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关肇直

个人经历/关肇直

关肇直关肇直1919年2月13日生于天津市。

1936年考入清华大学土木工程系,一年后因病休学。

1938年转入北京燕京大学数学系学习,1941年毕业。

1941—1946年任北京燕京大学数学系助教,成都燕京大学数学系助教、讲师、代理系主任。

1946年任北京大学数学系讲员。

1947—1949年法国巴黎大学彭加勒研究所研究生。

1950—1952年任中国科学院编译出版局处长、图书管理处处长、图书馆办公室主任等职。

1953—1979年任中国科学院数学研究所副研究员、研究员、副所长。

1980—1982年任中国科学院系统科学研究所所长。

1981年被选为中国科学院数理学部委员(中国科学院院士)。

1951—1982年中国数学会第一届、第二届、第三届理事会常务理事。

1960—1961年兼任秘书长。

1980—1982年中国自动化学会第三届理事会副理事长兼理论委员会主任。

1981—1982年中国系统工程学会第一届理事会理事长。

1982年11月12日在北京逝世

研究领域/关肇直

1947年赴法留学。在法期间,受著名数学家Fréchet等人的熏陶,使泛函分析成为终生致力的学科之一。

1949年新中国成立。他毅然中断学业,回到百废待兴的祖国。1956年,他研究了无穷维空间中非线性方程的近似解法,证明了收敛性,在国际上最早发现“单调算子”的方法与应用。为了原子能科学发展的需要,他研究了中子迁移理论,在1963年首次给出研究这个问题的重要方法的理论基础。

六十年代,为了军工和航天等事业的发展,他全身心地投入到现代控制理论的开创研究和推广工作。他在人造卫星测轨,导弹制导及潜艇控制等项目中作出一系列重要贡献。

个人荣誉/关肇直

关肇直关肇直1978年获全国科技大会奖。

1980年当选为中国科学院院士(学部委员)。

1982年获国防科工委特等奖。

1982年获国家自然科学二等奖。

中国自动化学会控制理论专业委员会特设立关肇直奖。

生平简介/关肇直

关肇直,1919年2月13日生于天津市,原籍广东海南县。父亲关葆麟早年(清末)曾留学德国,回国后任职于铁路局,1930年故世。母亲陆绍馨是继室,毕业于北洋女子师范学堂。关葆麟去世后,家庭由母亲支撑,她先在北京女子师范大学任教,后在铁路部门任课员。母亲对关肇直的成长影响很大,关肇直对老人一直尽心侍奉。关肇直自幼聪颖,在家就由父母习以英文、德文,为日后掌握英文、德文、法文、西班牙文和俄文等奠定了良好的基础。1927 年关肇直入北京培华女子中学附属小学,1931年入北京崇德中学,1936年考入清华大学土木工程系,于翌年因病休学。1938年转入北京燕京大学数学系,1941年毕业,毕业后留校任助教。1943年至1946年先后被聘为成都燕京大学数学系助教、讲师并兼任代理系主任。1946年考取公费留学生,不久被聘任为北京大学数学系讲员。翌年初加入中国共产党,年底入法国巴黎大学庞加莱研究所当研究生,师从大数学家、一般拓扑学和泛函分析的奠基人M.弗雷歇(Fréchet)院士,研究广义分析。他在法时间虽然不长,但正是他求知的重要时期,受导师弗雷歇熏陶,使得泛函分析成为他终生致力的数学分支之一。1949年秋,中华人民共和国诞生的消息使他欣喜若狂。他想到祖国的重建,心急如焚,毅然决定放弃取得博士学位的机会,马上返国投身于中国的建设事业。

回国后关肇直即和其他同志一起协助郭沫若同志进行组建中国科学院的筹备工作,并于1950-1952年任院首届党组成员,对于中国科学院的方向、任务、体制等的制定做了大量的工作。他还参与了科学院图书馆的组建,担任过编译出版局处长、图书馆办公室主任等职。1952年他参加筹建中国科学院数学研究所的工作,并在数学研究所从事他渴望已久的数学研究工作,历任副研究员、研究员、副所长等职。1979年正值他60周岁之际,又以极大的热情参与中国科学院系统科学研究所的创建,并任所长,直到1982年病逝。从1952年起,他先后兼任过北京师范大学、北京大学、中国人民大学、中国科学技术大学教授。1981年被选为中国科学院学部委员。他生前还担任过中国数学会秘书长、北京数学会理事长、中国自动化学会副理事长、中国系统工程学会理事长、国际自动控制联合会理论委员会委员等职。

