Глава 1 История с математикой
Глава 1
История с математикой
Во II тысячелетии до н. э. египтяне имели довольно развитый математический аппарат: они вычисляли площади разных фигур (треугольника, неправильного четырехугольника, круга); работали с так называемыми аликвотными дробями (вида 1/n); умели вычислять квадратные корни; возводили числа в разные степени; находили среднее арифметическое и даже решали уравнения второй степени с одним неизвестным, то есть придумали тот самый «икс», заменяющий в современной математике неизвестную величину. Число «икс» египтяне писали иероглифом «куча»… Кроме того, египтяне были знакомы с арифметическими и геометрическими прогрессиями. Ну и поскольку они умели вычислять площадь круга, мы можем сделать вывод, что египтяне открыли число «пи», которое считали равным 3,1605 (как видите, погрешность в определении «пи» египтянами составила менее 1 %!).
До нас дошло несколько египетских математических папирусов времен Среднего царства (4000 лет тому назад). Эти папирусы – копии с каких-то более древних источников. При взгляде на них становится ясно, что в решениях задач нет никаких доказательств. Просто приводится готовая формула. И лишь иногда вкратце излагается ход вычислений. Из этого историки делают следующий вывод: видимо, «египетская математика развивалась путем обобщений и гениальных догадок». Раз – и догадался без вычислений, какой должен быть ответ!.. Кстати говоря, наличие неизвестно откуда взявшегося решения или готовой формулы вообще характерно для цивилизаций Древнего мира. Запомним этот факт…
Математический папирус Ринда; 1550 г. до н. э., Британский музей. Содержит решения 84 задач, вычисления площадей и объемов
Писали египтяне, как известно, на папирусах, а их современники вавилоняне – на глиняных табличках. Папирус – вещь хрупкая, нежная. Папирусов сохранилось немного, время их не пощадило. Поэтому об уровне развития математики в Древнем Египте мы знаем гораздо меньше, чем о том же в Вавилоне…
Известно более полумиллиона глиняных клинописных документов Вавилонского царства. Из них несколько сотен – математические. По всей видимости, это были учебники. Чему же учили древневавилонских студентов и аспирантов в эпоху Хаммурапи?
Список поражает воображение: прогрессии, проценты, среднее арифметическое, квадратные уравнения, кубические уравнения, системы линейных уравнений, степени, двоичные логарифмы… И все это имело свой практический смысл. Например, двоичные логарифмы использовались для подсчета сложных процентов по кредиту.
Древневавилонский математический текст
Древневавилонский клинописный текст. На изображенном участке содержится 16 задач с решениями, относящихся к расчету плотин, валов, колодцев. Задача, снабженная чертежом, относится к расчету кругового вала. Британский музей
Пифагор
Разумеется, и египтяне, и вавилоняне знали теорему Пифагора за тысячи лет до рождения самого Пифагора. Кроме того, они придумали процесс итерации по формуле Ньютона за многие тысячи лет до Ньютона. Открыли число «пи» задолго до Архимеда…
Число «пи» вавилоняне вычислили с той же однопроцентной погрешностью, что и египтяне. При этом, как и у египтян, в вавилонских «решебниках» мы видим уже готовые ответы и алгоритмы без выводов. При этом анализ алгоритмов показывает, что вавилоняне обладали общей математической теорией. Откуда они ее взяли? Ответ на этот вопрос известен.
Вавилоняне (2000 лет до н. э.) унаследовали клинописное письмо от шумеров (4000 лет до н. э.). Шумерский язык к тому времени уже исчез, но в вавилонских математических формулах шумерские значки вовсю употреблялись. Их использовали для того же, для чего мы используем в математике греческие и латинские буквы. Кстати, использование мертвого языка в науке – обычная практика: разговорный латинский язык умер, но его слова до сих пор живы в химии, биологии и проч.
Считается, что в Вавилоне математика была развита лучше, чем в Египте. Но это лишь предположение, которое проистекает из наших весьма куцых знаний о египетской математике. Еще неизвестно, за кем бы осталась пальма первенства, если бы египтяне писали на таком же долговечном материале, что и вавилоняне. Зато доподлинно известно, что Египет был «математической Меккой» Древнего мира: признанные знатоки математики – греки – учились ей у египтян.
Греков ныне называют «создателями математики». Говорят, именно им мы обязаны рождением математики как целостной науки. Достижения греков в этой области действительно впечатляют. Не нужно только забывать, у кого они ума набирались…
Весьма любопытно проследить эволюцию математических знаний греков. Это действительно самая настоящая эволюция, то есть тот естественный процесс аккумуляции знаний, который лежит в основе наших представлений о том, как все в этом мире развивалось. Развивалось как по писаному!
Еще в VI веке до н. э. греческая математика ничего особенного из себя не представляла, если не считать того, что греки придумали счеты и ноль. Счеты представляли собой особую доску с желобками, в которых лежали камешки. А камешек с дыркой обозначал ноль.
Потом в Грецию начало проникать египетско-вавилонское влияние, возникли научные школы – ионийцев и пифагорейцев. В дальнейшем век от века мы наблюдаем неуклонный рост знаний, и уже в IV веке до н. э. греки в математической теории далеко опередили своих египетских и вавилонских учителей.
