Русская Википедия:Математика в Древнем Египте
- Данная статья — часть обзора История математики.
Статья посвящена состоянию и развитию математики в Древнем Египте в период примерно с XXX по III век до н. э.
Древнейшие древнеегипетские математические тексты относятся к началу II тысячелетия до н. э. Математика тогда использовалась в астрономии, мореплавании, землемерии, при строительстве зданий, плотин, каналов и военных укреплений. Денежных расчётов, как и самих денег, в Египте не было. Египтяне писали на папирусе, который сохраняется плохо, и поэтому наши знания о математике Египта существенно меньше, чем о математике Вавилона или Греции. Вероятно, она была развита лучше, чем можно представить, исходя из дошедших до нас документов — известно[1], что греческие математики учились у египтян[2].
Нам ничего не известно о развитии математических знаний в Египте как в более древние, так и в более поздние времена. После воцарения Птолемеев начинается чрезвычайно плодотворный синтез египетской и греческой культур.
Источники
Задачи с 49 по 55.
Основные сохранившиеся источники относятся к периоду Среднего царства, времени расцвета древнеегипетской культуры:
- Папирус Ахмеса или папирус Ринда — наиболее объёмный манускрипт, содержащий 84 математические задачи. Написан около 1650 г. до н. э.
- Московский математический папирус (25 задач), около 1850 г. до н. э., 544 × 8 см.
- Так называемый «кожаный свиток», 25 × 43 см.
- [[|en]] (Lahun Mathematical Papyri), содержащие ряд фрагментов на математические темы.
- Берлинский папирус, около 1300 года до н. э.
- Каирские деревянные таблички (таблички Ахмима).
- [[|en]] (Reisner Papyrus), примерно XIX век до н. э.
От Нового царства до нас дошли несколько фрагментов вычислительного характера.
Авторы всех этих текстов нам неизвестны. Дошедшие до нас экземпляры — это в основном копии, переписанные в период гиксосов. Носители научных знаний тогда именовались писцами и фактически были государственными или храмовыми чиновниками.
Все задачи из папируса Ахмеса (записан ок. 1650 года до н. э.) имеют прикладной характер и связаны с практикой строительства, размежеванием земельных наделов и т. п. Задачи сгруппированы не по методам, а по тематике. По преимуществу это задачи на нахождение площадей треугольника, четырёхугольников и круга, разнообразные действия с целыми числами и аликвотными дробями, пропорциональное деление, нахождение отношений, возведение в разные степени, определение среднего арифметического, арифметические прогрессии, решение уравнений первой и второй степени с одним неизвестнымШаблон:Sfn.
Полностью отсутствуют какие бы то ни было объяснения или доказательства. Искомый результат либо даётся прямо, либо приводится краткий алгоритм его вычисления.
Такой способ изложения, типичный для науки стран древнего Востока, наводит на мысль о том, что математика там развивалась путём индуктивных обобщений и гениальных догадок, не образующих никакой общей теории. Тем не менее, в папирусе есть целый ряд свидетельств того, что математика в Древнем Египте тех лет имела или, по крайней мере, начинала приобретать теоретический характер. Так, египетские математики умели извлекать корни (целочисленные) и возводить в степеньШаблон:Sfn, решать уравнения, были знакомы с арифметической и геометрической прогрессией и даже владели зачатками алгебры: при решении уравнений специальный иероглиф «куча» обозначал неизвестное.
Нумерация (запись чисел)
Древнеегипетская нумерация, то есть запись чисел, была похожа на римскую: поначалу были отдельные значки для 1, 10, 100, … 10 000 000, сочетавшиеся аддитивно (складываясь). Египтяне обычно писали справа налево, и младшие разряды числа записывались первыми, так что в конечном счёте порядок цифр соответствовал нашему. В иератическом письме уже есть отдельные обозначения для цифр 1-9 и сокращённые значки для разных десятков, сотен и тысячШаблон:Sfn.
Любое число в Древнем Египте можно было записать двумя способами: словами и цифрами. Например, чтобы написать число 30, можно было использовать обычные иероглифы: <hiero>Aa15:D36-D58</hiero> или то же самое написать цифрами (три символа десятки): <hiero>V20-V20-V20</hiero>
| 1 | 10 | 100 | 1000 | 10,000 | 100,000 | 1,000,000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| <hiero>Z1</hiero> | <hiero>V20\</hiero> | <hiero>V1</hiero> | <hiero>M12</hiero> | <hiero>D50</hiero> | <hiero>I8</hiero> | <hiero>C11</hiero> |
Умножение египтяне производили с помощью сочетания удвоений и сложений. Деление заключалось в подборе делителя, то есть как действие, обратное умножению.
