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LÓGICA EM FUNDAMENTOS DA MATEMÁTICA Caro(a) aluno(a), A Universidade Candido Mendes (UCAM), tem o interesse contínuo em proporcionar um ensino de qualidade, com estratégias de acesso aos saberes que conduzem ao conhecimento. Todos os projetos são fortemente comprometidos com o progresso educacional para o desempenho do aluno-profissional permissivo à busca do crescimento intelectual. Através do conhecimento, homens e mulheres se comunicam, têm acesso à informação, expressam opiniões, constroem visão de mundo, produzem cultura, é desejo desta Instituição, garantir a todos os alunos, o direito às informações necessárias para o exercício de suas variadas funções. Expressamos nossa satisfação em apresentar o seu novo material de estudo, totalmente reformulado e empenhado na facilitação de um construto melhor para os respaldos teóricos e práticos exigidos ao longo do curso. Dispensem tempo específico para a leitura deste material, produzido com muita dedicação pelos Doutores, Mestres e Especialistas que compõem a equipe docente da Universidade Candido Mendes (UCAM). Leia com atenção os conteúdos aqui abordados, pois eles nortearão o princípio de suas ideias, que se iniciam com um intenso processo de reflexão, análise e síntese dos saberes. Desejamos sucesso nesta caminhada e esperamos, mais uma vez, alcançar o equilíbrio e contribuição profícua no processo de conhecimento de todos! Atenciosamente, Setor Pedagógico Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 3 SUMÁRIO APRESENTAÇÃO ........................................................................................................................4 UNIDADE I - A MATEMÁTICA NAS CIVILIZAÇÕES .........................................................6 1. MATEMÁTICA EGÍPCIA ...................................................................................................6 2. TALES E MILETO ...............................................................................................................7 3. ANAXIMANDRO, ANAXÍMENES, HECATEU, HERÁCLITO ..................................10 4. PITÁGORAS ........................................................................................................................13 5. MATEMÁTICA GREGA ...................................................................................................19 6. TIPOS DE NÚMEROS ........................................................................................................20 7. ARITMÉTICA .....................................................................................................................21 8. GEOMETRIA ......................................................................................................................22 9. ÁLGEBRA ............................................................................................................................24 10. MATEMÁTICA ÁRABE ..................................................................................................25 UNIDADE II - MATEMÁTICA ................................................................................................29 1. DESENVOLVIMENTO DA MATEMÁTICA ..................................................................35 UNIDADE III - ÁLGEBRA DE PROPOSIÇÕES ....................................................................43 1. PROPOSIÇÕES ...................................................................................................................43 2. DISJUNÇÃO, P V Q ............................................................................................................44 3. CONDICIONAL ,P → Q .....................................................................................................47 4. BICONDICIONAL, P↔Q ..................................................................................................48 5. POLINÔMIOS E POLINÔMIOS DE BOOLE ................................................................48 6. PROPOSIÇÕES E TABELAS E VERDADE ...................................................................51 7. TAUTOLOGIAS E CONTRADIÇÃO ..............................................................................52 8. EQUIVALÊNCIA LÓGICA ...............................................................................................54 9. ÁLGEBRA DE PROPOSIÇÕES........................................................................................56 10. IMPLICAÇÃO LÓGICA ..................................................................................................57 11. FUNÇÃO PROPOSICIONAL E CONJUNTO VERDADE ..........................................60 12. QUANTIFICADOR UNIVERSAL ..................................................................................61 13. QUANTIFICADOR EXISTENCIAL ..............................................................................62 14. NEGAÇÃO DE PROPOSIÇÕES QUE CONTÊM QUANTIFICADORES ................62 