Början | |
---|---|
annan grekisk Στοιχεῖα | |
| |
Författare | Euklid |
Originalspråk | antika grekiska |
Original publicerat | 3:e århundradet f.Kr e. |
Text i Wikisource | |
Text på en webbplats från tredje part ( engelska ) Text på en webbplats från tredje part ( engelska) Text på en webbplats från tredje part | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
"Begynnelser" ( grekiska Στοιχεῖα , lat. Elementa ) är Euklids huvudverk , skrivet omkring 300 f.Kr. e. och tillägnad den systematiska konstruktionen av geometri och talteori . Det anses vara toppen av antik matematik , resultatet av dess tre hundra år av utveckling och grunden för efterföljande forskning. Elementen, tillsammans med de två verken av Autolycus av Pitana , är det äldsta av de antika matematiska verk som har kommit ner till nutiden; alla verk av Euklids föregångare är kända endast från referenser och citat från senare kommentatorer.
"Begynnelser" hade en enorm inverkan på matematikens utveckling fram till modern tid , den höga intellektuella nivån på arbetet och dess grundläggande betydelse för vetenskapen som helhet noteras av nyckelforskare i vår tid [2] . Boken har översatts till många språk i världen, när det gäller antalet nytryck av "Början" har de ingen motsvarighet bland sekulära böcker.
Proclus rapporterar (med hänvisning till Eudemus ) att liknande skrifter skrevs före Euklid: Elementen skrevs av Hippokrates från Chios , såväl som av platonisterna Leontes och Theeudius . Men dessa skrifter gick tydligen förlorade under antiken.
Texten till "Begynnelsen" har varit föremål för diskussion i århundraden, och många kommentarer har skrivits om dem. Från antika kommentarer har texten till Proclus [3] bevarats , som är den viktigaste källan om den grekiska matematikens historia och metodik. I den ger Proclus en kort sammanfattning av den grekiska matematikens historia (den så kallade "Eudemic katalogen av geometrar"), diskuterar förhållandet mellan Euklides metod och Aristoteles logik , och fantasins roll i bevis. Forntida kommentatorer inkluderar Theon av Alexandria , Pappus av Alexandria ; de främsta renässanskommentatorerna är Pierre de la Ramais [4] , Federigo Commandino [5] , Christoph Schlussel (Clavius) [6] och Henry Saville .
Planimetri , solid geometri , aritmetik , talteori , Eudoxus relationer förklaras i Elementen . I Heibergs klassiska rekonstruktion består hela verket av 13 böcker. Dessa förenas traditionellt av två böcker om fem vanliga polyedrar som tillskrivs Hypsicles of Alexandria och Isidore of Miletus skola .
Presentationen i Elements är strikt deduktiv . Varje bok börjar med definitioner. I den första boken följs definitioner av axiom och postulat. Sedan följer meningar som är uppdelade i problem (där något måste byggas) och satser (där något behöver bevisas). Definitioner, axiom, postulat och propositioner är numrerade, till exempel är referensen " I, Definitions, 2 " den andra definitionen av den första boken. Det finns 130 definitioner, 5 postulat, 5 (i termer av upplagor - 9) axiom, 16 lemman och 465 satser (inklusive konstruktionsproblem) i 13 böcker av "Beginnings" [7] .
Den första boken börjar med definitioner, av vilka de första sju ( I, Definitioner, 1-7 ) lyder:
Renässanskommentatorer föredrog att säga att en punkt är en plats utan förlängning. Moderna författare, tvärtom, erkänner omöjligheten av att definiera de grundläggande begreppen, i synnerhet är detta tillvägagångssättet i Hilberts Foundations of Geometry [8] .
För definitioner citerar Euclid postulat ( I, Postulat, 1-5 ):
Det sista postulatet av Euklids axiomatik – det berömda femte postulatet – bland andra intuitivt uppenbara postulat, ser främmande ut. Dess krångliga formulering väcker en viss känsla av protest, en önskan att hitta ett bevis för det och utesluta det från listan över axiom. Sådana bevis försöktes redan i antiken av Ptolemaios och Proclus ; och i modern tid utvecklades icke-euklidisk geometri från dessa försök . De första 28 satserna i bok I hänvisar till absolut geometri , det vill säga de förlitar sig inte på V-postulatet.
