Začátky | |
---|---|
jiná řečtina Στοιχεῖα | |
Benátské vydání, 1505 | |
Autor | Euklides |
Původní jazyk | starověké řečtiny |
Originál publikován | 3. století před naším letopočtem E. |
![]() | |
Text na webu třetí strany ( anglicky ) Text na webu třetí strany ( anglicky) Text na webu třetí strany | |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
"Počátky" ( řecky Στοιχεῖα , lat. Elementa ) je hlavní dílo Euklida , napsané kolem roku 300 př.n.l. E. a oddaný systematické konstrukci geometrie a teorii čísel . Je považována za vrchol starověké matematiky , výsledek jejího třísetletého vývoje a základ pro další výzkum. The Elements, spolu se dvěma díly Autolycus of Pitana , je nejstarší ze starověkých matematických děl, které sestoupily až do současnosti; všechna díla Euklidových předchůdců jsou známa pouze z odkazů a citací pozdějších komentátorů.
„Počátky“ měly obrovský vliv na vývoj matematiky až do moderní doby , vysokou intelektuální úroveň díla a jeho zásadní význam pro vědu jako celek si všímají klíčoví vědci naší doby [2] . Kniha byla přeložena do mnoha jazyků světa, co do počtu dotisků „Počátků“ nemají mezi světskými knihami obdoby.
Proclus hlásí (s odkazem na Eudema ), že podobné spisy byly napsány před Euklidem: Prvky byly napsány Hippokratem z Chiu , stejně jako platoniky Leontesem a Theeudiusem . Ale tyto spisy se zjevně ztratily ve starověku.
Text „Počátků“ byl po staletí předmětem diskusí a byly k nim napsány četné komentáře. Z antických komentářů se zachoval text Prokla [3] , který je nejdůležitějším pramenem k dějinám a metodologii řecké matematiky. Proclus v ní podává stručné shrnutí historie řecké matematiky (tzv. „Eudemic katalog geometers“), diskutuje o vztahu mezi Euklidovou metodou a Aristotelovou logikou a roli představivosti v důkazech. Mezi starověké komentátory patří Theon z Alexandrie , Pappus z Alexandrie ; hlavními renesančními komentátory jsou Pierre de la Ramais [4] , Federigo Commandino [5] , Christoph Schlussel (Clavius) [6] a Henry Saville .
Planimetrie , geometrie těles , aritmetika , teorie čísel , vztahy Eudoxus jsou vysvětleny v Elementech . V Heibergově klasické rekonstrukci se celé dílo skládá ze 13 knih. K nim se tradičně připojují dvě knihy o pěti pravidelných mnohostěnech připisovaných Hypsiklovi z Alexandrie a škole Isidora z Milétu .
Prezentace v Elementech je přísně deduktivní . Každá kniha začíná definicemi. V první knize jsou definice následovány axiomy a postuláty. Pak následují věty, které se dělí na problémy (ve kterých je třeba něco postavit) a věty (ve kterých je třeba něco dokázat). Definice, axiomy, postuláty a výroky jsou číslovány, například odkaz " I, Definitions, 2 " je druhou definicí z první knihy. Ve 13 knihách "Počátků" [7] je 130 definic, 5 postulátů, 5 (z hlediska vydání - 9) axiomů, 16 lemmat a 465 vět (včetně konstrukčních problémů) .
První kniha začíná definicemi, z nichž prvních sedm ( I, Definice, 1-7 ) zní:
Renesanční komentátoři raději říkali, že bod je místo bez rozšíření. Moderní autoři si naopak uvědomují nemožnost definovat základní pojmy, zejména takový je přístup v Hilbertových Základech geometrie [8] .
Pro definice cituje Euclid postuláty ( I, Postulates, 1-5 ):
Poslední postulát Euklidovy axiomatiky – slavný pátý postulát – mezi ostatními intuitivně zřejmými postuláty vypadá cize. Jeho těžkopádná formulace vyvolává určitý pocit protestu, touhu najít pro něj důkaz a vyřadit ho ze seznamu axiomů. O takové důkazy se pokusili již ve starověku Ptolemaios a Proklos ; a v moderní době se z těchto pokusů vyvinula neeuklidovská geometrie . Prvních 28 teorémů Knihy I odkazuje na absolutní geometrii , to znamená, že se nespoléhají na V postulát.
