Текст книги "Трехмерный мир. Евклид. Геометрия"
Автор книги: авторов Коллектив
Жанры:
Математика
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 7 страниц)
Annotation
Евклид Александрийский – автор одного из самых популярных нехудожественных произведений в истории. Его главное сочинение – «Начала» – было переиздано тысячи раз, на протяжении веков по нему постигали азы математики и геометрии целые поколения ученых. Этот труд состоит из 13 книг и содержит самые важные геометрические и арифметические теории Древней Греции. Не меньшее значение, чем содержание, имеет и вид, в котором Евклид представил научное знание: из аксиом и определений он вывел 465 теорем, построив безупречную логическую структуру, остававшуюся нерушимой вплоть до начала XIX века, когда была создана неевклидова геометрия.
Josep Pla i Carrera
Введение
ГЛАВА 1
ГЛАВА 2
ГЛАВА 3
ГЛАВА 4
ГЛАВА 5
ГЛАВА 6
ГЛАВА 7
ГЛАВА 8
Эпилог
Список рекомендуемой литературы
Указатель
Josep Pla i Carrera
Трехмерный мир. Евклид. Геометрия
Наука. Величайшие теории: выпуск 14: Трехмерный мир. Евклид. Геометрия. / Пер. с итал. – М.: Де Агостини, 2015. – 168 с.
Еженедельное издание
© Josep Pla i Carrera, 2012 (текст)
© RBA Collecionables S.A., 2012
© ООО “Де Агостини”, 2014-2015
ISSN 2409-0069
Евклид Александрийский – автор одного из самых популярных нехудожественных произведений в истории. Его главное сочинение – «Начала» – было переиздано тысячи раз, на протяжении веков по нему постигали азы математики и геометрии целые поколения ученых. Этот труд состоит из 13 книг и содержит самые важные геометрические и арифметические теории Древней Греции. Не меньшее значение, чем содержание, имеет и вид, в котором Евклид представил научное знание: из аксиом и определений он вывел 465 теорем, построив безупречную логическую структуру, остававшуюся нерушимой вплоть до начала XIX века, когда была создана неевклидова геометрия.
Посвящается Хуану Пуигу Виланова в память о его доброте, дружбе, поддержке и приверженности своей семье.
Введение
Говорить о Евклиде – значит говорить о геометрии и (хотя и совсем по-другому, как мы увидим) об арифметике Древней Греции. В частности – о результате синтеза исследований за три века в области математики. Термин «математа» (раб^ратос), восходящий к Пифагору, означает «то, что можно познать». Пифагорейская школа, основанная в V веке до н. э., выделяла четыре матемы, лежащие в основе научного знания и объясняющие «порядок и гармонию мира»: арифметику, геометрию, музыку и астрономию. Согласно выдающемуся пифагорейцу Архиту Тарентскому «математика есть сумма этих четырех матем» (в Средние века матемы составляли квадривиум, который вместе с дисциплинами тривиума – грамматикой, логикой и риторикой – образовывал «семь свободных искусств», основу университетской программы). В классической Греции, то есть с V до III века до н. э., термин «математа» был неразрывно связан с «философией» (фг^оаоф(а), что означает «любовь к мудрости» и указывает на определенную склонность к познанию.
В этой книге фигура Евклида и его великое произведение о геометрии «Начала» рассматриваются с точки зрения идеологии и методологии с целью проанализировать самые важные достижения древнегреческой математики. Как пишет философ-неоплатоник Прокл (его работы – один из основных источников сведений о трудах Евклида), основоположником этой науки был Фалес Милетский, родившийся в 624 году до н. э., один из «семи мудрецов» Древней Греции. Он же основал школу философии, которую часто называют милетской. Согласно Проклу, зарождение математики совпало с появлением в Древней Греции философской мысли в широком смысле слова.
