Великие математики
Омар Хайям
Омар Хайям - (полное имя) Гияс ад-дин Фатх ибн Ибрахим Омар Хайям Нишапури - Ghiyath al-Din Abu'l-Fath Umar ibn Ibrahim Al-Nisaburi al-Khayyami (анг.)
Родиной Омара Хайяма был Хорасан (г. Нишапур) - область, расположенная к востоку и юго-востоку от Каспийского моря. В настоящее время большая часть Хорасана с городами Мешхед и Нишапур является одноименной провинцией Ирана, северная часть с городами Ашхабад и Мары составляет основную часть Туркменистана, а восточная часть с городами Герат и Балх входит в состав Афганистана.
Учился Хайям в Нишапуре, а затем в крупнейших центрах науки того времени, в Балхе и Самарканде, где написал трактат "О доказательствах задач алгебры и алмукабалы".
На богатом историческом материале исследователи доказали заслуги Омара Хайяма как ученого, который сделал ряд важнейших открытий в области астрономии, математики и физики.
С 1074 года Хайям возглавлял крупнейшую астрономическую обсерваторию. В середине 90-х г.г. XI века совершил паломничество в Мекку. Последние годы жизни Хайям провел в Нишапуре.
Список математических трактатов Омара Хайяма:
Трудности арифметики (Мушкилат ал-хисаб) - Местонахождение рукописи не найдено;
Алгебраический трактат без названия - Тегеран;
Трактат о доказательствах задач алгебры и алмукабалы (Рисала фи-л-барахин 'ала маса'ил алджабр ва-л-мукабала) - Париж, Лейден, Лондон, Нью-Йорк, Рим;
Комментарии к трудностям во введениях книги Евклида (Шарх ма ашкала мин мусадарат китаб Уклидис) - Лейден.
Известные нам математические результаты Хайяма относятся к трем направлениям: к алгебре, к теории параллельных, к теории отношений и учению о числе. Во всех этих направлениях Хайям имел в странах ислама выдающихся предшественников и преемников. Во многом он отправлялся от классиков греческой и эллинистической науки - Аристотеля, Евклида, и др., но вместе с тем он выступает как яркий представитель новой математики с ее мощной и определяющей вычислительно-алгоритмической компонентой. Здесь мы дадим краткую характеристику математического творчества Хайяма, отсылая за подробностями к нашим комментариям к переводам его трактатов.
Начнем с алгебры. Алгебраический трактат Хайяма можно разбить по порядку на пять разделов: 1) введение, 2) решение уравнений 1-й и 2-й степени, 3) решение уравнений 3-й степени, 4) сведение к предыдущим видам уравнений, содержащих величину, обратную неизвестной, и 5) дополнение (в тексте трактата такого деления на разделы не имеется).
Во введении мы впервые находим определение предмета и метода алгебры. "Искусство алгебры и алмукабалы, - сказано там, - есть научное искусство, предмет которого составляют абсолютное число и измеримые величины, являющиеся неизвестными, но отнесенные к какой-нибудь известной вещи, по которой их можно определить. Эта вещь есть или количество или отношение...".
Таким образом, предмет алгебры - это неизвестная величина, дискретная (ибо "абсолютное число" означает число натуральное) или же непрерывная (измеримыми величинами Хайям называет линии, поверхности, тела и время). Неизвестные и данные величины могут быть и отвлеченными отношениями. "Отнесение" неизвестных величин к известным есть составление уравнения. Немного далее Хайям говорит: "Алгебраические решения производятся при помощи уравнения, т.е., как это хорошо известно, приравнения одних степеней другим". Словом, алгебра определяется как наука об уравнениях и именно о тех уравнениях, которые в настоящее время называются алгебраическими. Мы впервые здесь находим и термин "алгебраисты" - ал-джабриййуна.
Задачей алгебры является определение как числовых, так и геометрических неизвестных. Здесь Хайям свидетельствует, что математики стран ислама занимались поисками числового решения кубического уравнения, т.е. решения в радикалах, но тщетно. О различных видах уравнений 3-й степени он пишет: "Доказательство этих видов в том случае, когда предмет задачи есть абсолютное число, невозможно ни для нас, ни для кого из тех, кто владеет этим искусством. Может быть, кто-нибудь из тех, кто придет после нас, узнает это для случая, когда имеется не только три первых степени, а именно число, вещь и квадрат". Такое решение кубического уравнения было найдено итальянцами в начале XVI в., через 400 лет после смерти Омара Хайяма.
Другим важнейшим трудом Омара Хайяма - "Комментарии к трудностям во введениях книги Евклида". "Начала" Евклида, появившиеся в первом арабском переводе ал-Хаджжаджа около 800 г., сыграли выдающуюся роль в развитии математики в странах ислама. Почти сразу они стали предметом комментирования, а затем и критики; ко времени Хайяма можно насчитать по крайней мере 30 арабских сочинений такого рода. Особенное внимание привлекали аксиоматика и определения I книги и основанная на V постулате теория параллельных, а также общая теория отношений V книги и теория квадратичных иррациональностей трудной Х книги.