15. NOTAÇÃO .........................................................................................................................64 16. FUNÇÕES PROPOSICIONAIS CONTENDO MAIS DE UMA VARIÁVEL ............65 REFERÊNCIA .............................................................................................................................66 Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 4 APRESENTAÇÃO No horizonte do homem contemporâneo, a ciência é uma paisagem diurna, sempre presente. Onde quer que esteja, dia ou noite, a sua presença se faz sentir de modo agudo, embora de forma indireta. São os automóveis, os aviões, os rádios, as televisões, os computadores, os antibióticos e outras drogas maravilhosas ou mortais; são aos mísseis balísticos intercontinentais dotados de ogivas nucleares armazenadas pelas superpotências, preparação insensata da hecatombe nuclear. Evidentemente, esses engenhos são de natureza tecnológica, não sendo da esfera direta da ciência. Mas, como eles utilizam conhecimento cientifico, pode-se dizer que fazem parte da cultura cientifica, em última instância. Diante desse quadro contraditório do mundo de hoje, carregado de tintas negras, torna- se necessário interrogar o papel do significado da ciência. Será ela realmente, como querem alguns intelectuais de tendências místicas, a principal responsável pela opressão da miséria existente em todo o planeta? Ou será a esperança de uma sociedade verdadeiramente democrática como apregoam alguns cientistas sonhadores? A resposta a essa pergunta não é simples. A ciência parece ter muitas faces e dimensões, como um ser mitológico de natureza enigmática. É preciso acompanhá-la, com carinho, nos tortuosos caminhos da história, para entender a sua natureza. Em outras palavras, é preciso conhecer a história da ciência. Por outro lado, nesse quadro pode-se enxergar com nitidez a relação intima entre a ciência na sua forma tecnológica e o poder. Ou seja, o poderio das nações ou das corporações multinacionais tem como uma das bases da sua sustentação a ciência e a tecnologia, C &T. Significa que, nos dias de hoje, o domínio se faz não mais através da invasão ostensiva com tropas de ocupação, mas muito mais pela apropriação e manipulação sutil do conhecimento cientifico e tecnológico. Dessa forma, a diferença essencial entre os chamados países desenvolvidos aqueles de Terceiro Mundo é a existência ou não da C &T acima de uma certa “massa crítica”. Portanto, se um país quer verdadeiramente sair do subdesenvolvimento, é preciso antes de mais nada desenvolver a C & T. Todavia, a dinâmica do desenvolvimentocientifico é complexa, não sendo possível conhecê-la tão-somente através de análises convencionais do seu estado no presente. É necessário apreendê-la em profundidade, no seu Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 5 intercurso variado com outras componentes sociais através dos tempos históricos. Ou seja, é necessária a abordagem histórica da ciência. Em especial no caso brasileiro, parece existir um clima favorável para a reflexão histórica da ciência. Depois de mais de meio século da introdução da pesquisa cientifica em moldes modernos, a sociedade brasileira, em geral, e a comunidade cientifica e o meio educacional, em particular, estão se familiarizando cada vez mais com C &T. Já existem institutos de pesquisas e universidades em todas s regiões do país. Alguns deles, embora em pequeno número, são centros de produção científica de primeira qualidade. Outros são polos dinamizadores de efervescência intelectual, condição necessária para a progressão cientifica. Por seu turno, nos últimos anos a economia brasileira vem adquirindo num ritmo vertiginoso, posições cada vez mais ascendentes no cenário internacional, a ponto de ser considerada a oitava do mundo. Essa ascensão é devida em grande parte ao aumento da eficiência industrial e da competência tecnológica. Na medida em que a tecnologia adquire importância inegável no complexo econômico, a ciência também começa a receber atenções especiais nesses meios. Já se pode dizer que a sociedade brasileira está suficientemente amadurecida para pensar e repensar o significado da cultura científica dentro da civilização contemporânea. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 6 UNIDADE I - A MATEMÁTICA NAS CIVILIZAÇÕES 1. MATEMÁTICA EGÍPCIA Se a astronomia egípcia antiga estava voltada basicamente para a arte pratica de medir o tempo, a matemática se encontrava confiante à aritmética, à aritmética pratica. A matemática não era em si mesma, considerada uma forma de conhecimento independente de sua aplicação, como aconteceu na Grécia. Assim, a pesquisa dos princípios matemáticos era desprezível. Não havia uma teoria básica da matemática, nem um sistema teórico de geometria: a matemática concentrava- se apenas me contar, somar, subtrair, multiplicar, e dividir, mas era o suficiente para solucionar os problemas dos escribas de uma administração. A aritmética egípcia era baseada essencialmente na tabela dos dobros, tanto quanto na habilidade de encontrar dois terços de qualquer número, inteiro ou fracionário. Os escribas registravam seus cálculos em escrita hierática, embora alguns números tenham sido encontrados, em baixo-relevo, escrito na forma hieroglífica. Os símbolos dos diferentes números variavam amplamente, e a necessidade de escrever os números em linhas cuidadosamente organizadas era menos importante para os egípcios do que é para nós, mas, como nós, eles contavam às dezenas. A subtração era feita perguntando-se: “5, quanto mais para fazer 9 ?”