Na postuláty navazují axiomy ( I, Axiomy, 1-9 ), které mají charakter obecných tvrzení, která platí stejně pro čísla i spojité veličiny:
V závorkách jsou brány axiomy, jejichž příslušnost Euklidu Geibergovi, autorovi klasické rekonstrukce textu „Počátků“, považována za pochybnou. Postuláty 4-5 ( I, Postuláty, 4-5 ) fungují jako axiomy v řadě seznamů ( I, Axiomy, 10-11 ).
Po axiomech následují tři věty, což jsou konstrukční problémy, které byly dlouho kontroverzní. Takže druhý z nich ( I, Propositions, 2 ) je navržen "z daného bodu odložit přímku rovnou dané přímce." Netriviálnost tohoto problému spočívá v tom, že Euklides nepřevádí segment na přímku s odpovídajícím řešením kompasu, protože takovou operaci považuje za nezákonnou, a používá třetí postulát ( I, Postulates, 3 ) v nečekaně úzkém smyslu.
Při dokazování čtvrté věty ( I, Návrhy, 4 ), která vyjadřuje kritérium rovnosti trojúhelníků, Euklides používá metodu superpozice, která není v postulátech a axiomech nijak popsána. Všichni komentátoři tuto mezeru zaznamenali, Hilbert nenašel nic lepšího, než udělat ze znaku rovnosti trojúhelníků na třech stranách ( I, Tvrzení, 8 ) axiom III-5 ve svém systému. Na druhou stranu čtvrtý postulát ( I, Postulates, 4 ) je dnes již běžně dokazován, jak to poprvé udělal Christian Wolff [9] , Hilbert toto tvrzení odvozuje z axiomů kongruence [10] .
Poté jsou uvažovány různé případy rovnosti a nerovnosti trojúhelníků; věty o rovnoběžkách a rovnoběžkách; tzv. „lokální“ věty o rovnosti ploch trojúhelníků a rovnoběžníků na stejné základně a pod stejnou výškou. Kniha I končí Pythagorovou větou .
Kniha II - věty tzv. "geometrické algebry".
III kniha - návrhy o kružnicích , jejich tečnách a tětivách , středových a vepsaných úhlech .
Kniha IV - návrhy na vepsaných a opsaných mnohoúhelníků , na konstrukci pravidelných mnohoúhelníků .
Kniha V je obecná teorie vztahů vyvinutá Eudoxem z Cnidu .
VI kniha - nauka o podobnosti geometrických obrazců. Tato kniha dokončuje euklidovskou planimetrii .
Knihy VII, VIII a IX jsou věnovány teoretické aritmetice. Euclid považuje výhradně přirozená čísla za čísla ; pro něj "Číslo je sbírka jednotek." Je zde uvedena teorie dělitelnosti a proporcí , je dokázána nekonečnost množiny prvočísel , uveden Euklidův algoritmus pro nalezení největšího společného dělitele dvou čísel, sestavena dokonce dokonalá čísla . Euclid také dokazuje vzorec pro součet geometrické posloupnosti .
Kniha X je klasifikace nesouměřitelných veličin. Toto je nejobsáhlejší z knih "Počátky".
XI kniha - počátky stereometrie: věty o vzájemném uspořádání přímek a rovin; věty o prostorových úhlech , objemu rovnoběžnostěnu a hranolu , věty o rovnosti a podobnosti rovnoběžnostěnu.
XII kniha - teorémy o pyramidách a kuželech ověřené metodou vyčerpání . Zde je například dokázána věta, že objem kužele je jedna třetina objemu válce se stejnou základnou a výškou.
XIII kniha - konstrukce pravidelných mnohostěnů ; důkaz, že existuje přesně pět pravidelných mnohostěnů.
Euclid nikde v knize neodkazuje na jiné řecké matematiky, i když nepochybně spoléhá na jejich výsledky. Historici vědy [11] [12] ukázali, že prototypem Euklidova díla byly dřívější spisy starověkých matematiků:
Otázka, zda „Prvky“ obsahují nějaké výsledky samotného Euklida, nebo šlo autorovi pouze o systematizaci a sjednocení nashromážděných poznatků, je předmětem diskuse. Existuje předpoklad, že algoritmus pro konstrukci pravidelného 15-úhelníku vyvinul Euclid; pravděpodobně také provedl výběr a konečnou formulaci axiomů a postulátů [13] .
