【数学家的故事】魏尔斯特拉斯：40 岁前寂寂无闻的中学教师，如何成为现代分析学之父?

luyuanhong

【数学家的故事】魏尔斯特拉斯：40 岁前寂寂无闻的中学教师，如何成为现代分析学之父？

原创  黑白  黑白读书笔记  2025 年 12 月 20 日 18:30  吉林



1854 年，柏林大学的一间教室里，一位 39 岁的新晋讲师正在黑板上书写着复杂的 ε-δ 证明。台下坐着当时德国数学界的精英，包括库默尔、博查特等著名学者。令人惊讶的是，这位讲师不久前还是偏远小镇的中学教师，靠着夜晚的油灯完成了改变数学进程的工作。他就是卡尔·魏尔斯特拉斯。

01  从乡村中学走出的数学学者

1815 年，魏尔斯特拉斯出生于德国威斯特伐利亚地区奥斯登费尔特，父亲是受法国雇佣的海关职员。

14 岁时，进入一所天主教预科学校学习，学习了德语、拉丁语、希腊语和数学。中学毕业时成绩优秀，他的父亲送他去波恩大学学习法律和金融。

但魏尔斯特拉斯对法律和金融不感兴趣，大学期间，他把相当一部分时间花在了数学自学上。

1841 年，26 岁的魏尔斯特拉斯通过了教师资格考试，尔后，开始了长达 15 年的乡村教师生涯。

在布伦斯堡的小镇上，他白天教授物理、德文、地理甚至体育，夜晚则沉浸在阿贝尔、雅可比的前沿研究中。

没有学术交流，没有图书馆资源，只有煤油灯陪伴。他曾写信给妹妹：“我的数学工作在同事眼中就像鞋匠研究星空一样奇怪。”

正是在这样的环境中，他完成了关于阿贝尔函数的重要论文。1853 年，魏尔斯特拉斯将论文寄给了德国数学家克雷尔主办的杂志，发表之后，随即引发轰动，一个乡村教师竟解决了当时最顶尖数学家都未能突破的问题。

柯尼斯堡大学的一位数学教授来到布伦斯堡中学，向他颁发了柯尼斯堡大学博士学位证书。

1856 年，也就是在他执教 15 年中学教师之后，被任命为柏林工业大学数学教授，同年被选入柏林科学院，后来又转入柏林大学担任教授直到逝世。

02  终结“无限小”的模糊时代

19 世纪中叶，微积分虽已诞生两百年，但基础仍不牢固。

牛顿的“无穷小量”时而为零时而非零，柯西的极限定义“无限趋近”仍依赖直观运动概念。数学家们在使用该工具时，总感到脚下是流沙。

魏尔斯特拉斯发动了一场分析学的严格化革命。他提出了著名的 ε-δ 语言，用静态的有限量关系来定义动态的极限过程：

“如果对于任意 ε>0 ，都存在 δ>0 ，使得当 0<|x-a|<δ 时，有 |f(x)-L|<ε ，则称 f(x) 在 x 趋近于 a 时极限为 L 。”

这个定义彻底驱逐了“无限接近”的模糊表述，让分析学建立在坚实的算术基础上。

他的学生回忆：“魏尔斯特拉斯教授常说，数学中不允许有‘足够小’这样的词汇，每个量都必须被精确控制。”

他的工作如同为数学分析建立了“质检体系”，每个概念都必须通过 ε-δ 的严格检验。

今天所有高等数学教材中的极限定义，都源自他的这一贡献。

03  构造反例的大师与连续函数的奥秘

魏尔斯特拉斯的另一项杰出贡献是通过构造反例来澄清概念。

他揭示了许多看似合理的直觉其实是错误的，他构造了处处连续但处处不可导的函数，震惊数学界。

这个反例表明连续性远弱于可微性，彻底打破了“连续曲线必有切线”的直观认知。

他完善了一致连续性的概念，区分了点态连续与整体连续的本质差异。

这一区分对后来的泛函分析、微分方程理论产生了深远影响。

在复分析领域，他发展了整函数与亚纯函数的系统理论，提出的魏尔斯特拉斯分解定理成为研究无穷乘积的关键工具。

1879 年，他证明了弱变分的 3 个条件，此后研究强变分，并得到了强变分的极大值的充分条件。

他在数学的多个领域都取得了显著的成绩，可谓是遍地开花，推动了各个数学领域的前进。

04  柏林讲坛的传奇与未竟的师生情

在柏林大学的讲台上，魏尔斯特拉斯展现出非凡的教学才华。

他的讲座从不预设听众水平，而是从基本原理开始严密推导。学生们说：“听他的课就像观看一座数学大教堂从地基开始建造。”

他热爱数学、热爱教育、不计名利，且孜孜不倦。他培养了整整一代德国数学家，包括著名的索尼娅·科瓦列夫斯卡娅——历史上第一位数学女博士。

在当时，整个欧洲社会风气是反对妇女接受正规教育的，妇女根本无法进入大学学习。

魏尔斯特拉斯不顾当时大学拒收女生的规定，私下为她授课四年，并协助她在哥廷根大学获得数学博士学位。

这段超越时代的师生情谊，成为科学史上的佳话。足以说明魏尔斯特拉斯的人品、学术、眼光、心胸都是俱佳的。

1873 年，魏尔斯特拉斯出任柏林大学校长，公务几乎占据了他所有时间。

长期的过度工作损害了他的健康。1890 年后，他几乎在轮椅上度过余生，但仍坚持指导研究。

1897 年初，他染上流行性感冒，后转为肺炎，终至不治，82 岁的魏尔斯特拉斯在柏林逝世，数千学生和同行参加了葬礼。

05  启示

一百多年后的今天，初学高等数学的学生们在 ε-δ 语言中挣扎时，孰不知，他们正在经历魏尔斯特拉斯设立的“严谨性洗礼”。

在追求快速应用和直观理解的今天，魏尔斯特拉斯的故事提醒我们：真正的理解来自严格的构建，思想的自由来自逻辑的约束。

这位在乡村油灯下工作的教师，最终为人类思维树立了新的严谨标准，这不仅改变了数学，也改变了我们理解精确性的方式。

尽管身处乡村，资源条件匮乏，但仍为了心中的热爱而钻研，这份孤寂于一般人都是难以忍受的。

试想如今，和你一起毕业的同学功成名就，而你还在乡村中学当一名普通教师，你是否会甘于这份平凡，是否还能坚持自己的热爱，是否能忍受这种落差。

魏尔斯特拉斯的生平也证明了，最持久的学术影响，往往来自那些甘愿为基础问题付出漫长孤独岁月的人。

在魏尔斯特拉斯之后，数学分析不再是天才的直觉游戏，而成为了任何人通过严格训练都能掌握的科学语言。

黑白读书笔记