. Dessa forma, as tabelas de adição podiam ser usadas para o processo de subtração. A multiplicação consistia justamente na utilização da tabela dos dobros. Assim, para multiplicar 8 por 7, o escriba escrevia: 1 8 2 16 4 32 7 56 Se o multiplicador era um número como 21, ele teria, então de escrever uma série maior de dobros e selecionar os termos apropriados (mostrados aqui por um*); assim, 21vezes 8 seria escrito: Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 7 *1 8 2 16 *4 32 8 64 *16 128 21 168 A multiplicação também era feita por 10 e por 1/10. Havia também regras para multiplicar números inversos (isto é, multiplicar por 1 dividido por um número, como 1/21 ou 1/17, ou qualquer outro) usando as frações unitárias de forma semelhante aos números inteiros usados na multiplicação. No que diz respeito à adição de frações, eles possuíam tabelas, embora pudessem trabalhar sem elas; eles sempre usavam exclusivamente frações unitárias (isto é, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, e etc.), exceto a fração 2/3. A divisão era feita de maneira semelhante à subtração, usando a tabela dos dobros para se chegar a um resultado. Empregavam-se tabelas para as multiplicações mais comuns. Quanto à geometria, os egípcios a empregavam apenas para resolver problemas práticos. Quanto os topógrafos queriam partilhar a terra e medir ângulos retos, usavam “regra de 3-4-5”, traçando um ângulo reto com o auxílio de um triângulo de corda com lados de 3, 4, 5 unidades. Esse é um caso particular do teorema de Pitágoras; o teorema mais geral não era, porém, conhecido no Egito. Tem sido sugerido que, para construir algumas edificações, eles necessitariam conhecer o valor de π (pi), isto é, a razão entre a circunferência e seu diâmetro. Mas esse valor poderia ter sido obtido, para todas as finalidades práticas, rolando- se um disco no chão e medindo- se a extensão marcada e, não há qualquer demonstração de eles jamais tenham utilizado a razão matemática. 2. TALES E MILETO Tales nasceu por volta de 624 a.C. de pais que podem ter sido originários da Fenícia, embora tenha sido em geral considerado de verdadeira ascendência miletense, e foi estadista, matemático, astrônomo e negociante bem sucedido, assim como um dos “sete sábios” Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 8 tradicionais da antiga Grécia. Sua política de estadista consistiu em persuadir as cidades jônicas a se unir contra a Pérsia, cujo crescente poderio constituía para ele um contínuo pavor. A despeito disso por fim, provou-se impossível para ela resistir ao violento ataque persa. Quanto a sua sagacidade nos negócios, Aristóteles dizia que, quando Tales foi criticado pelo seu pouco senso prático e por despender tempo demasiado pela filosofia, em vez de fazer dinheiro, ele decidiu confundir seus críticos. Prevendo uma fartura de azeitonas durante o verão seguinte, fez depósito me todas as prensas de azeitonas de Mileto e da vizinha Quios, alugando-as por baixo preço, pois não se apresentou qualquer concorrente. Quando chegou a época da colheita de azeitonas, necessitaram-se de todas as prensas, e Tales as alugou pelo preço que quis. “Assim”, disse Aristóteles, “mostrou ao mundo que os filósofos podem ser ricos, se o quiserem, mas que sua ambição é de outra espécie”. Entretanto há outra história a respeito de Tales, segundo a qual ele caiu num poço enquanto olhava as estrelas, sendo ridicularizado por uma bela serva Trácia, por estar tentando descobrir o que estava acontecendo no céu ao mesmo tempo em que era incapaz de ver o que havia a seus pés. Assim, temos duas tradições opostas, uma que mostra como um filósofo pode ser prático, outra, como pode não sê-lo. Mas a filosofia de Tales tinha um lado prático – ele procurou, por exemplo, determinar uma distância no mar – e no século depois de sua morte, ocorrida por volta de 547 a.C., ele foi louvado como modelo de engenhosidade prática. Talvez haja mais verdade na história de Aristóteles do que na serva Trácia. A fama de tales baseia-se principalmente em sua astronomia e numa proeza queele não pode ter feito! Dizem que predisse o eclipse total do Sol ocorrido a 28 de maio de 525 a.C, o que levou à cessação dos seis anos de hostilidade entre Lídia e os medos. Supõe-se que Tales tivesse conseguido