Postulaten följs av axiomen ( I, Axioms, 1-9 ), som har karaktären av allmänna påståenden som gäller lika för både tal och kontinuerliga storheter:
Axiom tas inom parentes, vilkas tillhörighet till Euklid Geiberg, författaren till den klassiska rekonstruktionen av texten till "Begynnelsen", anses vara tveksam. Postulat 4-5 ( I, Postulat, 4-5 ) fungerar som axiom i ett antal listor ( I, Axiom, 10-11 ).
Axiomen följs av tre satser, som är konstruktionsproblem som länge varit kontroversiella. Så den andra av dem ( I, Propositions, 2 ) föreslås "från en given punkt att skjuta upp en rät linje lika med en given rät linje." Otrivialiteten i detta problem ligger i det faktum att Euklid inte överför segmentet till en rät linje med motsvarande lösning av kompassen, eftersom en sådan operation anses vara olaglig, och använder det tredje postulatet ( I, Postulates, 3 ) i oväntat snäv bemärkelse.
När man bevisar den fjärde satsen ( I, Proposals, 4 ), som uttrycker kriteriet för trianglars likhet, använder Euklids superpositionsmetoden, som inte beskrivs på något sätt i postulat och axiom. Alla kommentatorer noterade denna lucka, Hilbert fann inget bättre än att göra tecknet på trianglars likhet på tre sidor ( I, Propositioner, 8 ) till ett axiom III-5 i sitt system. Å andra sidan är det fjärde postulatet ( I, Postulates, 4 ) nu brukligt bevisat, eftersom Christian Wolff gjorde det för första gången [9] , Hilbert härleder detta uttalande från kongruensaxiomen [10] .
Sedan övervägs olika fall av trianglars likhet och olikhet; satser om parallella linjer och parallellogram; de så kallade "lokala" satserna om likheten mellan arean av trianglar och parallellogram på samma bas och under samma höjd. Bok I avslutas med Pythagoras sats .
Bok II - satser av den så kallade "geometriska algebra".
III bokförslag om cirklar , deras tangenter och ackord , centrala och inskrivna vinklar .
Bok IV - förslag om inskrivna och omskrivna polygoner , om konstruktion av reguljära polygoner .
Bok V är en allmän teori om relationer utvecklad av Eudoxus av Cnidus .
VI bok - läran om likheten mellan geometriska figurer. Den här boken kompletterar Euklidisk planimetri .
Böckerna VII, VIII och IX ägnas åt teoretisk aritmetik. Euklid betraktar uteslutande naturliga tal som tal ; för honom "Antal är en samling enheter." Här anges teorin om delbarhet och proportioner , oändligheten av mängden primtal bevisas , Euklides algoritm ges för att hitta den största gemensamma delaren av två tal, även perfekta tal är byggda . Euklid bevisar också formeln för summan av en geometrisk progression .
Bok X är en klassificering av inkommensurabla storheter. Detta är den mest omfattande av "Beginnings"-böckerna.
XI bok - början av stereometri: satser om det ömsesidiga arrangemanget av linjer och plan; satser om rymdvinklar , volym av en parallellepiped och prisma , satser om likhet och likhet mellan parallellepipederna.
XII boksatser om pyramider och bevisade med utmattningsmetoden . Här bevisas till exempel satsen att en kons volym är en tredjedel av volymen av en cylinder med samma bas och höjd.
XIII bok - konstruktion av vanliga polyedrar ; bevis på att det finns exakt fem vanliga polyedrar.
Euklids hänvisar ingenstans i boken till andra grekiska matematiker, även om han utan tvekan förlitar sig på deras resultat. Vetenskapshistoriker [11] [12] har visat att prototypen för Euklids arbete var gamla matematikers tidigare skrifter:
Frågan om "Elementen" innehåller några resultat av Euklid själv, eller om författaren bara sysslade med systematisering och förening av den ackumulerade kunskapen, är föremål för diskussion. Det finns ett antagande att algoritmen för att konstruera en vanlig 15-gon utvecklades av Euclid; förmodligen gjorde han också urvalet och den slutliga formuleringen av axiomen och postulaten [13] .