Начинание Фалеса продолжил Пифагор Самосский, родившийся в 570 году до н. э. и основавший философско-мистическую школу, названную его именем. Он углубил понимание геометрии и сделал арифметику дедуктивной наукой. Оформилось различие между логистикой как практическим искусством счета (куда относилась геометрия как искусство измерения) и арифметикой как теорией чисел. Философские идеи пифагорейской школы оказали большое влияние на знаменитую Академию, основанную Платоном в 387 году до н. э. В ней обучался выдающийся математик Евдокс Книдский, хотя его связь с Академией трудно охарактеризовать (он был там и учеником, и учителем, и заместителем главы). Евдоксу мы обязаны двумя фундаментальными открытиями, о которых позже писал Евклид: теорией отношений, необходимой при доказательстве теоремы Фалеса о линиях и площадях, и методом исчерпывания, основой для вычисления площадей плоских фигур и объема трехмерных объектов.
В IV веке до н. э. оформились новые логические инструменты, созданные стоиками и Аристотелем, которые составляют основу текста Евклида. В частности, Аристотель сделал большой вклад в осознание понятия бесконечности, имеющего огромную важность и для пифагорейской арифметики, и для евклидовой геометрии, в особенности фундаментального постулата о параллельных прямых. «Начала» являются продолжением и синтезом трудов предшественников. Этот шедевр ознаменовал новую эпоху в развитии древнегреческой математики, главным образом геометрии. Другие важнейшие работы в области геометрии, астрономии или арифметики, такие как «Великое математическое построение по астрономии в тринадцати книгах» (или «Альмагест») Клавдия Птолемея, «Арифметика» Диофанта, «Математическое собрание» Паппа, унаследовали его дедуктивный стиль. Но влияние Евклида этим не исчерпывается. Историк Карл Бойер назвал «Начала» самым важным текстом в истории, подсчитав, что только Библия превосходит его по числу переизданий (их было около тысячи). Этот труд изучали Декарт и Ньютон, и такие произведения как «Первоначала философии» и «Математические начала натуральной философии», написанные спустя почти 2000 лет после «Начал», повторяют его структуру. Вполне вероятно, что это самый важный труд по математике, который когда-либо был написан.
Рассказывая о биографии Евклида, невозможно обойтись без анализа «Начал» и через них – анализа результатов развития древнегреческой математики и философии, собранных в этом сочинении. Самое большое влияние на ученого оказали платоновская и аристотелевская школы. Синтезом их математических исследований и можно считать «Начала». Хотя некоторые авторы считают, что влияние Платона сильнее, структура текста абсолютно аристотелевская. Разумеется, нельзя забывать о вкладе в геометрию Теэтета, Феодора и Евдокса, как и о построении Платоновых тел, о котором говорится в конце этой книги. Мы проанализируем самые важные постулаты – одни из них непосредственно записаны в тексте, другие подразумеваются, – а также эпистемологическую и методологическую необходимость их появления для текста Евклида. Мы увидим, какое влияние имело аристотелевское определение границ, или, если угодно, ограничение бесконечности и какие последствия оно оказало на последующие исследования.
Еще одна центральная тема книги – вопрос о существовании геометрических объектов с философской и методологической точек зрения. Мы подробно рассмотрим вопрос о квадратуре круга – одну из важнейших задач, доставшихся нам в наследство от древнегреческой математики. В связи с этим поговорим о великом Архимеде и других выдающихся деятелях античной науки: Аполлонии, Птолемее, Диофанте, Паппе, Прокле. Наконец, мы рассмотрим арифметические вкрапления, взятые у пифагорейцев, которые встречаются в VII, VIII и IX книгах Евклида.
В следующей таблице приводятся символы, которыми в тексте обозначаются отрезки, углы, треугольники; плоские фигуры с тремя, четырьмя или более сторонами: треугольники, квадраты, прямоугольники; окружности (кривая, образованная точками, равноудаленными от центра О) и круги (площадь, ограниченная окружностью).
Символы, использующиеся в тексте, и их значение
АВ
Прямой отрезок, соединяющий точки А и В
<АВС
Угол со сторонами АВ и ВС и вершиной в точке В
ΔАВС
Треугольник с вершинами А, В, С
□АС
Квадрат с противоположными вершинами А и С
□АС
Прямоугольник с противоположными вершинами А и С
□АС
Параллелограмм с противоположными вершинами А и С
ABCD...M
Многоугольник с вершинами А, В, С, D М
○ОА
Круг или окружность с центром О и радиусом ОА
ок. 585 дон.э.Фалес Милетский. Дедуктивная геометрия.