После того как Александр Македонский объединил Запад и Восток, научная столица мира из Афин постепенно перемещается в Александрию, где сосредотачивается лучшее, что было накоплено мировой наукой. Первая в мире Академия наук (Мусейон) и знаменитая Александрийская библиотека, которая к I веку до н. э. насчитывала уже более 700 тысяч единиц хранения, стали центром мировой научной мысли и самым грандиозным складом знаний.
Это было время Евклидовой геометрии, которая триумфальным маршем прошла через все страны и эпохи и которой учат школьников по сию пору. Это было время Архимеда и десятков других ученых, имена которых абсолютному большинству читателей ничего не скажут. Знаете ли вы, например, Аполлония Пергского, разработавшего теорию конических сечений?..
Евклид
Птолемей
А потом вдруг случился упадок. Хваленое накопление знаний сменилось их растратой. И было это не во времена Средневековья. Упадок начался гораздо раньше – со II века до н. э. Нет, какие-то отдельные достижения были и в этот период (формула Герона, окончательное завершение геоцентрической модели Птолемея, появление Диофантовой алгебры), но общий спад был слишком заметен. И в дальнейшем он только усилился.
Такое ощущение, что греки наворотили и напридумывали слишком много такого, что не могло найти применения в практике, потому и начало забываться. Была, впрочем, и еще одна причина для забывчивости, о которой чуть ниже…
На фоне этого перманентного спада александрийская научная школа, вобравшая в себя все лучшее из Древнего мира, просуществовала до IV века н. э. Воцарение новой, маргинальной религии (христианства) окончательно поставило точку на развитии александрийской науки. Оставшиеся ученые начали разъезжаться. У них был выбор между Западом и Востоком. Часть александрийских ученых переехала на Запад, в старую научную столицу – Афины. И они прогадали! Потому что в 529 году н. э. император Юстиниан закрыл афинскую академию как языческий институт.
А вот на Востоке тогда христианства не было. И ученые, уехавшие из Александрии в Персию и Сирию, продолжили научные работы. Эпоха Арабского халифата, которую называют Золотым веком ислама, обязана своим научным взлетом именно античным знаниям; они стали базой для развития науки в арабском мире. Одного только Евклида переводили и обсуждали в своих работах сотни арабских авторов… Мировая научная столица перемещается в Багдад, а главным языком науки в мире становится арабский. Халифы создают в Багдаде аналог александрийского Мусейона.
И раз уж мы туда попали, вкратце пробежимся по научным достижениям халифата. Арабская империя сегодня считается светочем культуры и носителем цивилизации в ту эпоху, когда в Европе был «выключен свет». Во многом это справедливо, но есть интересные нюансы…
Математика Востока носила более приземленный характер. Она практически вся целиком сосредоточилась на решении практических задач, связанных с торговлей, землемерием, механикой, строительством… Таких чудесных абстрактно-теоретических высот, каких достигли греки перед падением, у арабов не было.
Мусульмане блистательно овладели пилотированием «Боингов»… простите, оговорился… достижениями западной цивилизации в области математики и астрономии, однако творческого развития усвоенное почти не получило. Например, попытались арабы ввести десятичные дроби в Х веке, но не преуспели: никому эти дроби на фиг были не нужны аж до XV века. Отрицательные числа арабы тоже знали, но широкое распространение они получили лишь спустя длительное время. Омар Хайям, известный всем как поэт, оставил математический труд, в котором рассказывал о путях решения кубических уравнений. Впрочем, их умел решать еще Архимед методом конических сечений, так что Хайям всего лишь развивал чужие идеи.
Нет, какой-то след в науке арабы оставили, конечно, иначе не было бы в нашем языке таких арабских слов, как «алгебра» и «алгоритм». Но в целом они были эпигонами. Хотя вклад в распространение наук своими завоеваниями и торговлей внесли. Вообще, торговля и путешествия весьма способствуют распространению цивилизации. В XI веке аль-Бируни, например, несколько лет прожил в Индии. Там он познакомил индусов с великими достижениями античной науки и даже перевел некоторые труды греков на санскрит. Впрочем, арабы не только учили индусов, но и учились у них. Те самые цифры, которые мы теперь называем арабскими, арабы позаимствовали у индусов и до сих пор, между прочим, называют их индийскими…
Во времена аль-Бируни уже давно были известны тригонометрия и те таблицы, которые мы в школе называли таблицами Брадиса. Только тогда они назывались таблицами Птолемея, и по ним можно было с хорошей точностью определять синусы (шаг таблицы составлял 15 угловых минут). Кроме синуса и косинуса арабы использовали тангенс, котангенс и секанс. А также имели представления об иррациональных числах.
Арабским математикам удалось высчитать число «пи» с точностью до 17-го знака после запятой! А синусы всех углов с шагом в одну секунду ими к XIII веку были вычислены с точностью до 9-го знака… Однако и это было пусть и блистательным, но всего лишь уточнением греческих и египетских знаний.
В том же XIII веке в арабском мире выходит математический трактат, который рассказывает о разложении бинома и оформляет тригонометрию как самостоятельный раздел математики. Этот трактат попадает в Европу и кладет там начало тригонометрическому буму. Из которого впоследствии родится координатное картографирование, к коему я вас постепенно и подвожу…
Данный текст является ознакомительным фрагментом.