Celkově obsah „Principů“ pokrývá významnou část antické teoretické matematiky. Některý materiál známý starořeckým matematikům však zůstal mimo tuto práci - například kuželosečky (těm Euklides věnoval samostatnou práci, která se nedochovala), obvod , teorie přibližných výpočtů .
Číslo knihy | Závislost na jiných knihách [7] |
---|---|
jeden | Nezávislý |
2 | kreslí podle knihy 1 |
3 | Na základě knihy 1 a vět 5, 6 knihy 2 |
čtyři | Spoléhá na Knihy 1, 3 a Proposition 11 z Knihy 2 |
5 | Nezávislý |
6 | Na základě knih 1, 5 a vět 27 a 31 knihy 3 |
7 | Nezávislý |
osm | Na základě definic z knih 5, 7 |
9 | Na základě knih 7, 8 a vět 3, 4 knihy 2 |
deset | Spoléhá na knihy 5, 6; věty 44, 47 z knihy 1 věta 31 z knihy 3 věty 4, 11, 26 z knihy 7 věty 1, 24, 26 z knihy 9 |
jedenáct | Spoléhá na knihy 1, 5, 6, větu 31 z knihy 3 a větu 1 z knihy 4 |
12 | Spoléhá na knihy 1, 3, 5, 6, 11, věty 6, 7 z knihy 4 a větu 1 z knihy 10 |
13 | Spoléhá na knihy 1, 3, 4, 5, 6, 10, 11 a větu 4 z knihy 2 |
Na svou dobu a až do (přibližně) 19. století byly Prvky považovány za model logického výkladu matematické teorie. Struktura děl Descarta , Newtona a dokonce Spinozy byla modelována podle „Principů“. Nicméně již ve starověku byly některé nedostatky Euklidova díla kriticky zaznamenány - například Archimedes odůvodnil potřebu přidat " Axiom Archimedes " (který formuloval Eudox , který žil před Euklidem). Postupem času se počet uznaných nedostatků postupně zvyšoval. Moderní pohledy na zdůvodnění, obsah a metody geometrie i aritmetiky se výrazně liší od těch starověkých [14] .
Za prvé, přímka je nyní chápána jako čára nekonečné délky. Starověcí vědci se zcela vyhnuli konceptu skutečného nekonečna , Euclid všude používá pouze konečné úsečky [15] . Zřejmě z tohoto důvodu je Euklidův postulát rovnoběžnosti formulován poněkud těžkopádně – má však lokální charakter, to znamená, že popisuje událost na omezeném úseku roviny, zatímco např. Proklův axiom („pouze jedna přímka rovnoběžná k danému prochází bodem mimo přímku“ ) prosazuje skutečnost rovnoběžnosti, která vyžaduje zohlednění celé nekonečné přímky [16] . Dalším archaickým rysem Živlů je omezení pouze na dva typy křivek – přímky a kružnice, které Řekové považovali za jediné dokonalé [17] , a také příliš úzké pojetí čísla, které nezahrnovalo iracionální čísla a proto donutil starověké matematiky zbytečně zavádět paralelu s aritmetikou, počet „geometrických veličin“ („geometrická algebra“, kniha II „Počátky“) [18] .
Mnoho komentátorů Euklida poznamenalo, že jimi uváděné definice geometrických pojmů jsou prázdné a nevytvářejí nic jiného než vizuální obraz – například „čára je délka bez šířky“. Ve skutečnosti se takové „definice“ nikde jinde v textu nepoužívají, nevychází z nich ani jedna věta [14] . Jak bylo uvedeno výše, Euklidův IV postulát o rovnosti všech pravých úhlů se ukázal jako nadbytečný , lze jej dokázat jako větu [19] [20] .