"Комментарии" Хайяма разделены на три книги, которым предшествует введение. Во введении автор говорит о предмете сочинения и некоторых своих предшественниках. Характерна высокая оценка философско-логических трудов Аристотеля. Омар Хайям не только принимает учение Аристотеля о структуре дедуктивной науки и его теорию доказательства, но следует за великим греком и в ряде более частных вопросов.
В первой книге "Комментариев" изложена теория параллельных. Хайям, конечно, не сомневается в истинности классического постулата Евклида, но считает его менее очевидным, чем ряд предложений, которые Евклид считал нужным доказывать. вроде теоремы о том, что равные центральные углы высекают на окружностях равных кругов равные дуги. Хайям отвергает некоторые попытки доказать V постулат, например Герона, как логически несостоятельные. Он отвергает и доказательство Ибн ал-Хаисама, который в основу теории параллельных положил утверждение, что линия, описываемая верхним концом перпендикуляра данной длины при движении нижнего конца вдоль данной прямой, есть прямая. Это утверждение Ибн ал-Хайсам в своих "Комментариях к введениям книги Евклида "Начала" пытался доказать при помощи некоторых неявных допущений относительно свойств равномерного прямолинейного движения. Омар Хайям не согласен с подходом Ибн ал-Хайсама в принципе, так как, вслед за Аристотелем, он исключает из геометрии "определения такого рода, дающие место движению".
Беда предшествующих ученых, по мнению Омара Хайяма, состоит в том, что "они не учитывали принципов, заимствованных у философа", - имеются в виду принципы, выдвинутые Аристотелем. Один из этих принципов, которого, впрочем, в известных нам трудах Аристотеля не имеется, Хайям принимает за исходный в собственной теории параллельных: "две сходящиеся прямые линии пересекаются, и невозможно, чтобы две сходящиеся прямые линии расходились в направлении схождения". Каждое из двух утверждений, содержащихся в принципе Аристотеля - Хайяма, эквивалентно V постулату.
Вторая и третья книги "Комментариев к трудностям во введениях книги Евклида" посвящены теории отношений. И здесь Омару Хайяму предшествовал целый ряд ученых, комментировавших и отчасти критиковавших V книгу "Начал".
Хайям не отрицает правильности знаменитого определения тождества двух отношений в V книге "Начал", в котором сравниваются произвольные равнократные первой и третьей и, соответственно, второй и четвертой величин, образующих пропорцию. С его точки зрения это определение страдало, однако, важным пороком, ибо не раскрывало "истинный смысл пропорции". Мы бы сказали, что в глазах Хайяма это определение не выявляло измерительных свойств отношений, основных для математики стран ислама, в которой такое важное место занимали приближенные вычисления и действия с числовыми иррациональностями. Хайям стремился дать такое определение равенства отношений, которое непосредственно отражает числовую функцию отношения. Он хотел соединить общую теорию отношений V книги, пригодную и для непрерывных соизмеримых величин, и теорию отношений чисел VII книги. При этом Омар Хайям встал на путь, по которому, видимо, не шли его предшественники: он доказывает эквивалентность евклидовых определений тождества и неравенства отношений с новыми, - и это сразу освобождает его от вывода всех теорем V книги.
Третья книга "Комментариев" посвящена учению о составлении отношений, недостаточно развитому у Евклида. Это учение представляло для математиков стран ислама особую важность в связи с приложениями к теории музыки и, главное, тригонометрии. Это совершенно понятно, если учесть, что составление отношений соответствует умножению чисел. Незадолго до Омара Хайяма аль-Бернули обосновал при помощи составных отношений практические правила индийцев - так называемые "цепные правила". В этой книге Хайям отходит от Аристотеля в учении о числе. Признавая вслед за многими древними, что число в собственном смысле это натуральное число, собрание единиц, Хайям предлагает ввести более широкое абстрактное понятие о числе, как о действительном положительном числе, в дальнейшем продолженным Рене Декартом.
За Хайямом в теории отношений и учении о числе последовал Насир ад-Дин ат-Туси. В Европе единое понятие действительного (положительного и отрицательного) числа появляется в конце XVI в. у С. Стевина. Критике теории отношений V книги "Начал" с позиций вычислительной математики посвящен целый ряд трудов математиков XVII в.; основную роль в разработке идеи действительного числа сыграли Р.Декарт и И. Ньютон, определивший число как отвлеченное отношение произвольной величины к единичной величине того же рода. Впрочем, строгие теории действительного числа появились только в конце XIX в. Таким образом, работы математиков стран ислама, и среди них работа Омара Хайяма, являются существенными звеньями в цепи исследований, приведших к строгой теории действительного числа и основанному на ней математическому анализу.
