Цікаве з історії

ГРЕЦЬКА МАТЕМАТИКА

       Класична Греція. З точки зору 20 в. родоначальниками математики з'явилися греки класичного періоду (6-4 ст. до н.е.). Математика, існувала в більш ранній період, була набором емпіричних висновків. Навпаки, в дедуктивному міркуванні нове твердження виводиться з прийнятих посилок способом, виключав можливість його неприйняття. 
     Наполягання греків на дедуктивному доведенні було екстраординарним кроком. Жодна інша цивілізація не дійшла до ідеї отримання висновків виключно на основі дедуктивного міркування, що виходить із явно сформульованих аксіом. Одне з пояснень прихильності греків методам дедукції ми знаходимо в пристрої грецького суспільства класичного періоду.  

     Математики і філософи (нерідко це були одні й ті ж особи) належали до вищих верств суспільства, де будь-яка практична діяльність розглядалася як негідне заняття. Математики воліли абстрактні міркування про числах і просторових відносинах рішенню практичних завдань. Математика ділилася на арифметику - теоретичний аспект і логістику - обчислювальний аспект. Займатися логістикою надавали вільнонародженим нижчих класів і рабам.
        Грецька система числення була заснована на використанні букв алфавіту. Антична система, що була у ходу з 6-3 ст. до н.е., використовувала для позначення одиниці вертикальну риску, а для позначення чисел 5, 10, 100, 1000 і 10 000 початкові літери їх грецьких назв.
У більш пізньої йонической системі числення для позначення чисел використовувалися 24 літери грецького алфавіту і три архаїчні літери. Кратна 1000 до 9000 позначалися так само, як перші дев'ять цілих чисел від 1 до 9, але перед кожною літерою ставилася вертикальна риса. Десятки тисяч позначалися буквою М (від грецького міріоі - 10 000), після якої ставилося то число, на яке потрібно було помножити десять тисяч.         
Дедуктивний характер грецької математики повністю сформувався до часу Платона і Аристотеля. Винахід дедуктивної математики прийнято приписувати Фалесу Милетскому (бл. 640-546 до н.е.), який, як і багато давньогрецькі математики класичного періоду, був також філософом. Висловлювалося припущення, що Фалес використовував дедукцію як доказ деяких результатів в геометрії, хоча це сумнівно.          
Іншим великим греком, з чиїм ім'ям пов'язують розвиток математики, був Піфагор (бл. 585-500 до н.е.). Вважають, що він міг познайомитися з вавілонської і єгипетської математикою під час своїх довгих мандрівок. Піфагор заснував рух, розквіт якого припадає на період бл. 550-300 до н.е. Піфагорійці створили чисту математику в формі теорії чисел і геометрії. Цілі числа вони представляли у вигляді конфігурацій з точок чи камінчиків, класифікуючи ці числа відповідно до форми виникають фігур ( «фігурні числа»).   
          Слово «калькуляція» (розрахунок, обчислення) походить із грецького слова, що означає «камінчик». Числа 3, 6, 10 і т.д. піфагорійці називали трикутними, оскільки відповідне число камінчиків можна розташувати у вигляді трикутника, числа 4, 9, 16 і т.д. - квадратними, оскільки відповідне число камінчиків можна розташувати у вигляді квадрата, і т.д.
           З простих геометричних конфігурацій виникали деякі властивості цілих чисел. Наприклад, піфагорійці виявили, що сума двох послідовних трикутних чисел завжди дорівнює деякому квадратному числу. Вони відкрили, що якщо (в сучасних позначеннях) n2 - квадратне число, то n2 + 2n +1 = (n + 1) 2. Число, рівне сумі всіх своїх власних дільників, крім самого цього числа, піфагорійці називали досконалим. 
           Прикладами скоєних чисел можуть служити такі цілі числа, як 6, 28 і 496. Два числа піфагорійці називали дружніми, якщо кожне з чисел дорівнює сумі дільників іншого; наприклад, 220 і 284 - дружні числа (і тут саме число виключається з власних дільників).
          Для піфагорійців будь-яке число являло собою щось більше, ніж кількісну величину. Наприклад, число 2 відповідно до їхньої думки означало відмінність і тому ототожнювалося з думкою. Четвірка представляла справедливість, так як це перше число, що дорівнює добутку двох однакових множників.    
