张恭庆

        张恭庆,数学家,1936年5月29日生于上海市,1959年7月毕业于北京大学数学力学系。毕业后,他留校任助教,在程民德教授指导下工作。1978年,他被破格提升为副教授。同年年底,他作为我国第一批访美学者出国深造。1979年他在美柯朗研究所进修,后赴加州大学伯克利分校以及维斯康辛大学麦迪逊分校访问,并赴欧美十余所大学讲学。1981年夏归国后,他致力于在国内创建“非线性分析”的研究队伍,除了自身积极开展研究工作外,他培育了一批优秀的学生,把他们引入该领域的研究前沿。他的不少学生和同事现已成为杰出的数学家。1983年他被提升为教授。
        张恭庆的主要工作是无穷维Morse理论及其对微分方程的应用。他第一个成功地将Morse理论应用于研究偏微分方程解的存在性与多重性。他建立了联系各种临界点定理的理论框架,使得不同的理论在此汇合交织,形成一个强有力的统一理论体系。
        他的另一项重要工作是关于带间断非线性项的偏微分方程的理论。
        张恭庆曾获首届陈省身奖(1986),国家自然科学奖二等奖(1987),第三世界科学院数学奖(1993)。他于1991年当选为中国科学院学部委员(院士),1995年当选为第三世界科学院院士,1994年他应邀在苏黎世国际数学家大会上作45分钟报告,他是现任中国数学会理事长和北京大学数学所所长。
        张恭庆,1936年5月29日生于上海。他出身于知识分子家庭。1951年,张恭庆从圣芳济中学初中毕业后,考入南洋模范中学高中,这是上海市的一所著名中学。他喜爱数学和物理,上高一时,迷上了一份中学数学刊物——《数学通报》,其中的文章将少年张恭庆带入了美妙的数学世界,激发了他强烈的求知欲望。1954年秋,张恭庆考进北京大学数学力学系,从此踏上了献身数学的漫长道路。在大学里,对他影响最大的两位教授是程民德和关肇直。程民德主讲分析,学术造诣精深,为人和治学一样一丝不苟。他对学生要求十分严格,并鼓励他们向一切有学问的老师学习,绝不拘泥于“师门”。张恭庆后来从师关肇直主修泛函分析,就是程民德建议的。如果说他当年选择学习数学只是出于对数学的爱好并且蒙胧地认为数学对国家建设有用的话,那么可以说他大学毕业时已方向明确,义无反顾地将数学作为自己终生奋斗的事业。1959年7月,张恭庆毕业留校任教。
        同年,经关肇直推荐,张恭庆的论文《色散关系的广义函数证明》在《数学学报》上发表。这是他正式发表的第一篇学术论文,对于因果关系和色散关系的等价性给出一严格的广义函数论的证明。
        后来,他又在泛函分析、偏微分方程与实分析等方面撰写了约10篇论文。1975年,中国科学院物理研究所研究受控势核装置时,在计算一个偏微分方程自由边界的问题上遇到了困难,张恭庆被派去协助攻关。他从理论上证明了该模型存在多个解,并提出了寻求各个解的方法。1976年,他又被派往华北油田,研究石油勘探中有底水的油井中出现的“水锥问题”,这也是一个由自边界问题。他发现,这两个问题都可以抽象成“带间断非线性项的偏微分方程”并化归为集值映射的不动点问题。他和姜伯驹一起发展了集值映射串的拓扑度理论,成为解决这类问题的理论工具。
        1978年,张恭庆被越级提升为副教授。同年,他的工作“等离子体磁面方程的多重解”获全国科学大会奖。1982年,“带间断非线性项的偏微分方程及其应用”这一工作获国家自然科学奖三等奖。
        “文化大革命”后,作为我国首批访问学者,张恭庆于1978年底被派往美国,在Comant数学科学研究所的一年中(1979年)他深受L. Nirenberg教授的影响,决定了他此后的学术发展道路,第二年张恭庆访问了加利福尼亚大学伯克利分校陈省身教授和威斯康星大学数学研究中心P. Rabinowitz教授。
        在出国访问期间,他深感国内数学教育的不够完善,在研究方向上也脱离世界数学主流。此时他已年过40,他想的不只是个人出成果,更多的则是如何振兴祖国的数学事业。为了实现这一目标,张恭庆涉猎许多不同的数学领域,如饥似渴地吸取新知识和新思想。他分析和研究了当时国际数学界热衷的许多研究课题的背景、目标及意义,最后选择了具有深厚背景又十分活跃的临界点理论作为主攻课题。他孜孜不倦,很快进入了研究前沿。他第一个成功地将“Morse理论”应用到偏微分方程的解的个数的估计中去,引起了国内外同行的注目。