Особые значки обозначали дроби вида <math>\frac{1}{n}</math> и <math>\frac{2}{3}</math>. Однако общего понятия дроби <math>\frac{m}{n}</math> у них не было, и все неканонические дроби представлялись как сумма аликвотных дробей. Типовые разложения были сведены в громоздкие таблицы.
| <math> 1/2 </math> | <math> 1/3 </math> | <math> 2/3 </math> | <math> 1/4 </math> | <math> 1/5</math> |
|---|---|---|---|---|
| <hiero>Aa13</hiero> | <hiero>r:Z2</hiero> | <hiero>D22</hiero> | <hiero>r:Z1*Z1*Z1*Z1</hiero> | <hiero>r:Z1*Z1*Z1*Z1*Z1</hiero> |
Пример записи дробей из Папируса Ринда[3]
<hiero>Z2:Z1*Z1 Aa16 r:Z1*Z1*Z1*Z1:Z2 r:10 Z1-Z1-Z1-Z1</hiero> 5 + Шаблон:Frac + Шаблон:Frac + Шаблон:Frac (= 5 Шаблон:Frac)
Арифметика
Знаки сложения и вычитания
В Папирусе Ахмеса (ок. 1550 г. до н.э.) для обозначения сложения или вычитания использовался иероглиф
| <hiero>D54</hiero> или <hiero>D55</hiero> |
Если направление «ног» у этого иероглифа совпадало с направлением письма (как уже упоминалось, египтяне обычно писали справа налево), тогда он означал «сложение», в противном случае — «вычитание». Однако, в Московском математическом папирусе (ок. 1850 г. до н.э.) пара ног, направленная к концу строки, означала возведение числа в квадрат[4][5].
Сложение
Если при сложении получается число, большее десяти, тогда десяток записывается повышающим иероглифом.
Например: 2343 + 1671
<hiero>M12-M12-V1*V1:V1-V20*V20:V20*V20-Z1:Z1:Z1</hiero> + <hiero>M12-V1*V1*V1:V1*V1*V1-V20*V20*V20*V20:V20*V20*V20*Z1</hiero>
Собираем все однотипные иероглифы вместе и получаем:
<hiero>M12-M12-M12-V1*V1*V1*V1*V1:V1*V1*V1*V1*V20-V20*V20*V20*V20*V20:V20*V20*V20*V20*V20-Z1*Z1:Z1*Z1</hiero>
Преобразуем:
<hiero>M12-M12-M12-V1*V1*V1*V1*V1:V1*V1*V1*V1*V1-V20-Z1*Z1:Z1*Z1</hiero>
Окончательный результат выглядит вот так:
<hiero>M12*M12:M12*M12-V20-Z1*Z1:Z1*Z1</hiero>
Умножение
Шаблон:Другое значение Древнеегипетское умножение является последовательным методом умножения двух чисел. Чтобы умножать числа, им не нужно было знать таблицы умножения, а достаточно было только уметь раскладывать числа на кратные основания, умножать эти кратные числа и складывать.
Египетский метод предполагает раскладывание наименьшего из двух множителей на кратные числа и последующее их последовательное переумножение на второй множитель
Разложение
Египтяне использовали систему разложения наименьшего множителя на кратные числа, сумма которых составляла бы исходное число.
Чтобы правильно подобрать кратное число, нужно было знать следующую таблицу значений:
1 x 2 = 2
2 x 2 = 4
4 x 2 = 8
8 x 2 = 16
16 x 2 = 32
Пример разложения числа 25:
- Кратный множитель для числа «25» — это 16.
- 25 — 16 = 9,
- Кратный множитель для числа «9» — это 8,
- 9 — 8 = 1,
- Кратный множитель для числа «1» — это 1,
- 1 — 1 = 0
Таким образом «25» — это сумма трех слагаемых: 16, 8 и 1.
Пример: умножим «13» на «238»:
| ✔ | 1 х 238 | = 238 | |||||
| ✔ | 4 х 238 | = 952 | |||||
| ✔ | 8 х 238 | = 1904 | |||||
| 13 х 238 | = 3094 | ||||||
Известно, что 13 = 8 + 4 + 1. Каждое из этих слагаемых нужно умножить на 238. Получаем: 13 × 238 = (8 + 4 + 1) × 238 = 8 x 238 + 4 × 238 + 1 × 238 = 3094.
Древние египтяне отличали деление на два от деления на другие числа, поскольку их алгоритм умножения использовал деление на два как один из промежуточных этапов[6].