关肇直成长在抗日战争年代,正值中国知识分子颠沛流离,他不得不离开当时的北平去四川成都。他目睹日本侵略军的野蛮暴行与沦陷区人民的悲惨生活,便积极投身到抗日救国的行列中去。1945年他在成都参加了进步团体“成都各大学教授联谊会”。在法国留学期间,他于1948年在巴黎参加了进步团体“中国科学工作者学会”,是该会旅法分会的创办人之一。他深感文化科学技术落后,国家就不能强盛,民族就不能兴旺,立志要为我国的科学技术的发展做出努力。

在数学所任职期间,关肇直非常关心我国数学事业的发展。我国有关数学发展的许多重要的方针、措施与关肇直的指导思想息息相关。对于如何搞好数学研究工作,办好科研机构,他有着一整套鲜明的主张。在科研工作中他提出了“要为祖国建设服务;要有理论创新;要发扬学术民主;要开展学术交流”四条原则,并反复强调理论联系实际,重视学科发展的实际背景,为发展我国的数学事业做出了不可磨灭的贡献。

在担任繁重的业务领导工作的同时,关肇直在泛函分析、中子迁移理论和现代控制理论等几个领域取得了许多重要成果。50 年代,他从培养青年入手,在数值分析、单调算子理论方面做出了突出成绩。60年代初他主动承担反应堆中有关数学理论研究的课题,并取得了具有国际水平的结果。

关肇直从60年代起,为现代控制理论在我国的发展付出了毕生心血,并结出丰硕的果实。他主持的研究工作成果多次受到有关部门的奖励和表彰,其中《现代控制理论在武器系统中的应用》和《我国第一颗人造卫星的轨道计算和轨道选择》获1978年全国科学大会奖,《飞行器弹性控制理论研究》获1982年国家自然科学二等奖,《尖兵一号返回型卫星和东方红一号》获1985年国家级科技进步特等奖(关肇直在该项目中负责轨道设计和轨道测定两个课题),关肇直本人并荣获“科技进步”金质奖章。

科学技术成就/关肇直

中国泛函分析学科的领路人

关肇直学识渊博,他一生的研究涉足许多领域,其中主要有泛函分析、中子迁移理论、现代控制理论及其应用等。

泛函分析作为数学中较年轻的一个分支,是在本世纪初开始形成的,并且在30年代才正式成为独立学科。它是在19世纪数学蓬勃发展积累了大量成果的基础上生长起来的,是解决实际中提出的数学问题的一个强有力的工具。它把具体的数学问题抽象到一种纯粹代数和拓扑结构的形式中进行研究,从而逐步形成了种种综合运用代数、几何、拓扑手段处理分析问题的崭新方法。对于每一个从事纯粹数学与应用数学的人来说,泛函分析已成为一门必备的知识。

然而,中华人民共和国成立前我国的泛函分析的教学和科研是相当薄弱的。50年代初数学研究所成立不久,新的大学毕业生除个别人外根本未学过泛函分析的基础知识。关肇直热心为这些年轻人补习泛函分析基础知识,使之逐步走上研究轨道。他在中国科学院数学研究所组建了我国第一个泛函分析研究室,并出任室主任;1958年中国科学技术大学成立,他亲自给学生讲授从基础数学到泛函分析、现代控制理论专门化的课程;他还在北京大学数学力学系开设了我国第一个泛函分析专门化课,培养了一批从事泛函分析等方向研究的中坚力量。1958年关肇直编着的国内第一部泛函分析教科书——《泛函分析讲义》问世。该书吸取了当时国外几部有名的介绍泛函分析概要的书的长处,全面介绍了泛函分析当时在各重要领域所取得的成就,对推动国内泛函分析学科的发展起了很大作用。在其后的很长时间里,不少青年人都得益于这部讲义而走上数学研究的轨道。至今该书仍有重要的参考价值。