540 дон.э. Пифагор Самосский. Пифагорейская арифметика и геометрия.
450 дон. э. Парменид и сферическая Земля.
430 дон.э. Смерть Зенона. Сочинения Демокрита. Астрономия Филолая. «Начала» Гиппократа Хиосского.
428 дон.э. Рождение Архита. Смерть Анаксагора.
427 до н. э. Рождение Платона.
420 дон.э. Гиппия и трисекция угла. Появление понятия несоизмеримых величин.
360 дон.э. Евдокс: теория отношений и метод исчерпывания.
350 до н. э. Менехм и конические сечения. Квадратриса Динострата.
335 до н. э. Евдем и история науки.
ок. 325 до н. э. Рождение Евклида.
320 до н. э. Аристея и конические сечения.
300 до н. э. «Начала» Евклида.
ок. 265 до н. э. Смерть Евклида.
260 до н. э. Гелиоцентрическая астрономия Аристарха Самосского.
ок. 250 до н. э. Сочинения Архимеда.
230 до н. э. Решето Эратосфена.
225 дон. э. Аполлоний и конические сечения.
212 до н. э. Смерть Архимеда.
180 дон.э. Циссоида Диокла. Конхоида Никомеда. Гипсикл и традиция разбиения полного угла на 360°.
140 до н. э. Тригонометрия Гиппарха.
60 до н. э. Гемин и постулат о параллельных прямых.
75 Сочинения Герона Александрийского.
100 «Введение в арифметику» Никомаха Герасского. «Сферика» Менелая.
125 Теон Смирнский и арифметика.
150 «Альмагест» Птолемея.
250 «Арифметика» Диофанта.
320 «Математическое собрание» Паппа.
415 Смерть Гипатии и закрытие библиотеки и Мусейона в Александрии. Конец греческой языческой науки.
485 Смерть Прокла.
520 Анфимий из Тралл и Исидор Милетский.
ГЛАВА 1
Евклид Александрийский
О жизни Евклида почти ничего не известно. Мы знаем, что он работал в Александрии, одном из главных интеллектуальных центров древнегреческого мира, и основал там знаменитую школу математики. Достижения великих ученых являются синтезом наследия предшественников и их собственной работы, результатом их интеллектуального труда и творчества. Это справедливо и в случае Евклида.
Нам почти ничего не известно о жизни Евклида, а теми немногими сведениями, которыми мы располагаем, мы обязаны древнегреческому философу-неоплатонику Проклу, который записал их через шесть веков после смерти математика. Прокл рассказывает, что Евклид работал в Александрии – городе, основанном Александром Македонским (356-323 до н. э.) в 332 году до н. э. и ставшем столицей империи во время правления египетского царя Птолемея I Сотера (Спасителя). Птолемей построил знаменитую библиотеку, которую его сын Птолемей II Филадельф расширил, основав Мусейон. Прокл утверждает, что Евклид учился в Академии Платона и был знаком с сочинениями Аристотеля. Переселившись в Александрию, он основал там школу и заложил основы математической традиции, которую изложил в нескольких сочинениях, в том числе «Началах», написанных в зрелом возрасте.
Евклиду приписывают два знаменитых высказывания. На вопрос царя Птолемея I «Нет ли пути короче, чем тот, о котором ты пишешь в «Началах», чтобы изучить геометрию?» он дал резкий ответ: «В геометрии нет царских путей». Второе – его реакция на вопрос ученика о том, какую пользу принесет ему изучение геометрии. Евклид приказал рабу: «Дай ему три обола[1 Медная монета в Древней Греции. – Примеч. ред.], раз он хочет извлекать прибыль из учебы». Этот великий грек оформил в «Началах» математическое учение, зародившееся за три века до этого и просуществовавшее до VI века, еще девять веков после его смерти, произошедшей около 265 года до н. э. Таким образом, Евклид осуществил великий синтез трех столетий древнегреческой математики, которая, судя по объему сочинения древнего мудреца, была очень развитой дисциплиной, особенно если учесть, что в «Началах» не рассматривались многие вопросы, изучавшиеся в Академии.
