Том 15. От абака к цифровой революции. Алгоритмы и вычисления - [14]

Согласно одной из теорий, эта система счисления зародилась на границе с Китаем, так как в этом регионе применялся абак, и возникла необходимость в упрощенной записи расчетов, произведенных с помощью абака. Рождение позиционной системы счисления, возможно, связано с использованием точки для обозначения пустого разряда на абаке. Документальное подтверждение этому содержится в тексте VII века, найденном на северо-западе Индии в деревне Бакшали в 1881 году. Когда на смену этой точке пришел ноль, произошла революция. Ноль впервые упоминается вместе с остальными цифрами в 628 году, когда Брахмагупта в своей книге «Исправленный трактат Брахмы» определил его как результат вычитания числа из себя самого.

Как бы то ни было, в 870 году позиционная система счисления уже повсеместно применялась в Индии. Из Индии она попала в Багдад, откуда позднее распространилась по всем территориям, где прослеживалось влияние мусульманской культуры. В Китае позиционная система счисления с особыми символами стала использоваться начиная с эпохи династии Мин (1368–1644). В книгах по математике китайские символы были заменены арабскими цифрами лишь в начале XX века.

Древнейшая арабская книга, дошедшая до наших дней, где употребляются арабские цифры и позиционная система счисления, — это трактат «О началах индийской арифметики» Кушьяра ибн Лаббана. Эта работа выделяется не только тем, что в ней впервые использованы арабские цифры, но и оригинальностью содержания. В этой книге наряду с прочими цифрами употребляется ноль, называемый «сифр».

* * *

НОЛЬ И ЦИФРА

Слова «ноль» и «цифра» имеют очень похожее происхождение. Слово «цифра» происходит от арабского «сифр» — видоизмененного индийского «сунья». Исходное значение этого слова — «пустой». Фибоначчи в своей «Книге абака» (Liber Abaci), которая способствовала популяризации арабских цифр в Европе, упоминал слово zephyrum, которое на латыни и греческом означало «западный ветер», возможно, потому, что это слово было схоже с арабским «сафира», означавшее «быть пустым», которое, очевидно, было связано со словом «сифр» — «пустой».

КУШЬЯРИБН ЛАББАН

Персидский астроном и математик Кушьяр ибн Лаббан (971-1029) родился в Гиляне, к югу от Каспийского моря. Среди его трудов особое место занимает трактат «О началах индийской арифметики», однако он также был автором множества книг и собраний таблиц, которые передавались мусульманскими учеными из поколения в поколение. Он был учителем знаменитого математика ан-Насави. В своем трактате по арифметике он вводит арабские цифры и объясняет, как с их помощью выполняются основные действия: сложение, вычитание, деление на два, умножение, деление, вычисление квадратных и кубических корней.

* * *

До того времени многие арабские тексты представляли собой переводы с греческого, однако в X–XI веках эта тенденция радикально изменилась. На рубеже тысячелетий, когда жил Кушьяр ибн Лаббан, в мусульманском мире стали в изобилии появляться математические тексты, содержавшие новые важные результаты. По сути, именно мусульмане дополнили дробями позиционную систему счисления, которая до этого использовалась только для записи целых чисел.

Вычисление числа π в Индии

Индийцы также не устояли перед тайной числа π. Мадхава из Сангамаграма (1350–1425), основатель математической и астрономической школы в Керале, открыл, помимо прочего, разложение тригонометрических функций синуса и косинуса в бесконечный ряд и определил число π с помощью разложения в ряд для функции арктангенса.

Он выразил π следующим образом:

π/ 4 = 1–1/3 + 1/5 — 1/7 + … + (-1)ⁿ/(2n+1) + …

Кроме того, он дал оценку ошибке при вычислении числа π через n членов этого ряда. Эти расчеты требовали обширных знаний в области рядов. Позднее разложение арктангенса в ряд было повторно открыто Джеймсом Грегори и использовано Готфридом Лейбницем для вычисления π. По этой причине этот ряд известен как ряд Лейбница и ряд Грегори — Лейбница. Лишь сравнительно недавно он получил название ряд Мадхавы — Лейбница в честь истинного первооткрывателя.

Разложение арктангенса в ряд выглядит следующим образом:

arctgx = х — (х³)/3 + (х⁵)/5 — (х⁷)/7 + …

Этот ряд крайне неэффективен для вычисления π. Причина в том, что для верного расчета 10 знаков я потребуется выполнить 10 миллиардов математических действий.

Глава 2 Средневековая Европа

В начале Средневековья образование в Европе держалось на трудах и авторитете поздних римских авторов, в частности Боэция. Образование в средневековых университетах следовало модели, введенной в V веке философом Марцианом Капеллой, автором трактата De Nuptiis Philologiae et Mercurio («О браке Филологии и Меркурия»), также известного как De septem disciplinis («О семи дисциплинах»), в котором он впервые разделил науки на тривиум и квадривиум.

Культурное наследие римлян ощущалось и в том, как производились вычисления, так как по-прежнему использовались римские цифры. Арабские цифры вводились медленно, этот процесс сопровождался горячими спорами и диспутами и длился в течение всего Средневековья. Тем не менее в Средние века также были совершены важные открытия, сыгравшие определяющую роль в развитии науки последующих эпох. Так, следует упомянуть логическую систему Раймунда Луллия, которая оказала большое влияние на работы Лейбница XVII века.