Золотое сечение. Математический язык красоты - [4]

Этот иероглиф майя первого века до нашей эры — первое документальное подтверждение использования числа ноль. Однако цивилизация майя использовала непозиционную систему счисления: единица обозначалась точкой, число 5 — линией, число 14 — четырьмя точками и двумя линиями и так далее.

Первые числа, которые использовали люди, называются натуральными (1, 2, 3, 4, 5…). Согласно учению пифагорейцев, самой влиятельной теории в древнегреческой математике, имеющей основополагающее значение и для современной науки, с помощью натуральных чисел можно описать окружающий нас мир. Натуральные числа (а также ноль и целые отрицательные числа) и построенные с их помощью дроби математики называют рациональными числами. Этот термин становится более понятен, если мы заметим, что слово «рациональный» имеет тот же корень, что и слово «ration», которое, в свою очередь, связано со словом «ratio» («отношение»), а именно соотношение двух величин. Число называется рациональным, поскольку является результатом отношения, деления, а не потому, что оно «разумное» — в другом смысле слова «рациональный».

Пифагор и его последователи более 20 веков назад знали, что корень из двух (√2) не является рациональным числом. Это число нельзя выразить в виде отношения двух натуральных чисел — как результат деления одного числа на другое. Пифагорейцы думали, что числа являются священными сущностями. Они верили, что все в мире может быть измерено, что все имеет численную природу. Поэтому идея невыразимого числа противоречила самой основе их философии.

Числа, которые не являются рациональными, называются иррациональными. Это довольно обманчивое название просто означает, что такие числа не могут быть выражены в виде отношения двух натуральных чисел. Представим только замешательство пифагорейцев, когда они обнаружили действительно иррациональные величины, которые невозможно точно измерить, например, обычную диагональ в квадрате со стороной, равной единице (это и будет число √2). Неудивительно, что они попытались утаить такое неприятное открытие.

Существует много математических отличий между рациональными и иррациональными числами, но, пожалуй, одно из самых замечательных и интуитивно понятных — так называемая «музыкальность». Это хотя и не строго математическое отличие имеет математическую причину, а именно: различие в десятичной записи рациональных и иррациональных чисел.

Десятичные знаки рациональных чисел образуют повторяющуюся последовательность, называемую «периодической», в то время как десятичные знаки иррациональных чисел не повторяются ни с какой закономерностью, они появляются один за другим в непредсказуемом порядке. Однако если каждой цифре мы поставим в соответствие ноту и «сыграем» десятичные знаки рационального числа, мы услышим повторяющуюся мелодию, похожую на мотив песни. С другой стороны, музыка иррациональных чисел представляет собой неприятную какофонию.

ИРРАЦИОНАЛЬНОСТЬ ЧИСЛА √2

Допустим, что число √2 рационально. Это значит, что √2 можно выразить в виде дроби:

√2 = p/q

где р — целое, a q — натуральное число, причем р и q не имеют общих делителей. Избавляясь от знаменателя и возводя в квадрат, получим:

2q²= р².

Отсюда следует, что р должно быть четным числом.

Тогда мы можем написать р = 2∙r и

2q²= = 4r².

Разделив обе части на 2, получим:

q² = 2r²,

откуда следует, что q также должно быть четным. Так как оба числа р и q четные, они имеют общий делитель, равный 2. Какой бы подход мы ни использовали, в результате всегда получается противоречие. Таким образом, первоначальное предположение, что число √2 рационально, неверно.

Определение золотого сечения

Золотое сечение является иррациональным числом, которое мы будем обозначать греческой буквой фи (Ф). Оно было открыто древними греками, и его документированная история начинается с одной из самых известных и много раз переиздаваемых книг всех времен и народов «Начал» Евклида, написанной около 300 г. до н. э.

Шедевр Евклида является первым научным бестселлером в истории. Ученый преследовал две цели, когда писал эту работу. С одной стороны, он хотел собрать все математические результаты того времени и составить энциклопедию, которая служила бы учебником. С другой стороны, он хотел разработать определенную методологию доказательств и построить новую математическую теорию, основанную на аксиомах (утверждениях, принимаемых без доказательств) и законах дедукции.

Успех «Начал» бесспорен, эта книга оказала значительное влияние на развитие всех областей математики. Известный математик и педагог XX века Лусио Ломбардо Радис писал: «После Библии и работ Ленина [«Начала»] является самой публикуемой и переводимой книгой. Еще несколько десятилетий назад она служила учебником геометрии для средней школы». Поскольку математика является обязательным предметом всех систем образования во всех странах мира, каждый человек на Земле, ходивший в школу, так или иначе познакомился с «Началами» через тексты учебников математики.

ЕВКЛИД АЛЕКСАНДРИЙСКИЙ (325–265 гг. до н. э.)

Несмотря на видное место Евклида в истории математики, о его жизни известно мало. Более того, его часто путают с другим Евклидом (из Мегары). Евклид Александрийский родился около 325 г. до н. э. и, по имеющимся данным, уже в возрасте 25 лет стал директором математического отдела музея Александрии. Это заведение было «прибежищем муз» и было больше похоже на библиотеку и колледж, чем на достопримечательность. Действительно, это был крупный научный центр в средиземноморском мире, где хранились копии всех основных научных трудов того времени. Считается, что Евклид получил образование в Афинах, и его работы признавались исключительными даже до его смерти в 265 г. до н. э. Его влияние не ослабевало на протяжении столетий, и даже коллектив математиков 1930-х гг., известный как Бурбаки, пропагандируя радикальные изменения в математике, выбрал наиболее привлекающий внимание лозунг «Долой Евклида!»