ПРОКЛ ДИАДОХ
Древнегреческий философ Прокл (412-485) был выдающимся представителем неоплатонизма. Он родился в Византии, но стал известен как Прокл из Ликии, потому что его родители, выходцы из Ксанфа, хотели, чтобы он получил начальное образование в этой юго-западной провинции Малой Азии. Подростком Прокл отправился в Афины изучать риторику, а затем получал образование в Византии. После этого он вернулся в Афины. Там Прокл учился у Плутарха Афинского (не путать с автором «Сравнительных жизнеописаний») и у философа-неоплатоника Сириана Александрийского. После смерти последнего Прокл принял руководство Академией, из-за чего получил прозвище Диадох («преемник»). Эту должность он занимал на протяжении 40 лет. Несмотря на то что это был период упадка эллинизма, его труды очень важны для лучшего понимания «Начал». Из огромного наследия Прокпа до нас дошли только несколько сочинений, написанных в духе платоновской теологии, поскольку в то время учение Платона считалось божественным, а доктрины Аристотеля – введением к нему.
Биографические заметки Прокла собраны в комментарии к первой книге «Начал» Евклида. В этом действительно очень важном тексте содержатся ценные исторические, эпистемологические и методологические сведения о Евклиде и его предшественниках. Прокл пишет:
«Немного младше последних [Гермотима и Филиппа] Евклид, составивший «Начала», собравший многое из открытого Евдоксом, улучшивший многое из открытого Теэтетом, а помимо этого сделавший неопровержимыми доказательствами то, что до него доказывалось менее строго.
Он жил при Птолемее I, потому что и Архимед, живший при Птолемее I, упоминает о Евклиде. [...] Он моложе платоновского кружка и старше Эратосфена и Архимеда. [...] Он принадлежит к платоникам и близок их философии, почему и поставил целью всего своего изложения «Начал» описание так называемых пяти платоновских тел».
Прокл ничего не говорит о месте рождения Евклида, из-за чего мы можем предположить, что он о нем не знал, но рассказывает знаменитый случай о «царском пути» в изучении геометрии. Вероятно, лучшее резюме биографии Евклида сделал английский писатель Эдвард Фостер в своем путеводителе по Александрии:
«Мы ничего о нем не знаем; честно говоря, сегодня он для нас – скорее свод знаний, чем человек».
ДРУГИЕ СОЧИНЕНИЯ ЕВКЛИДА
Известно, что кроме «Начал» Евклид написал и другие труды. В прологе ко второй части своего комментария Прокл приписывает ему следующие тексты:
«У него есть также много других математических сочинений, полных удивительной точности и научности. Таковы «Оптика», «Катоптрика», таковы также «Начала музыки» и книга «О делении фигур». А в «Началах» геометрии им в особенности следует восхищаться порядком и отбором приведенных теорем и задач. Ведь он берет не все, что можно сказать, а лишь самое основополагающее; кроме того, он применяет разнообразные виды силлогизмов, которые отчасти получают достоверность от причин, отчасти исходят из достоверных положений, но при этом все – неопровержимые, точные и свойственные науке. Помимо них он применяет все диалектические методы: метод разделения – при установлении видов, метод определения – при определении сущности, метод демонстрации – при переходе от начал к искомому, метод анализа – при восхождении от искомого к началам».
Люди умирают, но их труды остаются.
Последние слова математика Огюстена Луи Коши, сказанные архиепископу Парижа
Добавив к этому списку произведения, о которых упоминает Папп Александрийский (290-350) в своем «Математическом собрании», мы получим свод сочинений, приведенный в таблице на следующей странице.
В совокупности эти книги представляют собой довольно четкую программу изучения математики, а также касаются широкого ряда других вопросов геометрии (первые три – начального уровня, последние три – более сложные), астрономии, музыки, оптики и механики. Ниже приводится краткое содержание каждого сочинения, причем особое внимание мы уделим текстам по геометрии. Нам неизвестна их хронология, так что мы приводим труды в алфавитном порядке.
