Введение
Древнегреческий математик (ок. 300 до н. э.)
Евклид (/j//uː//k//l//ɪ//d/; ; до н. э.) — древнегреческий математик, работавший геометром и логиком. Считается «отцом геометрии», он наиболее известен своим трактатом «Начала», который заложил основы геометрии, доминировавшей в этой области до начала XIX века. Его система, ныне известная как евклидова геометрия, включала в себя новые разработки в сочетании с синтезом теорий более ранних греческих математиков, таких как Эвдокс из Книда, Гиппократ из Хиоса, Фалес и Театет. Наряду с Архимедом и Аполлонием Пергским Евклид обычно считается одним из величайших математиков античности и одним из самых влиятельных в истории математики. О жизни Евклида известно очень мало, и большая часть информации исходит от учёных Прокла и Паппа Александрийского, живших спустя много веков. Средневековые исламские математики создали вымышленную биографию, а средневековые византийские и учёные раннего Возрождения ошибочно принимали его за более раннего философа Евклида из Мегары. В настоящее время общепринято считать, что он провёл свою карьеру в Александрии и жил около 300 года до н. э., после учеников Платона и до Архимеда. Существует предположение, что Евклид учился в Платоновской академии, а затем преподавал в Музее; он рассматривается как связующее звено между ранней платоновской традицией в Афинах и более поздней традицией Александрии. В «Началах» Евклид выводил теоремы из небольшого набора аксиом. Он также писал работы по перспективе, коническим сечениям, сферической геометрии, теории чисел и математической строгости. Помимо «Начал», Евклид написал основополагающий ранний труд в области оптики — «Оптика», а также менее известные работы, включая «Данные» и «Явления». Авторство Евклида работ «О делении фигур» и «Катоптрика» вызывает сомнения. Считается, что он написал множество утраченных произведений.
Традиционное повествование
Английское название «Евклид» является англицизированной версией древнегреческого имени (Εὐκλείδης). Оно происходит от «eu» (εὖ; «хорошо») и «klês» (κλῆς; «слава»), что означает «знаменитый, прославленный». В английском языке, по метонимии, «Евклид» может означать его наиболее известную работу, «Начала» Евклида, или её копию, и иногда является синонимом «геометрии». Как и в случае со многими древнегреческими математиками, детали жизни Евклида в основном неизвестны. Он общепризнан автором четырёх сохранившихся трактатов — «Начала», «Оптика», «Данные», «Феномены», но помимо этого о нём ничего достоверно не известно. Традиционное изложение в основном следует рассказу Прокла в V веке нашей эры в его «Комментарии к первой книге «Начал» Евклида», а также нескольким анекдотам Паппа Александрийского из начала IV века. Согласно Проклу, Евклид жил вскоре после нескольких последователей Платона (до н.э.) и до математика Архимеда (ок. 287 – ок. 212 до н.э.); в частности, Прокл относит Евклида ко времени правления Птолемея I (до н.э.). Дата рождения Евклида неизвестна; некоторые учёные оценивают её приблизительно 330 или 325 годом до н.э., но другие воздерживаются от спекуляций. Предполагается, что он был греческого происхождения, но его место рождения неизвестно. Прокл считал, что Евклид придерживался платонической традиции, однако окончательного подтверждения этому нет. Маловероятно, что он был современником Платона, поэтому часто предполагается, что он получил образование у учеников Платона в Платоновской академии в Афинах. Историк Томас Хит поддержал эту теорию, отметив, что в Афинах жили наиболее выдающиеся геометры, в том числе многие из тех, на чьих работах опирался Евклид; Сиаларос считает это лишь предположением. В любом случае, содержание работ Евклида свидетельствует о знакомстве с традицией платонической геометрии. В своём «Сборнике» Папп упоминает, что Аполлоний учился у учеников Евклида в Александрии, и это было истолковано как указание на то, что Евклид работал и основал там математическую школу. Город был основан Александром Великим в 331 году до н.э., а правление Птолемея I, начиная с 306 года до н.э., обеспечило ему стабильность, которая была относительно уникальной на фоне хаотичных войн за раздел империи Александра. Птолемей начал процесс эллинизации и инициировал многочисленные строительства, возведя огромное учреждение Мусейон, который стал ведущим центром образования. Предполагается, что Евклид был одним из первых учёных Мусейона. Дата смерти Евклида неизвестна; предполагается, что он умер ок. 270 г. до н.э.