isso usando um ciclo de eclipse. - Os saros – familiar para os babilônios, do qual Tales teria tomado conhecimento em suas viagens ao Egito. Mas de fato, os babilônios nada sabiam a respeito desse ciclo; tudo que podiam fazer era ver como era um eclipse, observando a Lua muito depois do seu quarto minguante, quando estava próxima a lua nova. Tales sabia disso e, em caso afirmativo, podia ter elaborado esse conhecimento? A maior parte dos historiadores está convencida de que ele não podia ter feito isso, pelo menos não na forma que o historiador grego do século V, Heródoto, descreveu, pois este afirma que Tales era capaz de dizer “nos limites de um ano” quando isso acorreria. Podemos, certamente, excluir um golpe de sorte e concluir, embora com pesar, que isso foi algo cuja paternidade lhe foi atribuída postumamente. É Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 9 justamente a espécie de coisa que ocorria no passado, e aconteceu não somente com Tales; um século mais tarde, supôs - se que o filósofo Anaxágoras havia previsto a queda de um grande meteorito em Aegospotami - acontecimento acidental, deveras impossível de se predizer. Os gregos declaravam ter recebido sua matemática por intermédio de Tales; Heródoto, Aristóteles e seu discípulo Eudemos, que escreveu uma história da matemática, todos declararam que Tales, “depois de uma visita ao Egito, trouxe esse estudo para a Grécia”. Na verdade, Eudemos chega até a especificar que Tales trouxe claramente, certo número de proposições de geometria teórica. Contudo, nosso conhecimento atual da matemática egípcia não nos credencia a supor que os egípcios conhecessem qualquer teoria geométrica; a geometria deles era bem prática. Mas se Tales não trouxe essa geometria do Egito, ele terá, por acaso inventado? Certamente a geometria era o ramo da matemática que os gregos se tornariam mestres; sua arte mostra o amor que tinha pela simetria e pelas formas elegantes, mas, embora tenham demorado a demonstrar um gênio geométrico, não há um prova concludente de que Tales tenha iniciado o processo. Ele certamente usou a geometria, mas uma geometria prática – justamente a que poderia ter trazido do Egito. Contudo logicamente, foi a partir dessa geometria prática que toda a estrutura teórica se desenvolveu mais tarde. Tales não pode ter inventado a teoria geométrica, nem previsto um eclipse solar total, mas é evidente que possuía uma mente aguçada. Refletiu sobre a natureza do mundo e concluiu que a água era o constituinte básico de todas as coisas. Ele acreditava que a Terra fosse um disco plano boiando na água. Hoje isso pode parecer simples e ingênuo, mas, para que tivesse viajado pelo Egito e visto sua terra estéril trazida à vida pelas inundações do Nilo, tal crença poderia ser uma coisa lógica e racional. Contudo, era mais do que isso. Pois Tales não lançava mão de nenhum deus responsável pela fertilidade da terra, mas procurava encontrar uma explicação física natural. Em suma, estava usando um ponto de visita tão científico quando lhe era possível. E foi esse raciocínio que ele adotou para explicar os terremotos, usando sua ideia da Terra flutuante como base, pois afirmava que eles começavam como erupções de água quente nos oceanos que circundavam a Terra. De todo modo, Tales parece, claramente, ter sido o primeiro a demonstrar as qualidades que deveriam caracterizar a ciência grega: fornecer explicações naturais, não sobrenaturais, sobre o mundo, e tentar deduzir as teorias subjacentes dos fatos da observação e da experiência. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 10 3. ANAXIMANDRO, ANAXÍMENES, HECATEU, HERÁCLITO Anaximandro foi um contemporâneo mais jovem de Tales, tendo nascido por volta de 610 a.C.; morreu algum tempo depois de 547 a.C. Tal como ocorre com Tales, só dispomos de relatos pouco confiáveis a seu respeito, de filósofos gregos posteriores. Assim, Anaximandro é, muitas vezes, considerado como tendo determinado os equinócios e a obliquidade da eclíptica, isto é, o fato de que a órbita aparente do Sol no céu é inclinada de certo ângulo em relação ao equador celeste (essa linha imaginária através do céu, traçada a 90 graus do polo celeste, ponto em torno do qual o céu parece girar). Mas isso parece pouco provável tanto por que isso já era conhecido na Babilônia, como porque tal hipótese seria completamente contrária às outras ideias que ele parece certamente ter alimentado. Anaximandro, contudo, traçou um mapa do mundo habitado e escreveu um livro sobre a Terra e seus habitantes: ele acreditava que havia um número infinito de mundos, todos tendo sido divisões de um universo infinito de mundos, ao qual um dia retornariam e pelo qual seriam reabsorvidos. Passou então a explicar que o material de que a Terra e aquilo que a circundava eram feitos foi separado e recebeu um movimento rotativo; consequentemente, os materiais mais pesados ficaram no centro, formando a Terra propriamente