关肇直总是从我国数学研究的具体情况出发,特别重视薄弱学科的发展,适时地带领青年人开拓新的研究领域,发展新的学科。50年代,国际上刚刚开始非线性泛函分析用于近似计算方法的研究工作,他抓住时机,推动这一领域的研究并取得了重要成果。1956年他在《数学学报》上发表了论文《解非线性方程的最速下降法》。该文证明了求解希尔伯特空间中非线性方程的最速下降法依这个空间的范数收敛,并且和线性问题相仿,具有依照等比级数的收敛速度。这种方法可以用来解某些非线性积分方程和某些非线性微分方程的边值问题,从而开辟了近似方法的新的方向。此后无穷维情形最速下降法得到了迅速发展。特别应该指出的是,这篇论文中首次出现了单调算子的思想。论文的主要假设是位算子导数的正定性。关肇直指出“在较弱的条件下证明该文中所提出的方法的收敛性似乎是值得研究的问题”。后来人们通过进一步深入的研究发现,这个较弱的条件不是别的,正是目前大家所熟知的(强)单调性条件。单调算子概念的正式提出是60年代初的事情。单调性理论,包括单调算子、增生算子、非线性半群和非线性发展方程等的理论,现今已成为非线性泛函分析中的一个重要分支。关肇直对单调算子理论的发展做出了开创性的工作。

倡导理论联系实际

关肇直对发展祖国的科学事业有着强烈的责任感。他的秉性和远见卓识,使他敢于开拓新的方向而不安于据守现有领域。他一贯强调理论与实际联系,从数学发展的整体而言数学也应该在实践中得到检验并发挥作用。他指出正因为与实际联系,才更需要加强理论的研究,为此他很早就关心跨学科工作的发展。

50年代他就认识到应用数学在发展我国经济和国防建设方面的重要意义,并在各种场合大声疾呼。60年代初正当我国独立自主地发展核科学技术之际,他亲自与有关部门联系、协调,主动承担反应堆中有关的数学理论研究课题。这样,他与田方增一起又带领一批年轻人开展了中子迁移理论的研究,填补了国内这一领域的空白。在此期间,培养了不少高水平的研究骨干,并做出了具有国际水平的工作。当时国际上研究这个问题的一种重要的方法——凯斯(Case)方法还缺少理论基础,引起了不少理论工作者的兴趣。1964年他完成了题为《关于中子迁移理论中出现的一类本征值问题》的论文,从崭新的角度给予凯斯方法严格的理论。他在论文中应用线性算子的谱扰动理论和不定度规空间中自伴算子的谱理论,得到了平板几何情形的中子迁移算子的谱的确切构造,以及本征广义函数组的完整性。在研究过程中,他把问题抽象成希尔伯特空间中一类特殊的本征值问题Ax=λJx,这里A是无界自伴算子,而J是具有有界逆的有界自伴算子,并且A与J不可交换。可惜这一重要工作成果在他生前未能被发表,直到他去世后于1984年才被发表在《数学物理学报》上。国际上70年代才出现类似的工作,并且一直被认为是这一时期的中子迁移理论的创新工作。80年代当国外同行获知关肇直在60年代就做出如此出色的工作,都深表赞叹。

在这一时期,关肇直也十分关注国际上兴起的激光理论中的数学问题。1985年他在《中国科学》上用法文发表了论文《关于激光理论中积分方程非零本征值的存在性》。国外学者用相当复杂的方法和大量的篇幅才证明了这种积分方程非零本征值的存在性,而关肇直则在把问题抽象成一般形式的具有非对称的积分算子的本征值问题后,在弱限制性的假设下用十分简洁的方法得到了上述结论的正确性。这一结果被国外学者广泛引用。