På det hela taget täcker innehållet i "Principerna" en betydande del av den antika teoretiska matematiken. Men en del av det material som var känt för antika grekiska matematiker förblev utanför detta arbete - till exempel koniska sektioner (Euklid tillägnade dem ett separat verk, som inte har överlevt), omkrets , teorin om ungefärliga beräkningar .
Boknummer | Beroende av andra böcker [7] |
---|---|
ett | Självständig |
2 | ritar på bok 1 |
3 | Baserat på bok 1 och meningarna 5, 6 i bok 2 |
fyra | Förlitar sig på böckerna 1, 3 och sats 11 i bok 2 |
5 | Självständig |
6 | Baserat på bok 1, 5 och meningarna 27 och 31 i bok 3 |
7 | Självständig |
åtta | Baserat på definitioner från böckerna 5, 7 |
9 | Baserat på bok 7, 8 och meningarna 3, 4 i bok 2 |
tio | Förlitar sig på böckerna 5, 6; meningar 44, 47 från bok 1 mening 31 från bok 3 meningar 4, 11, 26 från bok 7 meningar 1, 24, 26 från bok 9 |
elva | Förlitar sig på böckerna 1, 5, 6, mening 31 från bok 3 och mening 1 från bok 4 |
12 | Förlitar sig på böckerna 1, 3, 5, 6, 11, meningarna 6, 7 från bok 4 och mening 1 från bok 10 |
13 | Förlitar sig på böckerna 1, 3, 4, 5, 6, 10, 11 och mening 4 från bok 2 |
För sin tid och fram till (ungefär) 1800-talet ansågs Elementen vara en modell för den logiska utläggningen av matematisk teori. Strukturen av verken av Descartes , Newton och även Spinoza var modellerad efter "principerna". Men redan i antiken noterades vissa brister i Euklids arbete kritiskt - till exempel motiverade Arkimedes behovet av att lägga till " Axiom of Archimedes " (som formulerades av Eudox , som levde före Euklid). Med tiden ökade antalet erkända brister gradvis. Moderna uppfattningar om berättigande, innehåll och metoder för både geometri och aritmetik skiljer sig väsentligt från forntida [14] .
Först och främst, nu förstås en rak linje som en linje med oändlig längd. Forntida vetenskapsmän undvek helt begreppet faktisk oändlighet , Euclid använder endast finita linjesegment överallt [15] . Tydligen, av denna anledning , är Euklids postulat om parallellism formulerat ganska krångligt - men det har en lokal karaktär, det vill säga det beskriver en händelse på en begränsad sektion av planet, medan till exempel Procluss axiom ("endast en linje parallell till den givna passerar man genom en punkt utanför en rät linje" ) hävdar faktumet av parallellism, vilket kräver övervägande av hela den oändliga linjen [16] . Ett annat arkaiskt särdrag hos elementen är begränsningen till endast två typer av kurvor - raka linjer och cirklar, som grekerna ansåg vara den enda perfekta [17] , samt ett alltför snävt talbegrepp, som inte inkluderade irrationella tal och därför tvingade forntida matematiker att i onödan införa en parallell med aritmetik, kalkylen för "geometriska storheter" ("geometrisk algebra", bok II i "Begynnelsen") [18] .
Många kommentatorer av Euclid noterade att definitionerna av geometriska begrepp som ges av dem är tomma och inte skapar något mer än en visuell bild - till exempel "en linje är längd utan bredd." Faktum är att sådana "definitioner" inte används någon annanstans i texten, inte en enda teorem är baserad på dem [14] . Som nämnts ovan visade sig Euklids IV-postulat om likheten mellan alla räta vinklar vara överflödig , det kan bevisas som ett teorem [19] [20] .
Vidare måste alla bevis för satser följa av explicit formulerade axiom. Faktum är att många av Euklids fakta förlitar sig på underförstådda eller visuella bevis. Först och främst handlar det om begreppet rörelse , som implicit används på många ställen - till exempel när trianglar överlagras för att bevisa tecken på deras likhet. Proclus noterade redan detta faktum som en betydande metodologisk lucka. Euklid gav inte rörelsens axiom, kanske för att inte förväxla hög geometri med "låg" mekanik. Moderna författare av axiomatik tillhandahåller en speciell grupp av " kongruensaxiom " [21] [22] .