В «Данных» содержатся 94 предложения, в которых анализируется, какие свойства фигур можно вывести, если «известны некоторые из них». Евклид пишет, что данные могут быть нескольких типов: данные величины (касающиеся размеров), данные вида (касающиеся типа геометрических фигур) и данные положения (касающиеся их относительного расположения) или комбинация этих трех параметров. Сочинение можно назвать начальным учебником по элементарной планиметрии.
ПРЕДЛОЖЕНИЕ 45 ИЗ «ДАННЫХ» ЕВКЛИДА
Следующий пример иллюстрирует, какие вопросы разбираются в «Данных». Здесь изданных величины мы получаем данные вида. В предложении 45 говорится:
«Если дан угол АВС [на рисунке он соответствует углу < АВС] некоего треугольника и соотношение между суммой сторон АВ и ВС данного угла и третьей стороной АС, то треугольник определен (задан)».
Сочинения, приписываемые Евклиду
МАТЕМАТИКА
«Начала» (геометрия): книги 1—XIII (написаны Евклидом) и два апокрифа (книга XIV написана Гипсиклом, книга XV – предположительно Исидором Милетским)
ГЕОМЕТРИЯ
Начальная геометрия
«Данные»
«О делении фигур»
«Псевдария»
Высшая геометрия
«Поверхностные места»
«Поризмы»
«Конические сечения»
АСТРОНОМИЯ
«Явления»
МУЗЫКА
Введение в музыку
«Гармоническое введение» (Клеонид)
«Деление канона»
ФИЗИКА
МЕХАНИКА
«О легкости и тяжести»
«О рычаге»
ОПТИКА
«Оптика»
«Катоптрика» (Теон Александрийский)
В предложениях 84 и 85 этого трактата решаются уравнения второго порядка ах ± х² = b² так же, как это делали месопотамские математики (мы увидим это в главе 4), когда решали следующую систему уравнений:
у±х = а,
ху = b².
В сочинении «О делении фигур» рассматривается деление заданной фигуры одной или несколькими прямыми, «соблюдая некоторые условия», чтобы площади получившихся частей соотносились друг с другом определенным образом. Например, требуется произвести следующее деление:
Задача 20. Отделить треть треугольника ААВС с помощью прямой, которая проходит через точку D внутри треугольника.
Такие геометрические задачи скорее вписываются в математическую традицию Вавилона, чем в изложенную в «Началах». Фрагменты этого сочинения, известные нам, взяты из латинского перевода 1563 года и арабского перевода, обнаруженного в Париже в 1851 году. Единственные четыре предложения с доказательствами напоминают предложения из «Начал». Всего в сочинении содержится 36 предложений.
Сочинение «Псевдария» также не дошло до наших дней. О нем рассказывает Прокл:
«Это сочинение, в котором он дает нам такую подготовку, он назвал «Ложные умозаключения» и в нем перечислил в должном порядке их виды, дал нашей мысли упражнения в каждом виде, противопоставил лжи истину и дал опровержение лжи соответственно со способом ее проведения. Таким образом, эта книга – очистительная, имеющая целью упражнение, а «Начала» содержат неопровержимое и совершенное изложение самого научного рассмотрения предмета геометрии».
КОНИЧЕСКИЕ СЕЧЕНИЯ
Конические сечения (или просто коники) являются пересечением конуса (двойного) с плоскостью. Тип сечения зависит от угла плоскости. Как видно на рисунке 1, если плоскость параллельна оси конуса, мы получаем гиперболу ( состоящую из двух ветвей), если плоскость параллельна образующей конуса, то параболу, а в других случаях – эллипс (включая окружность как частный случай). На рисунке 2 изображены различные конические сечения в зависимости от соотношения фокуса и директрисы.
РИС. 1
РИС. 2
Это был самый настоящий учебник, об утере которого можно только сожалеть, так как он прояснил бы, какие ошибки Евклид считал геометрическими, а какие – логическими.