       Піфагорійці також відкрили, що сума деяких пар квадратних чисел є знову квадратне число. Наприклад, сума 9 і 16 дорівнює 25, а сума 25 і 144 дорівнює 169. Такі трійки чисел, як 3, 4 і 5 або 5, 12 і 13, називаються піфагорових числами. Вони мають геометричну інтерпретацію, якщо два числа з трійки прирівняти довжинах катетів прямокутного трикутника, то третє число дорівнюватиме довжині його гіпотенузи. Така інтерпретація, очевидно, привела піфагорійців до усвідомлення більш загального факту, відомого нині під назвою теореми Піфагора, згідно з якою в будь-якому прямокутному трикутнику квадрат довжини гіпотенузи дорівнює сумі квадратів довжин катетів.
            Розглядаючи прямокутний трикутник з одиничними катетами, піфагорійці виявили, що довжина його гіпотенузи дорівнює, і це привело їх в сум'яття, бо вони марно намагалися представити число у вигляді відносини двох цілих чисел, що було вкрай важливо для їх філософії. Величини, непредставімие у вигляді відношення цілих чисел, піфагорійці назвали несумірними; сучасний термін - «ірраціональні числа». Близько 300 до н.е. Евклід довів, що число незрівнянно. Піфагорійці мали справу з ірраціональними числами, представляючи все величини геометричними образами. Якщо 1 і вважати довжинами деяких відрізків, то відмінність між раціональними та ірраціональними числами згладжується. Твір чисел і є площа прямокутника зі сторонами довжиною і .Ми і сьогодні іноді говоримо про кількість 25 як про квадраті 5, а про число 27 - як про кубі 3.
             Стародавні греки вирішували рівняння з невідомими за допомогою геометричних побудов. Були розроблені спеціальні побудови для виконання додавання, віднімання, множення і ділення відрізків, вилучення квадратних коренів з довжин відрізків; нині цей метод називається геометричній алгеброю.
             Приведення завдань до геометричному виду мало ряд важливих наслідків. Зокрема, числа стали розглядатися окремо від геометрії, оскільки працювати з несумірними відносинами можна було тільки за допомогою геометричних методів. Геометрія стала основою майже всієї суворої математики принаймні до1600. І навіть в 18 ст., Коли вже були досить розвинені алгебра і математичний аналіз, сувора математика трактувалася як геометрія, і слово «геометр» було рівнозначно слову «математик».
            Саме піфагорійцям ми багато в чому зобов'язані тієї математикою, яка потім була систематизовано викладено і доведена в Засадах Евкліда. Є підстави вважати, що саме вони відкрили те, що нині відомо як теореми про трикутниках, паралельних прямих, многоугольниках, кіл, сферах і правильних многогранниках.
            Одним з найвидатніших піфагорійців був Платон (бл. 427-347 до н.е.). Платон був переконаний, що фізичний світ неосяжний лише за допомогою математики. Вважається, що саме йому належить заслуга винаходи аналітичного методу докази. (Аналітичний метод починається з твердження, яке потрібно довести, і потім з нього послідовно виводяться слідства до тих пір, поки не буде досягнутий якийсь відомий факт; доказ виходить за допомогою зворотного процедури.)    
            Прийнято вважати, що послідовники Платона винайшли метод докази, який отримав назву «доказ від протилежного». Помітне місце в історії математики займає Аристотель, учень Платона. Аристотель заклав основи науки логіки і висловив ряд ідей щодо визначень, аксіом, нескінченності і можливості геометричних побудов.   
       Найбільшим з грецьких математиків класичного періоду, поступався за значимістю отриманих результатів тільки Архімеда, був Евдокс (бл. 408-355 до н.е.). Саме він ввів поняття величини для таких об'єктів, як відрізки прямих і кути. Маючи в своєму розпорядженні поняттям величини, Евдокс логічно суворо обгрунтував піфагорійський метод поводження з ірраціональними числами.
