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1931年华罗庚到清华大学以后，在数学系先任图书管理员、后任助理员，边工作，边学习。系里的华罗庚与柯召对数论比较感兴趣，杨武之就指导他们进行数论研究。
华罗庚选择数论为研究方向，而且集中研究华林问题，显然是受到杨武之的直接影响。华罗庚在1980年写给香港《广角镜》周刊的一封信说：“引我走上数论道路的是杨武之教授。”
华罗庚二十五岁时已成为蜚声国际的青年学者。华罗庚在清华大学的四年中，在数论方面发表了十几篇论文。
一天，清华的教授们聚到一起讨论能不能破格把没有大学毕业文凭的华罗庚提升为助教。会上，有的赞成，有的反对。最后，理学院院长叶企荪作了总结，他说：“清华出了个华罗庚，是好事。我们不要被资格所限制！”
就这样，华罗庚迅速由助教员提升为助教、教授。以后又被中华文化教育基金会聘为研究员。一九三六年夏天由该会资助到英国剑桥大学留学。
华罗庚在剑桥大学的工作大部分是研究堆垒素数论。堆类素数论涉及到把整数分解成某些别的整数的和。华林问题是这个学科中最透彻的研究过的一个问题，其中特殊的数是k次幂。
最先感兴趣的是研究数论，在这方面他一直得到熊庆来的鼓励。熊庆来在芝加哥大学的博士论文就是在莱奥那德·狄克逊指导下工作的关于堆垒素数论中的华林问题。
在中国早在20世纪30年代，华罗庚就开始研究数论问题了。他的老师杨武之就是研究数论问题的。
华罗庚是中国学派——这个数论研究团队的领军人物，除了他自己的三角和估计与《堆垒素数论》等重要贡献外，华罗庚还对中国数论研究的方向与具体问题以及长期研究的后备人才的培养等均做出了重要的部署。同时他组织一批年轻的数学家冲击“哥德巴赫猜想”这个世界难题，并取得了重要的进展。
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