Еще одно утерянное сочинение, которое цитирует Папп, – «Поверхностные места». Содержание этого свода текстов по высшей геометрии было гораздо сложнее, чем в «Началах». Как говорит Папп, в нем рассматривались «места, а точнее положение, линии или фигуры, точки которых обладают некоторым свойством» и «построение таких мест», то есть линий, например квадратрисы, цилиндрической спирали и подобных, или таких фигур, как конусы, цилиндры, сферы или полученные путем вращения конических сечений (эллипса, гиперболы и параболы). В сочинении дается такая классификация конических сечений по соотношению фокуса и директрисы, при которой не нужно прибегать к трехмерному пространству:
«Геометрическое место точек, при котором отношение между расстоянием от заданной точки [фокусом] и от заданной прямой [директрисой] остается постоянным, является коническим сечением: эллипсом, параболой или гиперболой в зависимости от того, меньше, равно или больше единицы это расстояние».
Сочинение «Поризмы» включало 171 предложение, 38 лемм и 29 классов поризмов. Специалисты считают, что потеря этого труда является большой утратой. Евклид рассказывает о том, как можно получить неопределенные геометрические объекты, когда не заданы все их необходимые характеристики. Таким образом, поризм – это гибрид проблемы и теоремы: можно установить его наличие, но невозможно его продемонстрировать, так как он неопределен. В «Началах» термин «поризм» употребляется в значении непосредственного следствия из только что доказанной теоремы.
О «Конических сечениях» Франсиско Вера, переводчик «Начал» на испанский язык, пишет:
«...об их содержании мы можем только строить догадки. Современные критики полагают, что они были адаптацией сочинения Аристея на ту же тему и на основе него впоследствии написал свой трактат Аполлоний. Архимед несколько раз упоминает о различных свойствах конических сечений, которые, как он считал, были включены в сочинение Евклида».
Портрет работы фламандского художника Юстуса ван Гента называется «Евклид из Мегары» (1474), хотя на самом деле на нем изображен Евклид Александрийский.
Обложка «Математического собрания» Паппа Александрийского, издание 1589 года.
Марка Республики Сьерра Леоне с фрагментом «Афинской школы» Рафаэля, на которой изображен Евклид, делающий измерения циркулем.
ВОПРОС 8 ИЗ «ОПТИКИ» ЕВКЛИДА
«Оптика» имеет такую же структуру, как «Начала». В восьмом предложении Евклид дает геометрическое доказательство того, что видимые размеры двух равных и параллельных фигур обратно пропорциональны расстоянию от них до глаза. Возьмем два равных отрезка АВ и GD, расположенных на разном расстоянии от глаза Е. Проведем отрезки АЕ и EG. Взяв Е в качестве центра и EZ – за радиус, проведем часть окружности HZF. Треугольники EZG и EZD больше и меньше круговых секторов EZH и EZF соответственно.
Соотношение
ΔEZG/сектор (EZH) > ΔEZD/сектор (EZF)
Подставив другие значения, получаем
ΔEZG/ΔEZD > сектор (EZH)/сектор (EZF)
И объединив их, получаем
ΔEZG/ΔEZD = ΔEZG/ΔEZD + 1 > сектор (EHF)/сектор (EZF) = сектор (EZH)/сектор (EZF) + 1
Но ΔEZG/ΔEZD = GD/DZ = AB/DZ, поскольку GD=AB.
Поскольку AB/DZ = BE/ED получим:
BE/ED > сектор (E/HF)/сектор (EZF)
Соотношение между двумя отрезками одной окружности равно соотношению между соответствующими углами, то есть
BE/ED > (<НЕF)/(
Этот труд также был утерян. Возможно, он был сводом всех знаний того времени о конических сечениях и имел педагогическую направленность.
Во введении мы сказали, что Пифагор выделял четыре математы. Евклид должен был рассмотреть их все, если хотел предложить полный образовательный курс математики. Неудивительно, что ему приписываются следующие тексты.
Законы природы – это математические мысли бога.