            Роботи Евдокса дозволили встановити дедуктивну структуру математики на основі явно сформульованих аксіом. Йому ж належить і перший крок у створенні математичного аналізу, оскільки саме він винайшов метод обчислення площ і обсягів, який отримав назву «методу вичерпання». Цей метод полягає в побудові вписаних і описаних плоских фігур або просторових тіл, які заповнюють ( «вичерпують») площу або обсяг тієї постаті або того тіла, яке є предметом дослідження. Евдоксу ж належить і перша астрономічна теорія, що пояснює спостережуваний рух планет. Запропонована Евдоксом теорія була суто математичною; вона показувала, яким чином комбінації обертових сфер з різними радіусами і осями обертання можуть пояснити удавані нерегулярними руху Сонця, Місяця і планет.
             Близько 300 до н.е. результати багатьох грецьких математиків були зведені в єдине ціле Евклідом, який написав математичний шедевр Почала. З небагатьох проникливо відібраних аксіом Евклід вивів близько 500 теорем, що охопили всі найважливіші результати класичного періоду. Свій твір Евклід почав з визначення таких термінів, як пряма, кут і коло. Потім він сформулював десять самоочевидних істин, таких, як «ціле більше кожній із частин». І з цих десяти аксіом Евклід зміг вивести всі теореми. Для математиків текст Почав Евкліда довгий час служив зразком строгості, поки в 19 ст. не виявилося, що в ньому є серйозні недоліки, такі як неусвідомлене використання несформульованих в явному вигляді припущень. 
          Аполлоній (бл. 262-200 до н.е.) жив в олександрійський період, але його основна праця витриманий в дусі класичних традицій. Запропонований ним аналіз конічних перетинів - окружності, еліпса, параболи і гіперболи - з'явився кульмінацією розвитку грецької геометрії. Аполлоній також став засновником кількісної математичної астрономії.
            Олександрійський період. У цей період, який почався близько 300 до н.е., характер грецької математики змінився. Олександрійська математика виникла в результаті злиття класичної грецької математики з математикою Вавилонії і Єгипту. В цілому математики олександрійського періоду були більше схильні до вирішення суто технічних завдань, ніж до філософії. Великі олександрійські математики - Ератосфен, Архімед, Гіппарх, Птолемей, Діофант і Папп - продемонстрували силу грецького генія в теоретичному абстрагуванні, але настільки ж охоче застосовували свій талант до вирішення практичних проблем і чисто кількісних завдань.
             Ератосфен (бл. 275-194 до н.е.) знайшов простий метод точного обчислення довжини кола Землі, йому ж належить календар, в якому кожен четвертий рік має на один день більше, ніж інші. Астроном Аристарх (бл. 310-230 до н.е.) написав твір Про розмірах і відстанях Сонця і Місяця, що містив одну з перших спроб визначення цих розмірів і відстаней; за своїм характером робота Аристарха була геометричній.
             Найбільшим математиком давнини був Архімед (бл. 287-212 до н.е.). Йому належать формулювання багатьох теорем про площі та обсяги складних фігур і тіл, цілком суворо доведені їм методом вичерпування. Архімед завжди прагнув отримати точні рішення і знаходив верхні і нижні оцінки для ірраціональних чисел. Наприклад, працюючи з правильним 96-кутником, він бездоганно довів, що точне значення числа? знаходиться між 31/7 і 310/71. Архімед довів також кілька теорем, що містили нові результати геометричній алгебри. Йому належить формулювання задачі про розтині кулі площиною так, щоб обсяги сегментів перебували між собою в заданому відношенні. Архімед вирішив цю задачу, відшукавши перетин параболи і равнобочной гіперболи.
Архімед був найбільшим математичним фізиком давнини. Для доведення теорем механіки він використовував геометричні міркування. Його твір Про плаваючих тілах заклало основи гідростатики. Згідно з легендою, Архімед відкрив що носить його ім'я закон, згідно з яким на тіло, занурене у воду, діє виштовхуюча сила, рівна вазі витісненої ним рідини, під час купання, перебуваючи у ванній, і не в силах впоратися з якою охоплено його радістю відкриття, вибіг оголений на вулицю з криком: «Еврика!» ( «Відкрив!»)
              За часів Архімеда вже не обмежувалися геометричними побудовами, здійсненними тільки за допомогою циркуля і лінійки. Архімед використовував в своїх побудовах спіраль, а Діоклеса (кінець 2 ст. До н.е.) вирішив проблему подвоєння куба за допомогою введеної їм кривою, що отримала назву цисоїди.