中国现代控制理论的开拓者

50年代钱学森的名着《工程控制论》的问世是控制理论界的一件大事。作为一位具有远见卓识的数学家,关肇直立即预见到这门学科的重要性和对我国社会主义建设和国防事业可能产生的巨大影响。1962年,根据国防建设和学科发展的需要,在钱学森的倡议下,他又着手在中国科学院数学研究所组建我国第一个专门从事现代控制理论研究的机构——控制理论研究室,并亲自任研究室主任。这一决策影响了他整个后半生的活动,此后20多年中他以极大的热情全身心地投入到现代控制理论的研究、传播和应用中去,耗费了他大半生的精力。

他深知培养人才的重要。中国科学技术大学数学系1959届的全部数学课程由他亲自主讲,并全部自编讲义。在此基础上,他又亲自在那一届开设了国内第一个现代控制理论专门化课。在控制理论研究室,他亲自主持每周一次的定期讨论班,现代控制理论中许多在国际上刚露头角的学术思想,如状态空间、能控性、能观测性、镇定和极点配置等等,几乎都是由他第一个在讨论班上向大家介绍的。他关心并亲自指导全室每一个人的研究方向。他还关心全国控制理论的系列讲座、专题报告和通俗演讲。“文化大革命”一结束,在他倡议下,中国自动化学会控制理论专业委员会立即恢复活动,并负责每年举行控制理论及其应用的学术交流年会。这些措施大大地推动了我国控制理论队伍的成长和控制理论的发展。关肇直曾自傲地宣称,我们在控制理论的研究方面并不逊于国外!他带领和培养的一大批研究人员很快脱颖而出,不少人现今已成为国内外著名的控制理论专家。

关肇直认为工程技术和社会实践才是科学命题的取之不尽的源泉和理论方法的广泛应用的园地。控制理论研究室一成立,他便带领青年人奔波往来于国防生产、科研和设计部门之间,深入实际调查研究。他主持了不少国防武器控制系统设计的课题,都取得了很好的结果,令实际部门满意和认可,并多次获得上级主管部门的表彰和奖励。

60年代是现代控制理论形成和发展的时期,线性系统的工作很快就臻趋成熟。由于关肇直在泛函分析方面的造诣,自然会使他关心分布参数控制系统和非线性系统理论研究。关肇直与当时在国防科委五院工作的宋健等合作研究弹性振动控制,提出了细长飞行器弹性振动的闭环控制模型,开创了分布参数控制理论的一类新的研究方向。1974年他在《中国科学》上发表题为《弹性振动的镇定问题》的论文,以娴熟的泛函分析技巧,把弹性振动闭环系统控制模型写成抽象空间中的二阶发展方程

在分析系统稳定性时讨论了相关的二次本征值问题Ay+λGy+λy=0,其中.据此,他应用线性算子紧扰动的方法,成功地得到了系统能控性的条件,并给出了系统能镇定的充分条件。此前美国数学家D.L.鲁塞尔(Russell)曾用别的方法讨论过与此相类似的问题,在小参数限制的条件下得到了系统能镇定的结果。但他对自己所得到的结果不完全满意,并指出应该用别的方法解决。关肇直正是用了算子紧扰动的方法,摆脱了鲁塞尔方法的限制,得到了更符合工程意义的合理结论。1978年12月关肇直访问瑞典时曾在瑞典隆德工学院自动控制系报告这项工作,受到高度评价。由关肇直和宋健负责的“飞行器弹性控制理论研究”项目于1982年获国家自然科学二等奖。这一理论成果已被实际设计部门采纳,成为导弹运载火箭设计中不可缺少的理论依据。

还应该指出的一点是,关肇直在60年代就对结构阻尼振动模型进行了定性研究,国际上直到80年代才开始重视这类模型的研究。

1976年,给中国人民带来深重灾难的“文化大革命”终于结束了,科学的春天来临了。关肇直更加勤奋地耕耘他亲手开创的现代控制理论这块科学园地。他亲自带研究生,我国自己培养的首批博士生中就有他的学生。他关心青年的成长,组织有关专家编写现代控制系统理论小丛书,以期推动现代控制理论研究的展开。他晚年仍多次去国防科研试验基地实地调查研究,掌握第一手资料。1980年夏天,他终因劳累过度,一病不起。1980年,钱学森、关肇直等21位著名专家、学者倡议的中国系统工程学会成立,关肇直因病未出席。由于他对我国系统工程事业的突出贡献,被选为中国系统工程学会第一届理事长。关肇直1982年11月12日病逝于北京。

