以致在这门学问的所有其他分支中都有其高度的价值和地位。”

牛是吹了,不过也吹成了。

在1913年12月,数学家们在圣彼得堡科学院齐聚一堂,举行庆祝大会,纪念大叔定理诞生200周年。


《猜度术》标志着概率概念漫长形成过程的结束;

《猜度术》也标志着数学概率论的肇始。

不过这个家族的故事,还远远不至于这么一些。

微积分中也有他们家族的大量贡献。


参考书籍:

笹部贞市郎.2015.《这才是最好的数学书》[M].[北京]北京时代华文书局。

比尔·伯林霍夫、费尔南多·辜维亚.2019.《Math Through The Ages:A Gentle History for Teachers and Others》[M].[北京]北京时代华文书局

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参考书目

笹部贞市郎.2015.《这才是最好的数学书》[M].[北京]北京时代华文书局。

比尔·伯林霍夫、费尔南多·辜维亚.2019.《Math Through The Ages:A Gentle History for Teachers and Others》[M].[北京]北京时代华文书局



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