Идентичность и историчность
Евклида часто называют «Евклидом Александрийским», чтобы отличить его от более раннего философа Евклида Мегарского, ученика Сократа, включенного в диалоги Платона, с которым он исторически был ошибочно отождествлен. Валерий Максим, римский компилятор анекдотов I века нашей эры, по ошибке подставил имя Евклида вместо Евдокса (IV век до н.э.) как математика, к которому Платон направил тех, кто спрашивал о способе удвоения куба. Вероятно, основываясь на этом упоминании математического Евклида примерно за столетие до этого, Евклид был смешан с Евклидом Мегарским в средневековых византийских источниках (ныне утерянных), что в конечном итоге привело к приписыванию математику Евклиду деталей биографий обоих и описанию его как Megarensis. Византийский ученый Феодор Метохит явно отождествлял двух Евклидов, как и типограф Эрхард Ратдольт в 1482 году в издании princeps латинского перевода «Элементов» Кампануса Новарского. После того как математик Де приложил большинство сохранившихся биографических фрагментов об обоих Евклидах к предисловию своего перевода «Элементов» 1505 года, последующие публикации передали эту идентификацию. Позднее ученые эпохи Возрождения, особенно Питер Рамус, пересмотрели это утверждение, доказав его ложность, опираясь на хронологические нестыковки и противоречия в ранних источниках. Средневековые арабские источники содержат обширную информацию о жизни Евклида, но она полностью непроверяема. Большинство ученых считают ее сомнительной; в частности, Хит утверждает, что эта выдумка была создана для укрепления связи между почитаемым математиком и арабским миром. Существует также множество анекдотических историй, связанных с Евклидом, все они имеют неопределенную историческую достоверность и «изображают его как доброго и мягкого старика». Наиболее известна история Прокла о том, как Птолемей спросил Евклида, есть ли более быстрый путь к изучению геометрии, чем чтение его «Элементов», на что Евклид ответил: «Нет царского пути в геометрии». Этот анекдот вызывает сомнения, поскольку очень похожий эпизод между Менахмом и Александром Македонским записан Стобеем. Оба рассказа были написаны в V веке нашей эры, ни один из них не указывает на свой источник и ни один не встречается в древнегреческой литературе. Любая точная датировка деятельности Евклида ставится под сомнение из-за отсутствия упоминаний современников. Самое раннее оригинальное упоминание Евклида содержится в предисловии Аполлония к «Коническим сечениям» (начало II века до н.э.): «Третья книга «Конических сечений» содержит множество удивительных теорем, полезных как для синтеза, так и для определения числа решений плоских локусов. Большинство из них, и лучшие из них, новы. И когда мы их открыли, мы поняли, что Евклид не выполнил синтез локуса на трех и четырех линиях, а лишь случайный его фрагмент, и даже это было сделано не совсем удачно». Предполагается, что «Элементы» были распространены, по крайней мере частично, уже в III веке до н.э., поскольку Архимед и Аполлоний принимают некоторые из его положений как данность; однако Архимед использует более старый вариант теории пропорций, чем тот, что представлен в «Элементах». Самые старые сохранившиеся физические копии материала, включенного в «Элементы», датируемые примерно 100 годом нашей эры, найдены на фрагментах папируса, обнаруженных на древней свалке в Оксиринхе, римском Египте. Самые старые сохранившиеся прямые цитаты из «Элементов» в работах, даты которых точно известны, относятся ко II веку нашей эры и принадлежат Галену и Александру Афродизийскому; к этому времени это был стандартный школьный учебник. Некоторые древнегреческие математики упоминают Евклида по имени, но обычно его называют «ὁ στοιχειώτης» («автор «Элементов»»). В Средние века некоторые ученые утверждали, что Евклид не был исторической личностью и что его имя произошло от искажения греческих математических терминов.