        1983年2月,张恭庆晋升为教授。7月,在加拿大蒙特利尔大学举办的国际非线性分析的拓扑方法高等研究班上,他系统介绍了自己的研究成果。会后,他的讲稿《无穷维莫尔斯理论及其应用》被列为专著丛书由该校出版。这是关于临界点理论在这一重要部分的第一本著作。该书经扩充增扑后已于1993年由Birkhauser出版社出版,题名为《无穷维莫尔斯理论及多重解》。
        80年代以来,张恭庆活跃于国际数学舞台,在国内外学术刊物上发表了50余篇论文,在国际同行间产生了较大影响。他的研究成果在国外书刊上被引用达数百次。美、英、法、德、意、加拿大、瑞士等十多个国家和地区70多所大学或研究所先后邀请他去讲学和访问。特别他应邀在1994年Zurich国际数学家大会上作45分钟报告。
        张恭庆是中国数学会理事长,北京大学数学研究所所长,国务院学位委员会委员以及数学学科评议组召集人,教委属北京大学数学及其应用重点实验室主任,国际数学联盟(IMU)的发展与交流委员会(CDE)委员,意大利的里亚斯特(Tricstc)国际理论物理中心数学部学术咨询委员会委员。他还担任中国科学院数学研究所及系统科学研究所兼职研究员。他是《中国科学》、《科学通报》、法国庞加莱(Poincaré)研究所年刊《非线性分析》(Analyse Nonlineaire),美国《非线性分析——理论、方法和应用》(Nonlinear Analysis, Theory, Methods & Applications)和《国际数学杂志》(International Journal of Mathematics)等十余种刊物的编委,以及英国《爱丁堡皇家学会开展》(The Royal Society Edinburgh, Proceeding A)咨询编委。
        这十余年来,张恭庆主要从事非线性分析方面的研究。
        张恭庆最重要的工作是他对无穷维莫尔斯理论及其在非线性微分方程的应用上所作的贡献。他发展了临界群的概念,运用基于非平凡相对同调群的极大极小原理,建立起临界点理论的一个统一框架,取得一系列具有重大意义的成果。
        20世纪20—30年代,M. Morse提出了联系紧流形上函数的临界点的行为与流形自身拓扑性质的理论,用流形自身的拓朴不变量可以估计出其上函数的临界点的个数。这一理论被成功地应用于变分学中的测地线问题,后来又成为微分拓扑学的重要内容。50年代以来,偏微分方程的多重解及几何变分问题的解的个数的研究越来越引人注意,但苦于没有成熟的方法。
        1981年,张恭庆在《纯粹数学与应用数学通讯》(Communication on Pure and Applied Mathematics)上发表文章《运用莫尔斯理论于渐近线性算子方程的解》,成功地用Morse理论讨论了方程。 A(u)=F(u) 的解的个数,其中u属于某个希尔伯特空间H,A是自伴线性算子,而F是一个势算子,连续地映H于自身。这类方程包括半线性椭圆边值问题、半线性波动方程的周期解及哈密顿系统的周期解问题。这是将莫尔斯理论应用于偏微分方程的第一篇成功之作。因其证明之简洁、构思之新颖,显示出莫尔斯理论的巨大威力,从而引起了国际同行们的密切关注。
        1983年夏的加拿大之行,使他得以系统地整理自己的思想和工作,写成专著《无穷维莫尔斯理论及其应用》,全书共分10章。《数学评论》(Mathematical Review)上这样评论道:“该书包括作者在此方面的许多贡献,是在非线性问题研究中应用莫尔斯理论的一个非常宝贵的资料,它是临界点理论中这一重要领域在目前最完整的概观。”张恭庆在莫尔斯理论上的贡献在于:首先,他系统地发展了刻划孤立(可以是退化的)临界点局部行为的临界群理论,在E. Rothe及Gromoll-Meyer等前人工作的基础上,证明了他们分别引进的两种临界群的定义是等价的,从而使得上述临界群既能计算又具有同伦不变性。这种局部理论能够自然地与整体理论联系起来,从而有推广的莫尔斯不等式,并建立起与Leary-Schauder度的关系。其次,他证明了几乎所有用其他临界点理论判定临界点存在的条件都能反映到这相对同调群上来。他以同调类的极大极小原理为基础,把近20年来发现的许多临界点定理纳入到这一理论框架中来,使得几种不同理论在这里汇合交织,形成一个强有力的统一的理论体系,由此得到几个重要的新的临界点定理。许多前人的结果(如山路引理、指标理论等)在他的理论体系中变得更清楚更自然。而且他的方法还可以给出关于所得到的临界点的临界群的信息。这种基于相对同调群的极大极小原理的另一优点,在于可以通过由帽积(cap product)产生的非平凡相对同调群链获得多解结果。如果进一步结合临界群的考虑还可以获得更多的解。