Redan i beviset för det allra första påståendet (“en liksidig triangel kan byggas på vilket segment som helst”) antyder Euklid att två cirklar med radien R , vars centrum är på avstånd R , skär varandra i två punkter. Detta följer inte av några axiom [23] ; för logisk fullständighet bör man lägga till kontinuitetsakxiomet . Liknande utelämnanden sker för skärningen av en linje och en cirkel [24] , i användningen av det odefinierade begreppet "att vara mellan" (för punkter) och på ett antal andra platser. Euklids axiomatik tillåter till exempel inte att bevisa att det inte finns någon linje som går genom alla tre sidorna av en triangel.
Många kommentatorer av Euklid gjorde upprepade försök att rätta till de noterade bristerna - antalet axiom ökades, formuleringarna och bevisen förfinades [14] . Vissa kommentatorer (till exempel Theon av Alexandria och Christopher Clavius ) gjorde sina korrigeringar direkt i den euklidiska texten när de trycktes om. Den reviderade och avsevärt utökade versionen av axiomatiken som Pierre Erigon föreslog 1632 misslyckades [25] . Den första stora bedriften i denna riktning var monografin Lectures on New Geometry av den tyske matematikern Moritz Pasch (1882) [26] . Avslutningen var Hilberts moderna axiomatik för geometri (1899). Den, liksom dess olika varianter, är logiskt fullständig och ingenstans baserad på intuitiva bevis [27] .
En av de viktigaste upptäckterna på 1800-talet var upptäckten och studien av konsekventa icke-euklidiska geometrier ; den visade att den övervägande användningen i praktiken av euklidisk geometri inte betyder att denna geometri är den enda möjliga.
Under utgrävningarna av antika städer hittades flera papyrus som innehöll små fragment av Euklids "början". Den mest kända hittades i "papyristaden" Oxyrhynchus 1896 - 1897 och innehåller formuleringen av ett av uttalandena i den andra boken med en teckning ( II, Proposals, 5 ) [28] .
Den grekiska texten av Euklids element är känd från bysantinska manuskript, varav de två mest kända förvaras i Bodleian Library [29] och Vatikanens apostoliska bibliotek (två bindiga Vatikanens manuskript) [30] .
Baserat på dem, och även med hänsyn till de arabiska översättningarna av "Begynnelsen" (daterad till 800-talet och senare), rekonstruerades originaltexten av den danske vetenskapshistorikern Geiberg i slutet av 1800-talet, hans metoder är beskrivs i detalj av Thomas Heath [31] . Geiberg använde i sin rekonstruktion av 8 grekiska manuskript daterade av moderna forskare från 900-1100-talen. Av dessa manuskript är sju i sina titlar märkta "från Theons upplaga " eller "från Theons föreläsningar" och kallas därför Theons. Vatikanens manuskript har inget sådant märke och anses vara oredigerat av Theon. Teoniska manuskript skiljer sig från varandra, och det finns få gemensamma drag som skiljer dem från Vatikanens manuskript (det mest betydelsefulla är slutet på bok IV). Det finns många kommentarer i marginalen till manuskripten, delvis hämtade från Proclus, som passar in i elementen i den grekiska kulturens sammanhang, till exempel rapporteras det att Pythagoras, efter att ha upptäckt sin teorem, offrade tjurar.
Historien om förvärvet av bysantinska manuskript är oklar. De kom troligen till Europa redan på 1500-talet, men publicerades inte. Den första upplagan av den grekiska texten, utförd av Johann Herwagen mellan 1533 och 1558, redigerad av Simon Gryner (alias Grynaeus, professor i grekiska vid universitetet i Basel ), använder manuskript som, enligt Heiberg, dåliga kopior av 1500-talet . Först 1808, under de Napoleonska expropriationerna, hittade Peyrard tre manuskript i Rom, och bland dem det viktigaste, Vatikanmanuskriptet i två volymer.