Евклид
«Явления» – книга о началах астрономии, где описывается видимая часть движущейся небесной сферы (кроме движения планет). В ней рассматриваются восходы и закаты звезд и подразумевается, что читатель знаком с основами сферической геометрии, которая не объясняется в «Началах». Небольшой трактат «Начала музыки», об авторстве которого нет точных сведений, содержит теорию музыкальных интервалов, изложенную в духе пифагорейской школы. «Оптика» – сочинение о перспективе, в котором, как и в «Явлениях», ставится вопрос о нашем знании того, что мы видим. Его цель – установить размеры видимого в зависимости от положения наблюдателя и от масштабов наблюдаемого объекта. Евклид утверждал, что видимость создается по направлению от глаза к предмету, что считалось верным, пока арабский эрудит аль-Хайсам (965-1039) в своем труде «Китаб аль-Маназир» («Книга оптики») не заявил прямо противоположное: мы видим, поскольку глаз получает один или несколько лучей света, отражаемых предметом. Несмотря на это книга Евклида считается одним из важнейших трудов по оптике из тех, что предшествовали работам Ньютона, а такие мыслители Возрождения, как Филиппо Брунеллески, Леон Баттиста Альберти и Альбрехт Дюрер, опирались на Евклида при разработке собственных трактатов о перспективе.
Авторство «Катоптрики» весьма спорно. Тем не менее необходимо сказать, что в ней приведено строгое геометрическое доказательство закона отражения света. Он гласит, что солнечные лучи отражаются под равными углами относительно горизонтальной (или вертикальной) оси. На примере рисунка 1 угол падения 0 равен углу отражения Евклид основывается на геометрическом предложении из Книги 1 «Начал»:
РИС.1
РИС. 2
Предложение 20 .В любом треугольнике сумма двух его сторон больше третьей стороны.
Оно доказывается следующим образом. Если отраженный луч образует два равных угла, мы получим отрезки АС и СВ если же эти углы не равны, то мы получим отрезки AD и DB. Проведем прямую СЕ, симметричную отрезку АС, и прямую DE, симметричную отрезку AD. Получим треугольник BED, где сторона BE короче суммы сторон BD и DE. Сумма отрезков АС и СВ меньше, чем сумма AD и DB (см. рисунок 2).
Доказав, что луч по закону отражения всегда проходит наиболее короткий путь между точками А, С и В, Евклид выдвигает интереснейшую гипотезу: сама природа заставляет луч выбирать именно этот, самый короткий путь, следуя так называемому принципу наименьшего времени.
При помощи такого изящного доказательства Евклид выдвинул важнейшую идею: в законах природы всегда задействованы минимальные величины. Это значит, что физическая величина, указанная в задаче, например расстояние, затраченное время, энергия и так далее, всегда будет настолько мала, насколько это возможно. Много веков спустя Пьер Ферма (1601-1665), вероятно, обратился к этой мысли, чтобы сформулировать закон отражения света, который описывает трансформации луча солнца, проходящего через разные среды: сначала через воздух, а затем через воду. Ферма утверждал, что его «путь будет тем, который он преодолеет за меньшее количество времени». Эта гипотеза гениального французского математика была подтверждена Готфридом Лейбницем (1646-1716): он использовал ее для доказательства важности дифференциального исчисления, которое применяется в том числе для нахождения наибольших и наименьших величин. Основываясь на общем принципе определения наименьших величин, швейцарский ученый Леонард Эйлер (1707-1783) создал новую область математики – вариационное исчисление. Но окончательно сформулировал этот основополагающий закон природы Пьер Луи Моро де Мопертюи, назвав его принципом наименьшего действия.
Наконец, Евклиду приписываются два сочинения по механике, цитируемые арабскими переводчиками «Начал», но на самом деле их авторство неясно. «О легкости и тяжести» содержит самое точное изложение аристотелевской динамики свободно движущихся тел, дошедшее до наших дней; «О рычаге», напротив, описывает теорию равновесия, независимую от аристотелевской механики.