                У олександрійський період арифметика і алгебра розглядалися незалежно від геометрії. Греки класичного періоду мали логічно обгрунтовану теорію цілих чисел, однак олександрійські греки, сприйнявши вавилонську і єгипетську арифметику і алгебру, багато в чому втратили вже напрацьовані уявлення про математичної строгості. Що жив між 100 до н.е. і 100 н.е. Герон Олександрійський трансформував значну частину геометричній алгебри греків у відверто несуворі обчислювальні процедури. Однак, доводячи нові теореми евклідової геометрії, він як і раніше керувався стандартами логічного суворості класичного періоду.
             Першою досить об'ємистої книгою, в якій арифметика викладалася незалежно від геометрії, було Введення в арифметику Нікомаха (бл. 100 н.е.). В історії арифметики її роль можна порівняти з роллю Почав Евкліда в історії геометрії. Протягом більше 1000 років вона служила стандартним підручником, оскільки в ній ясно, чітко і всебічно містилося вчення про цілих числах (простих, складових, взаємно простих, а також про пропорції). Повторюючи багато пифагорейские затвердження, Запровадження Нікомаха разом з тим йшло далі, так як Никомах бачив і більш загальні відносини, хоча і приводив їх без доказу.
             Знаменною віхою в алгебрі олександрійських греків стали роботи Діофанта (бл. 250). Одне з головних його досягнень пов'язано з введенням в алгебру почав символіки. У своїх роботах Діофант не пропонував загальних методів, він мав справу з конкретними позитивними раціональними числами, а не з їх літерними позначеннями. Він заклав основи т.зв. диофантова аналізу - дослідження невизначених рівнянь.
              Вищим досягненням олександрійських математиків стало створення кількісної астрономії. Гиппарху (бл. 161-126 до н.е.) ми зобов'язані винаходом тригонометрії. Його метод був заснований на теоремі, яка каже, що в подібних трикутниках ставлення довжин будь-яких двох сторін одного з них дорівнює відношенню довжин двох відповідних сторін іншого. Зокрема, відношення довжини катета, що лежить проти гострого кута А в прямокутному трикутнику, до довжини гіпотенузи має бути одним і тим же для всіх прямокутних трикутників, що мають один і той же гострий кут А. Це ставлення відомо як синус кута А. Відносини довжин інших сторін прямокутного трикутника отримали назву косинуса і тангенса кута А. Гіппарх винайшов метод обчислення таких відносин і склав їх таблиці. Маючи в своєму розпорядженні цими таблицями і легко вимірними відстанями на поверхні Землі, він зміг обчислити довжину її великому колу і відстань до Місяця. За його розрахунками, радіус Місяця становив одну третину земного радіуса; за сучасними даними ставлення радіусів Місяця і Землі становить 27/1000. Гіппарх визначив тривалість сонячного року з помилкою всього лише в 61/2 хвилини; вважається, що саме він ввів широти і довготи.
               Грецька тригонометрія та її застосування в астрономії досягли піку свого розвитку в Альмагесте єгиптянина Клавдія Птолемея (помер в 168 н.е.). У Альмагесте була представлена ​​теорія руху небесних тіл, що панувала аж до 16 в., Коли її змінила теорія Коперника. Птолемей прагнув побудувати найпростішу математичну модель, усвідомлюючи, що його теорія - всього лише зручний математичний опис астрономічних явищ, узгоджене з спостереженнями. Теорія Коперника здобула гору саме тому, що як модель вона виявилася простіше.
           Занепад Греції. Після завоювання Єгипту римлянами в 31 до н.е. велика грецька олександрійська цивілізація занепала. Цицерон з гордістю стверджував, що на відміну від греків римляни мрійники, а тому застосовують свої математичні знання на практиці, витягуючи з них реальну користь. Однак в розвиток самої математики внесок римлян був незначний. Римська система числення грунтувалася на громіздких позначеннях чисел. Головною її особливістю був адитивний принцип. Навіть вичітательний принцип, наприклад, запис числа 9 у вигляді IX, увійшов у широкий вжиток лише після винаходу набраних літер в 15 в. Римські позначення чисел застосовувалися в деяких європейських школах приблизно до 1600, а в бухгалтерії і століттям пізніше.

Немає коментарів:

Дописати коментар