        张恭庆的理论已广泛地应用到若干非线性微分方程,包括二维球面上预定高斯曲率问题、(Cpn、Rpn)的拉格郎日相交数问题、哈密顿系统多重周期解问题。他给出了环面上关于保测变换不动点个数的阿尔诺德猜测的一个简洁证明。他还研究了调和映射的热流问题,用以证明多个调和映射的存在定理,同时与丁伟岳、叶如钢给出了与二维调和映射联系的热流在有限时间爆破(blow-up)的第一个例子。
        “带间断非线性项的偏微分方程”是张恭庆的另一项重要研究课题,他在70年代末 从事这项研究。这类方程的形式为: Lu(x)=φ[x,u(x)] x ∈ Ω, 其中L是椭圆型或抛物型线性微分算子,函数φ(x,t)定义在Ω×Rl上,关于t可以不连续,而Ω是Rn中有充分光滑边界的区域。许多从实际问题中提出的偏微分方程自由边值问题可以化归为这类方程的固定边值问题;而且,由于φ关于t可以是不连续的,从而相应的泛函也可以是不可微的。因此,这项课题既有应用背景又有理论研究上的困难。另外,由于许多从实际中提出的微分方程有好几个解,因此,怎样估计这些解的个数,便构成一个富有挑战性的问题。
        围绕这一课题,张恭庆发表了10余篇学术论文,其中“带间断非线性项的椭圆方程的多重解”(1977)、“障碍问题与不连续非线性项的偏微分方程”(1980)、“不可微泛函的变分方法及其对偏微分方程的应用”(1981)、“自由边界问题与集值映射”(1983)是其中的几篇代表作。
        这项研究为更为广泛的一类自由边界问题提供了一种重要的理论框架,它不仅概括了一些能用“变化不等方程”理论处理的问题,如障碍问题、水坝浸润面问题及冰溶解时的冰水界面问题等,而且还可以用于研究等离子体在外磁场控制下的平衡问题、电弧中的热分布问题以及油田中的水锥问题等。
        在这项课题的研究中,他的独特的处理方法及理论贡献在于:
        (1)采用一种集值映射的观点,找到了集值映射不动点成为方程解的条件。他先和姜伯驹一起推广了集值映射的拓扑度理论,然后用它结合上、下解方法来讨论方程的解的存在性、个数及分歧现象。
        (2)发现带间断非线性项的方程的解正对应着局部Lipschitz泛函的临界点,从而系统地发展了不可微泛函的临界点理论,使近代变分理论中的大量深刻而丰富的成果可以通畅地应用到带间断非线性项的方程中来。
        著名数学大师L. Nirenberg 979年在伯克利加州大学举行的陈省身教授退休学术会议上,以及在普林斯顿高级研究院的专题报告《非线性问题中的变化和拓扑方法》(Variational and topological methods in nonlinear problems)中对张恭庆的这一理论给予了很好的评价。近10年来,他的这一理论不仅在数学中,而且在力学中也不断地被国内外学者所引用,它被成功地应用于涡环问题、地下水问题及夹层薄板问题的研究。张恭庆的这项工作已成为非光滑力学的奠基性工作之一。
        张恭庆还曾涉及其他方面的研究,如优化方法、量子场的数学理论、函数空间内插理论、伪微分算子、博奕论中的纳什平衡点问题等。
        张恭庆继承和发扬了前辈爱护青年、提携后进的优良品质,把培养年轻优秀人才视为自己的神圣职责。他培养了一批很强的研究生,其中特别突出的是应邀在1990年国际数学家大会上作45分钟报告的田刚教授。
        1984年,他被国家授予“有突出贡献的中青年科学家”称号,并被批准为博士生导师。1986年,张恭庆以他的工作“莫尔斯理论及它在非线性微分方程的应用”获陈省身数学奖。同年出版专著《临界点理论及其应用》。1987年,他的研究项目“临界点理论及其应用”获国家自然科学奖二等奖。
        1991年张恭庆被选为中国科学院学部委员(院士),并担任中国科学院数学物理学部常务委员。1993年张恭庆以其对临界点理论,特别是无穷维莫尔斯理论及其应用作出的奠基性工作获第三世界科学院数学奖,1995年当选为第三世界科学院院士。

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