主要论着/关肇直

1 Kwan Chao-Chih.Chinese unit of length in the early Ching Dynasty.The Mathematical Gazette,1939,23(225):268-269.

2 卢文,关肇直。张弛问题的最速下降法。数学学报,1955,5(4):497-504。

3 关肇直,田方增。赋范环论。数学进展,1955,1(1):107-217;1955,1(2):223-363。

4 关肇直。关于解函数方程的牛顿方法的一点注记。数学进展,1956,2(2):290-295。

5 关肇直。解非线性函数方程的最速下降法。数学学报,1956,6(4):638-649。

6 关肇直,关于闭图象定理的一点注记。数学进展,1957,3(4):670-671。

7 关肇直,关于定义在一个格上的拓扑结构的几点注记。数学进展,1957,3(4):662-668。

8 关肇直,林群,关于用近似方程解非线性泛函方程的近似方法。科学记录(新辑)1957,1(6):355-358。

9 关肇直,介绍泛函分析。科学进展,1958,1:1-23。

10 关肇直,泛函分析讲义。北京:高等教育出版社,1958。

11 关肇直,拓扑空间概论。北京:科学出版社,1958。

12 关肇直,高等数学教程(第一卷第一、二分册,第二卷第一分册)。北京:人民教育出版社,1959-1960年。

13 Kwan Chao-Chih. Sur l’existence des valeurs propres et non-nulles des équations intégrales dans la théorie de Lasers. Scientia Sinica, 1965, 14 (7): 1077—1078。

14 关肇直。关于自由梁的运动方程。该文完成于1965年,首次刊登于《关肇直文集》,北京:科学出版社,1986。

15 Kwan Chao-Chih,Li Hao. Uber die diskretheit des spektrunms des operators von monoenergetischem neutronentransport in beliebig deschrankter geometric. Scientia Sinica, 1966, 15 (1): 21—24。

16 关肇,最佳递推滤波在空间技术上的一些应用。数学实践与认识,1972,6(1):51-72。

17 王康宁,关肇直,弹性振动的镇定问题。中国科学,1974,4:335-350。

18 关肇直,现代控制系统理论中的几个问题。计算机应用与应用数学,1974 (2):34-38;1974(3):44-56;1974(6):34-56。

19 关肇直,陈翰馥.线性控制系统的能控性和能观测性。北京:科学出版社,1975年。

20 王康宁,关肇直.弹性振动的镇定问题(Ⅲ)。中国科学,1976(2):133-138。

21 关肇直,数学推理的严格性与认识论中的实践标准。数学学报,1976,19 (1):1-11。

22 关肇直,张恭庆,冯德兴。线性泛函分析入门。上海:上海科技出版社,1979年。

23 关肇直,应用数学的特点和重要性。自然杂志,1979,2(2):86-87,105。

24 关肇直,现代控制理论中的某些问题(Ⅰ),自动化学报,1980,6(1):49-56。

25 关肇直,现代控制理论中的某些问题(Ⅱ)。自动化学报,1980,6(2):138-143。

26 关肇直,数学物理和系统科学中的几个问题。应用数学与计算数学,1980,1:48-59。

27 关肇直,韩京清,秦化淑等。极值控制与极大值原理。北京:科学出版社,1980。

28 关肇直,陈文德。谐波平衡法的理论基础。科学通报,1981,26(20):1217-1220。

29 关肇直,复杂系统的辨识与控制(提纲)。系统工程论文集,北京:科学出版社,1981,8-12。

30 关肇直,陈翰馥,冯德兴等。惯性导航系统的量化误差分析。系统科学与数学,1983,3(3):220-237。

31 关肇直,关于中子迁移理论中出现的一类本征值问题(该文完成于1964 年)数学物理学报,1984,4(4):373-392。

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