Элементы
Евклид наиболее известен своим тринадцатитомным трактатом «Элементы» (Wikt:στοιχεία (Στοιχεῖα]]); «Стойхея» (Stoicheia)), считающимся его главным произведением. Большая часть его содержания восходит к трудам более ранних математиков, включая Эвдокса, Гиппократа Хиосского, Фалеса и Театета, в то время как другие теоремы упоминаются Платоном и Аристотелем. Трудно отделить вклад Евклида от работы его предшественников, особенно поскольку «Элементы» фактически заменили многие более ранние и ныне утраченные греческие математические труды. Классицист Маркус Аспер заключает, что «очевидно, заслуга Евклида состоит в систематизации общепринятых математических знаний в последовательный порядок и добавлении новых доказательств для устранения пробелов», а математик Серафина Куомо описывает его как «сокровищницу результатов». Однако Сиаларос утверждает, что «поразительно чёткая структура «Элементов» свидетельствует об авторском контроле, выходящем за рамки простой редакторской работы». «Элементы» посвящены не только геометрии, как иногда полагают. Традиционно они разделены на три раздела: планиметрия (книги 1–6), элементарная теория чисел (книги 7–10) и стереометрия (книги 11–13), хотя книга 5 (о пропорциях) и книга 10 (об иррациональных величинах) не вполне соответствуют этой схеме. Основу текста составляют теоремы, разбросанные по всему произведению. Используя терминологию Аристотеля, их можно разделить на две категории: «первоначала» и «вторичные принципы». В первую группу входят утверждения, обозначенные как «определение» (или ὁρισμός), «постулат» (αἴτημα) или «общее понятие» (κοινὴ ἔννοια); только в первой книге содержатся постулаты, впоследствии известные как аксиомы, и общие понятия. Вторая группа состоит из теорем, представленных вместе с математическими доказательствами и схемами. Неизвестно, планировал ли Евклид «Элементы» в качестве учебника, но его изложение делает его вполне подходящим для этой цели. В целом, авторский стиль остаётся общим и безличным.
Содержание
Постулаты Евклида и общие понятия № (Число) Постулаты Пусть будет постулировано следующее: 1. Построить прямую линию от любой точки к любой точке. 2. Постоянно продолжать конечную прямую линию по прямой. 3. Описать окружность с любым центром и расстоянием. 4. Все прямые углы равны друг другу. 5. Если прямая линия, пересекающая две другие прямые, образует внутренние углы с одной стороны, меньшие двух прямых углов, то эти две прямые, будучи продолжены неопределенно, встретятся на той стороне, где углы меньше двух прямых углов. № (Число) Общие понятия 1. Вещи, равные одному и тому же, равны и между собой. 2. Если равные величины прибавить к равным, то суммы равны. 3. Если равные величины вычесть из равных, то остатки равны. 4. Вещи, совпадающие друг с другом, равны друг другу. 5. Целое больше своей части.
Книга 1 «Начал» является основой для всего текста. Она начинается с серии из 20 определений основных геометрических понятий, таких как прямые, углы и различные правильные многоугольники. Затем Евклид представляет 10 предположений (см. таблицу справа), сгруппированных в пять постулатов (аксиом) и пять общих понятий. Эти предположения предназначены для обеспечения логической основы для каждой последующей теоремы, то есть служат аксиоматической системой. Общие понятия касаются исключительно сравнения величин. В то время как постулаты 1–4 относительно просты, 5-й известен как постулат о параллельных прямых и особенно знаменит. Книга 1 также включает 48 предложений, которые можно условно разделить на те, которые касаются основных теорем и построений планиметрии и конгруэнтности треугольников (1–26); параллельных прямых (27–34); площади треугольников и параллелограммов (35–45); и теоремы Пифагора (46–48). Последнее из них содержит самое раннее сохранившееся доказательство теоремы Пифагора, описанное Силаром как «замечательно тонкое». Книга 2 традиционно понимается как посвященная «геометрической алгебре», хотя эта интерпретация активно обсуждается с 1970-х годов; критики описывают эту характеристику как анахронизм, поскольку основы даже зарождающейся алгебры возникли много веков спустя. Вторая книга имеет более узкую направленность и в основном предоставляет алгебраические теоремы, сопровождающие различные геометрические фигуры. Она фокусируется на площади прямоугольников и квадратов (см. Квадратуру) и приводит к геометрическому предшественнику закона косинусов. Книга 3 посвящена окружностям, а в четвертой рассматриваются правильные многоугольники, особенно пятиугольник. Книга 5 является одним из важнейших разделов работы и представляет то, что обычно называют «общей теорией пропорций». Книга 6 использует «теорию отношений» в контексте планиметрии. Она почти полностью построена на первом предложении: «Треугольники и параллелограммы, находящиеся под одной и той же высотой, относятся друг к другу как их основания». Начиная с седьмой книги, математик отмечает, что «Евклид начинает заново. Ничто из предыдущих книг не используется». Книги 7–10 посвящены теории чисел, первая из которых начинается с набора из 22 определений четности, простых чисел и других связанных с арифметикой понятий. Книга 7 включает в себя алгоритм Евклида, метод нахождения наибольшего общего делителя двух чисел. В 8-й книге рассматриваются геометрические прогрессии, а в 9-й содержится положение, теперь называемое теоремой Евклида, о том, что существует бесконечно много простых чисел. Из «Начал» книга 10 является самой большой и сложной, она посвящена иррациональным числам в контексте величин. Последние три книги (11–13) в основном посвящены стереометрии. В книге 11 представлен список из 37 определений, которые дают контекст следующим двум. Хотя ее основополагающий характер напоминает книгу 1, в отличие от последней она не имеет аксиоматической системы или постулатов. Три раздела книги 11 включают в себя содержание по стереометрии (1–19), твердым углам (20–23) и параллелепипедам (24–37).