ГЕОГРАФИЯ ДРЕВНЕГРЕЧЕСКОЙ МАТЕМАТИКИ
Мыслители, чьи достижения собрал и дополнил Евклид, а также основные комментаторы его сочинений составляют целую плеяду математиков и философов-математиков, рассеянных по Греции и колониям на берегах Ионического моря, в Египте и в других местах Африки и Азии. Карта древнегреческой математики охватывает территорию от Сицилии до Ближнего Востока, включая современные Италию, Ливию и Турцию, с центром в самой Греции – Пелопоннесе, Аттике, Фессалии, Македонии и островах Эгейского моря. Наибольшая концентрация математиков была на востоке Эллады.
Объединяющий фактор всех этих мыслителей, дающий нам право называть их древнегреческими философами и математиками, – язык, письменный и устный. Это аркадо-кипрский, дорийский, эолийский или ионийский диалекты древнегреческого языка, в зависимости от места рождения ученого. В конце III века до н. э. появилась новая разновидность аттического диалекта – койне («общий язык»), широко использовавшийся в эллинистическом мире. Он обошел македонский, начавший распространяться при Александре Македонском. Иногда койне называют эллинистическим греческим, ведь именно от него произошел современный греческий язык. На койне написаны «Начала» Евклида.
Места, где родились древнегреческие философы и математики
Территория
Город
Имя
Период
Сицилия
1. Сиракузы
Архимед
287-212 до н. э.
Италия
2. Рим
Боэций
480-524 до н. э.
3. Элея
Парменид
570-470 до н. э.
Зенон
490-430 до н. э.
4. Кротоне
Филолай
ок. 470-385 до н. э.
Аристей Старший
370-300 до н. э.
5. Таранто
Брисон
ок. 450-390 до н. э.
Архит
428-347 до н. э.
6. Метапонт
Гиппас
574-522 до н. э.
Ливия
7. Кирена
Феодор
427-347 до н. э.
Эратосфен
276-194 до н. э.
Пелопоннес
8. Элида
Гиппий
465 – ок. 396 до н. э.
9. Афины
Антифонт
480-411 до н. э.
Сократ
ок. 469-399 до н. э.
Платон
427-347 до н. э.
Теэтет
417-369 до н. э.
Плутарх
V ВЕК
10.Херонея
Плутарх
ок. 45-127 до н. э.
Македония
11. Менде
Филипп
IV—III века до н. э.
12. Стагира
Аристотель
384-322 до н. э.
13. Абдера
Демокрит
460-370 до н. э.
Турция
14. Византий
Прокл
412-485
15. Кизик
Менехм
380-320 до н. э.
16. Киликия
Симпликий
490-560
17. Питана
Автолик
360-290 до н. э.
18. Колофон
Гермотим
IV век до н. э.
19. Клазомены
Анаксагор
500-428 до н. э.
20. Траллы
Антемий
21. Эфес
Гераклит
544-483 до н. э.
22. Милет
Фалес
ок. 624 – ок. 545 до н. э.
Анаксимандр
ок. 610-540 до н. э.
23. Перге
Аполлоний
262-190 дон. з.
24. Исаврия
Леонт
V ВЕК до н. э.
25. Фасос
Леодамант
IV ВЕК до н. э.
26. Хиос
Энопид
ок. 500-420 до н. э.
Гиппократ
ок. 470-410 до н. э.
27. Самос
Пифагор
570-490 до н.э.
Мелисс
ок. 485 – ок. 425 до н. э.
Конон
Ill век до н. э.
28. Родос
Евдем
ок. 370-300 до н. э.
29. Книд
Евдокс
ок. 408 – ок. 355 до н. э.
Египет
30.Александрия
Гипсикл
ок. 190 – ок. 120 до н. э.
Герои
ок. 10-70
Птолемей
ок. 100-170
Диофант
ок. 201 – ок. 285 до н. э.
Папп
ок. 290 – ок. 350
Теон
ок. 335 – ок. 405
Сириан
ок. 380 – ок. 437
31.Гераса
Никомах
ок. 60 – ок. 120
К тому моменту, когда Евклид стал знаменитым, многочисленные мыслители уже внесли важный вклад в развитие математики и подготовили почву для расцвета геометрии, основой которого также стали труды современников Евклида – Архимеда и Аполлония.