Уравнения
Пример задачи из папируса Ахмеса:
- Найти число, если известно, что от прибавления к нему 2/3 его и вычитания из результата его трети получается 10.
Геометрия
Вычисление площадей
В области геометрии египтяне знали точные формулы для площади прямоугольника, треугольника и трапеции. Площадь произвольного четырёхугольника со сторонами a, b, c, d вычислялась приближённо как <math>S = \fracШаблон:A+c{2} \cdot \frac {b+d}{2}</math>; эта грубая формула даёт приемлемую точность, если фигура близка к прямоугольнику.
Египтяне предполагали, что площадь круга S диаметром d равна площади квадрата, сторона которого составляет 8/9 диаметра: <math>S =\left(d - \frac {d} {9} \right)^2 = \left( \frac {8} {9} d \right)^2.</math> Это правило соответствует приближению <math>\pi \approx 4\cdot\left( \frac {8} {9} \right)^2</math> ≈ 3,1605 (погрешность менее 1 %)Шаблон:Sfn..
Некоторые исследователи[7] на основании 10-й задачи Московского математического папируса считали, что египтяне знали точную формулу для вычисления площади сферы, однако другие учёные с этим не согласныШаблон:Sfn[8].
Вычисление объёмов
Египтяне могли высчитывать объёмы параллелепипеда, цилиндра, конуса и пирамид. Для вычисления объёма усечённой пирамиды египтяне пользовались следующим правилом (Задача № M14 Московского математического папируса): пусть мы имеем правильную усечённую пирамиду со стороной нижнего основания a, верхнего b и высотой h; тогда объём вычислялся по следующей (правильной) формуле:
- <math>V = (a^2+ab+b^2)\cdot\frac {h} {3}.</math>
Древний свиток папируса, найденный в Оксиринхе, свидетельствует, что египтяне могли вычислять также объём усечённого конуса. Эти знания ими использовались для сооружения водяных часов. Так, например, известно, что при Аменхотепе III были построены водяные часы в КарнакеШаблон:Нет АИ.
Египетский треугольник
Шаблон:Main Египетским треугольником называется прямоугольный треугольник с соотношением сторон 3:4:5. Плутарх в первом веке об этом треугольнике в сочинении «Об Исиде и Осирисе» писал: «видимо, египтяне сравнивают природу Всеобщности с красивейшим из треугольников». Возможно, именно из-за этого этот треугольник получил название египетского[9]. Действительно, греческие учёные сообщали, что в Египте для построения прямого угла использовалась верёвка, разделённая на 12 частей.
Египетский треугольник активно применялся для построения прямых углов египетскими землемерами и архитекторами, например, при построении пирамид. Историк Ван дер Варден попытался поставить этот факт под сомнение, однако более поздние исследования его подтвердили[10]. В любом случае, нет никаких свидетельств, что в Древнем Египте была известна теорема Пифагора в общем случае (в отличие от Древнего Вавилона)Шаблон:Sfn.
См. также
- Папирус Ахмеса (Ринда)
- Московский математический папирус
- Египетская система счисления
- Египетские дроби
Примечания
Литература
- Шаблон:Книга
- Веселовский И. Н. Египетская наука и Греция. Труды ИИЕ, 2, 1948, с. 426—498.
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Статья
- Раик А. Е. Очерки по истории математики в древности. Саранск: Мордовское гос. изд-во, 1977.
- Gillings R. J. Mathematics in the time of the pharaohs. Cambridge: MIT Press, 1972.
- Rossi C. Architecture and mathematics in Ancient Egypt. Cambridge (UK): Cambridge UP, 2004.
- Vogel K. Vorgriechische Mathematik I, Vorgeschichte und Ägypten. Hannover: Schrödel, 1958.
Ссылки
Шаблон:Вс Шаблон:-Шаблон:История математики
- ↑ Ван дер Варден Б. Л. Пробуждающаяся наука. Математика древнего Египта, Вавилона и Греции. Указ. соч., стр. 125: «Фалес путешествовал в Египет и привёз геометрию в Элладу» (из комментария Прокла к Евклиду).
- ↑ «Согласно большинству мнений, геометрия была впервые открыта в Египте, и возникла при измерении площадей» // Шаблон:Книга
- ↑ Gardiner Alan H. Egyptian grammar: being an introduction to the study of hieroglyphs 3rd ed., rev. London: 1957, p. 197.
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Ван дер Варден Б. Л. Пробуждающаяся наука. Математика древнего Египта, Вавилона и Греции, стр. 44-45
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Ван дер Варден Б. Л. Пробуждающаяся наука. Математика древнего Египта, Вавилона и Греции. М.: Физматлит, 1959, С. 13, подстрочное примечание