Другие работы
Помимо "Начал", до наших дней сохранилось по меньшей мере пять других работ Евклида. Они построены по той же логической схеме, что и "Начала", с определениями и доказанными утверждениями. "Катоптрика" посвящена математической теории зеркал, в частности изображениям, формирующимся в плоских и вогнутых сферических зеркалах, хотя авторство иногда ставится под сомнение. "Данные" – это сравнительно небольшой текст, рассматривающий природу и значение "заданной" информации в геометрических задачах. От трактата "О делениях" сохранились лишь фрагменты в арабском переводе, и он посвящен делению геометрических фигур на две или более равных частей или на части в заданном отношении. Он содержит тридцать шесть положений и схож с "Коническими сечениями" Аполлония. "Оптика" – самый ранний из дошедших до нас греческих трактатов о перспективе. В ней содержится вводное обсуждение геометрической оптики и основных правил перспективы. "Явления" – трактат по сферической астрономии, сохранившийся на греческом языке; он аналогичен труду "О движущейся сфере" Автолика Питана, жившего около 310 года до н.э.
Утерянные произведения
Евклиду достоверно приписываются еще четыре работы, но они были утеряны. "Коники" представляли собой четырехкнижное исследование конических сечений, которое впоследствии было превзойдено более всесторонним трудом Аполлония с тем же названием. О существовании этой работы известно главным образом из работ Паппа, который утверждает, что первые четыре книги "Коник" Аполлония во многом основаны на более ранних работах Евклида. Историк Александр Джонс подверг это утверждение сомнению из-за недостатка доказательств и отсутствия других подтверждений сообщения Паппа. "Pseudaria" (; ) — согласно Проклу в (70.1–18) — был текстом, посвященным геометрическому мышлению, написанным для того, чтобы предостеречь начинающих от распространенных логических ошибок. О его конкретном содержании известно очень мало, кроме его объема и нескольких сохранившихся фрагментов. "Поризмы" (; ) — судя по сообщениям Паппа и Прокла — вероятно, представляли собой трехкнижный трактат, содержащий около 200 теорем. Термин "поризм" в данном контексте не относится к следствию, а к "третьему типу теоремы — промежуточному между теоремой и задачей, — целью которой является выявление свойства существующей геометрической фигуры, например, нахождение центра окружности". Математик Мишель Шаль предположил, что эти ныне утраченные теоремы могли содержать материал, связанный с современными теориями секущих и проективной геометрией. О содержании "Surface Loci" практически ничего не известно, кроме предположений, основанных на названии работы. Предположения, основанные на более поздних сообщениях, позволяют предположить, что в ней обсуждались конусы и цилиндры, среди прочего.
Наследие
Евклид обычно считается наряду с Архимедом и Аполлонием Пергским одним из величайших математиков античности. Многие исследователи называют его одной из самых влиятельных фигур в истории математики. Геометрическая система, изложенная в «Началах», долгое время доминировала в этой области, однако сегодня её часто именуют «евклидовой геометрией», чтобы отличать от других неевклидовых геометрий, открытых в начале XIX века. Среди многочисленных объектов, названных в честь Евклида, – космический аппарат «Евклид» Европейского космического агентства (ESA), лунный кратер Евклид и малая планета 4354 Евклид. «Начала» часто считают после Библии самой переводимой, издаваемой и изучаемой книгой в истории западной цивилизации. Наряду с «Метафизикой» Аристотеля, «Начала» – возможно, самый успешный древнегреческий текст и являлись основным математическим учебником в средневековом арабском и латинском мире. Первое английское издание «Начал» было опубликовано в 1570 году Генри Биллингсли и Джоном Ди. Математик Оливер Бирн опубликовал известную версию «Начал» в 1847 году под названием «Первые шесть книг «Начал» Евклида, в которых цветные диаграммы и символы используются вместо букв для облегчения обучения», включавшую цветные диаграммы, призванные усилить её педагогический эффект. Давид Гильберт разработал современную аксиоматизацию «Начал».