I Europa var "början" av Euklid på latin välkänd både under medeltiden och under renässansen , men långt ifrån i sin vanliga form. Medeltida latinska avhandlingar innehållande fragment av Euklids element katalogiserades av München-forskaren Volkerts [32] , som delade in manuskripten i följande grupper:
Tryckta upplagor av Euclid's Elements är katalogiserade av Thomas-Stanford [34] . Den första tryckta upplagan av Principia [35] gjordes av Erhard Ratdolt i Venedig 1482 och återgav Principia i Campanos behandling. Nästa upplaga kopierade inte den första, utfördes av Bartolomeo Zamberti [ de 1505 . Från förordet är det känt att Zamberti översatte det grekiska manuskriptet, som förmedlar "början" i bearbetningen av Theon, dock kunde Heiberg inte identifiera honom.
På 1500-talet trodde man att Euklid endast tillhörde formuleringen av satser, medan bevisen uppfanns senare; upplagor av Principia utan bevis och upplagor som jämförde bevisen från Campana och Zamberti [36] cirkulerade . Denna uppfattning hade en helt solid grund: i början av 1500-talet publicerades Boethius geometri [37] , som också var en översättning av Euklids element, men denna utgåva innehöll inga bevis. Man trodde också att användningen av bokstavlig notation i bevis antydde förtrogenhet med bokstavlig algebra. Denna uppfattning förkastades på 1600-talet.
Den första upplagan av "Begynnelser" på ryska utkom 1739; boken publicerades i St Petersburg under titeln "Euklidiska element från tolv neftoniska böcker utvalda och till åtta böcker genom professorn i matematik Andrei Farkhvarson, förkortat, översatt från latin till ryska av kirurgen Ivan Satarov" [38] . Översättningen utfördes av Ivan Satarov under ledning av den skotske matematikern Henry Farvarson , som vid den tiden tjänstgjorde i den ryska marinkåren [39] . Namnet på Newton ("Nefton") i titeln nämns antingen genom missförstånd, eller i reklamsyfte, han har ingenting att göra med bokens innehåll. Översättningen gjordes från en förkortad och moderniserad fransk utgåva av "Beginnings" av Andre Taque , där översättarna lade till ett antal numeriska exempel och kritiska kommentarer [38] [40] .
Lite senare kom ytterligare 2 översättningar ut, också reducerade till 8 böcker:
Nästan helt (förutom bok X) "Begynnelser" på ryska publicerades i översättningen av Foma Petrushevsky [41] : böckerna 1-6 och 11-13 1819, böckerna 7-9 1835 [42] . År 1880 publicerades en översättning av Vashchenko-Zakharchenko [43] . En annan förkortad översättning publicerades i Kremenchug (1877) under titeln "Eight Books of Euclid's Geometry"; översättning under ledning av A. A. Sokovich (1840-1886), direktören för den lokala realskolan, utfördes av två elever från denna skola [44] .
Den sista fullständiga akademiska upplagan publicerades 1949-1951, översatt från grekiska och kommentarer av Dmitrij Mordukhai-Boltovsky .
Under 900-1000-talen översatte forskare från Visdomens hus i Bagdad "början" till arabiska; denna bok blev känd i islams länder, trycktes upprepade gånger med kommentarer av stora matematiker, inklusive Yehuda Alkharisi och ibn Malik .
På 1000-talet översatte Grigor Magistros "början" från grekiska till armeniska [45] .
Under 1000-1100-talen dök de första latinska översättningarna av Euklids upp i Europa. Den första tryckta upplagan av Principia publicerades kort efter uppfinningen av tryckning , 1482.
På kinesiska publicerades de första 6 böckerna i "Beginings" av Matteo Ricci under hans uppdrag i Kina (1583-1610). En fullständig översättning av den brittiske missionären Wiley kom ut med ett lovordande förord av Zeng Guofan , skrivet 1865.
Ordböcker och uppslagsverk | ||||
---|---|---|---|---|
|
Matematik i antikens Grekland | |
---|---|
Matematiker |
|
Avhandlingar | |
Under påverkan | |
Inflytande | |
tabeller | Kronologisk tabell över grekiska matematiker |
Uppgifter |