Dále, podle návrhu musí všechny důkazy teorémů vyplývat z explicitně formulovaných axiomů. Ve skutečnosti se mnoho Euklidových faktů opírá o předpokládané nebo vizuální důkazy. Především se to týká konceptu pohybu , který se implicitně používá na mnoha místech - například při překrývání trojúhelníků k prokázání znaků jejich rovnosti. Tuto skutečnost již Proclus zaznamenal jako významnou metodologickou mezeru. Euklides neuvedl axiomy pohybu, snad proto, aby nedošlo k záměně vysoké geometrie s „nízkou“ mechanikou. Moderní autoři axiomatiky poskytují zvláštní skupinu „ axiomů kongruence “ [21] [22] .
Již v důkazu úplně prvního tvrzení („rovnostranný trojúhelník lze postavit na libovolném segmentu“) Euklides implikuje, že dvě kružnice o poloměru R , jejichž středy jsou ve vzdálenosti R , se protínají ve dvou bodech. To nevyplývá z žádných axiomů [23] ; pro logickou úplnost bychom měli přidat axiom spojitosti . K podobným opomenutím dochází u průsečíku přímky a kružnice [24] , při použití nedefinovaného pojmu „být mezi“ (pro body) a na řadě dalších míst. Euklidova axiomatika neumožňuje např. dokázat, že neexistuje žádná přímka procházející všemi třemi stranami trojúhelníku.
Četní komentátoři Euklida dělali opakované pokusy napravit zaznamenané nedostatky - množství axiomů bylo zvýšeno, formulace a důkazy byly očištěny [14] . Někteří komentátoři (například Theon z Alexandrie a Christopher Clavius ) provedli své opravy přímo do euklidovského textu při přetištění. Revidovaná a výrazně rozšířená verze axiomatiky navržená Pierrem Erigonem v roce 1632 byla neúspěšná [25] . Prvním velkým počinem v tomto směru byla monografie Přednášky o nové geometrii od německého matematika Moritze Pascha (1882) [26] . Dokončením byla Hilbertova moderní axiomatika pro geometrii (1899). Ten, stejně jako jeho různé variace, je logicky úplný a nikde není založen na intuitivním důkazu [27] .
Jeden z nejdůležitějších objevů 19. století byl objev a studium souhlasných neeuklidovských geometrií ; ukázalo, že převládající použití v praxi euklidovské geometrie neznamená, že tato geometrie je jediná možná.
Během vykopávek starověkých měst bylo nalezeno několik papyrů obsahujících malé fragmenty „počátků“ Euklida. Nejznámější byl nalezen ve "městě papyrů" Oxyrhynchus v letech 1896 - 1897 a obsahuje formulaci jednoho z výroků druhé knihy s kresbou ( II, Návrhy, 5 ) [28] .
Řecký text Euklidových živlů je znám z byzantských rukopisů, z nichž dva nejznámější jsou uloženy v Bodleian Library [29] a Vatikánské apoštolské knihovně (dvoudílný vatikánský rukopis) [30] .
Na jejich základě a také s přihlédnutím k arabským překladům „Počátků“ (datovaných do 9. století a později) původní text rekonstruoval koncem 19. století dánský historik vědy Geiberg , jeho metody jsou podrobně popsal Thomas Heath [31] . Geiberg použil ve své rekonstrukci 8 řeckých rukopisů datovaných moderními badateli z 9.-11. století. Sedm z těchto rukopisů je ve svých názvech označeno „z Theonova vydání “ nebo „z Theonových přednášek“, a proto se nazývají Theonovy. Vatikánský rukopis žádnou takovou značku nemá a Theon jej považuje za neupravený. Theonské rukopisy se od sebe liší a existuje jen málo společných rysů, které je odlišují od vatikánského rukopisu (nejvýznamnější je konec knihy IV). Na okrajích rukopisů jsou četné komentáře, částečně převzaté z těch Proklových, které zapadají Elementy do kontextu řecké kultury, například se uvádí, že Pythagoras, když objevil jeho teorém, obětoval býky.
Historie získávání byzantských rukopisů je nejasná. Do Evropy se pravděpodobně dostaly již v 16. století, ale nebyly publikovány. První vydání řeckého textu, které provedl Johann Herwagen v letech 1533 až 1558, editoval Simon Gryner (aka Grynaeus, profesor řečtiny na univerzitě v Basileji ), používá rukopisy, které jsou podle Heiberga špatnými kopiemi 16. . Teprve v roce 1808, během napoleonského vyvlastňování, našel Peyrard v Římě tři rukopisy a mezi nimi ten nejdůležitější, dvousvazkový vatikánský rukopis.
V Evropě byly „počátky“ Euklida v latině dobře známé jak ve středověku , tak v renesanci , ale zdaleka ne ve své obvyklé formě. Středověká latinská pojednání obsahující fragmenty Euklidových Prvků zkatalogizoval mnichovský učenec Volkerts [32] , který rozdělil rukopisy do následujících skupin:
Tištěná vydání Euclid's Elements jsou katalogizována Thomasem-Stanfordem [34] . První tištěné vydání Principia [35] vytvořil Erhard Ratdolt v Benátkách v roce 1482 a reprodukoval Principia v Campanově úpravě. Další vydání nekopírovalo to první, provedl ho Bartolomeo Zamberti v roce 1505 . Z předmluvy je známo, že Zamberti přeložil řecký rukopis, který zprostředkovává „počátky“ při zpracování Theona, Heiberg ho však nedokázal identifikovat.
V 16. století se věřilo, že Euclid patřil pouze k formulaci teorémů, zatímco důkazy byly vynalezeny později; edice Principia bez korektur a edice srovnávající důkazy Campany a Zambertiho [36] byly rozšiřovány . Tento názor měl zcela pevný základ: na počátku 16. století byla vydána geometrie Boethius [37] , což byl také překlad Euklidových Prvků, ale toto vydání neobsahovalo důkaz. Také se věřilo, že použití doslovné notace v důkazech předpokládá obeznámenost s doslovnou algebrou. Tento názor byl odmítnut v 17. století.
První vydání „Počátků“ v ruštině vyšlo v roce 1739; kniha vyšla v Petrohradě pod názvem „Euklidovské prvky z dvanácti neftonských knih vybraných a do osmi knih prostřednictvím profesora matematiky Andreje Farkhvarsona, zkráceně, z latiny do ruštiny přeložil chirurg Ivan Satarov“ [38] . Překlad provedl Ivan Satarov pod vedením skotského matematika Henryho Farvarsona , který v té době sloužil v ruském námořním sboru [39] . Jméno Newton ("Nefton") v názvu je uvedeno buď nedorozuměním, nebo pro reklamní účely nemá s obsahem knihy nic společného. Překlad byl vytvořen ze zkráceného a modernizovaného francouzského vydání „Počátků“ od Andre Taquea , kam překladatelé přidali řadu číselných příkladů a kritických komentářů [38] [40] .
O něco později vyšly další 2 překlady, také zredukované na 8 knih:
Téměř kompletně (kromě knihy X) "Počátky" v ruštině vyšly v překladu Fomy Petruševského [41] : knihy 1-6 a 11-13 v roce 1819, knihy 7-9 v roce 1835 [42] . V roce 1880 vyšel překlad Vashchenko-Zacharčenka [43] . Další zkrácený překlad vyšel v Kremenčugu (1877) pod názvem „Osm knih Euklidovy geometrie“; překlad pod vedením A. A. Sokoviče (1840-1886), ředitele místní reálné školy, provedli dva žáci této školy [44] .
Poslední kompletní akademické vydání vyšlo v letech 1949-1951, přeloženo z řečtiny a komentářem Dmitrije Mordukhaie-Boltovského .
V 9.-10. století přeložili učenci z bagdádského domu moudrosti „Počátky“ do arabštiny; tato kniha se proslavila v zemích islámu, byla opakovaně přetištěna s komentáři hlavních matematiků, včetně Yehudy Alkharisiho a ibn Malika .
V 11. století přeložil Grigor Magistros „Počátky“ z řečtiny do arménštiny [45] .
V 11.-12. století se v Evropě objevily první latinské překlady Euklida. První tištěné vydání Principia vyšlo krátce po vynálezu tisku , v roce 1482.
V čínštině vyšlo prvních 6 knih „Počátků“ Matteo Ricci během své mise v Číně (1583-1610). Kompletní překlad britského misionáře Wiley vyšel s pochvalnou předmluvou Zeng Guofana , napsanou v roce 1865.
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
Matematika ve starověkém Řecku | |
---|---|
Matematici |
|
Pojednání | |
Pod vlivem | |
Vliv | |
tabulky | Chronologická tabulka řeckých matematiků |
Úkoly |