dita, enquanto o fogo e o ar foram deixados nas bordas, para constituir os corpos celestes. O Sol e a Lua eram, pensavam eles, anéis de fogo circundados pelo ar. Esse ar tinha passagens em forma de tubos, pelas quais a luz do fogo escapava. Assim, as fases da lua eram explicadas como sendo abertura do tubo da Lua vista de diversos ângulos. Ele explicava os eclipses da mesma maneira. A Terra propriamente dita, dizia Anaximandro, era como um cilindro, como o homem vivendo na superfície de um dos planos. A água também era parte importante nesse esquema de coisas, pois os animais eram feitos de substâncias do mar, quando sob o efeito da luz do Sol. O próprio homem se originava do peixe. Assim, temos aqui, no próprio tempo de Tales, um esquema coerente de toda a criação, tudo explicado por uma premissa básica – a geração da Terra e do céu a partir de um material primitivo. Pode não ser um esquema que subscreveríamos hoje, mas ele envolve uma orientação (a criação de hipóteses e o estudo de seus corolários) que não está muito longe da que ainda se usa nos tempos atuais, por mais precisas que possam ser nossas teorias modernas. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 11 Anaxímenes pode ter sido discípulos de Anaximandro, e sua visão do cosmo era muito semelhante. Ele também subscrevia a crença de que o infinito era a fonte da Terra e do céu, mas sua opinião era de que o ar era a substância básica da qual se originaram todas as coisas: alongava-se até o infinito. Anaxímenes foi levado a esse ponto de vista a respeito do ar por ter observado os processos de rarefação e condensação: disse que quando o ar era distribuído ao nosso redor, fica invisível, mas, quando condensado o ar era distribuído ao nosso redor, ficava invisível, mas, quando condensado, transformava-se em águas; quando aquecido, mudava no tempo devido, transformando-se em fogo. Para apoiar essas declarações, citava a observação – ou deveríamos chamar de “experiência”? – de que, quando sopramos o ar de nossas bocas, ele é frio, enquanto, quando abrimos a boca, sem comprimir, portanto o ar, ele é quente. Para Anaxímenes, essa substância fundamental era essencialmente composta de minúsculas partículas.Ele usou a palavra “ar” também para a substância fundamental, pois, como o ar verdadeiro, estava em todos os lugares, penetrando em tudo. A respiração era identificada com a alma – ponto de vista que parece ter sido comum a muitas civilizações primitivas – e era a alma, a respiração, que mantinha unido o corpo físico do homem. Além disso, Anaxímenes acreditava que toda a criação, todo o cosmo respirava e, assim, a respiração era a alma de todas as coisas. Quanto à própria Terra em forma de disco, Anaxímenes, como Anaximandro, pensava que ela e todo o mundo material tivessem sido formados da condensação de uma massa de ar giratória. A Terra flutuava no ar. O Sol e a Lua eram discos feitos de fogo e giravam em torno da Terra: tornavam-se invisíveis quando estavam muito longe e atrás das partes altas do norte da Terra. E, se olharmos um mapa, veremos que há montanhas ao longe, ao norte de Mileto – as montanhas Rodape, na Bulgária. Em sua concepção, portanto, Anaxímenes estava seguindo os passos de seu mentor, Anaximandro, e, mais uma vez, tentando construir uma figura do mundo com base em fatos científicos. Hecateu, sobre cuja vida pouco se sabe, é relembrando agora, em alguns lugares, como um dos mais antigos escritores da prosa grega e, em outros, por ter escrito o mais antigo trabalho da geografia. Infelizmente, não existe mais seu texto original, o qual, de acordo com descrições posteriores, parece ter sido acompanhado por um mapa composto de duas partes, uma sobre a “Europa” e a outra sobre a “Ásia e a África”. Ao que parece, referia-se com detalhes a povos lugares, e especialmente nas regiões costeiras. Hecateu ainda julgava o mundo habitado como Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 12 um disco, circundado pelas águas do Oceanus, mas, dentro dessa limitação, seu mapa parece ter apresentado um aspecto geral da área do Mediterrâneo, assim como a presença da Líbia, do Egito, da Mesopotâmia e de parte da Índia, indicando até alguma coisa da Europa; estavam traçadas as terras dos celtas e do citas (povo nômade do sul da Rússia e da Criméia). Como podemos esperar de uma geografia baseada em informações orais, nos relatos de marinheiros e mercadores, o fabuloso e o genuíno eram encontrados lado a lado; a caça aos crocodilos, o hipopótamo e a fênix eram todos descritos com o mesmo crédito. Contudo, como um todo o livro tinha, valor, embora Hecateu tenha dado muita ênfase ao oceano envolvente, o Oceanus, usando- o, por exemplo, para explicar a inundação anula do rio Nilo, em vez de usar o ponto de vista mais realista de Anaxágoras, de que ela era provocada pelas águas oriundas da fusão das neves das montanhas da Líbia. Heráclito, que parece ter sido contemporâneo de Hecateu, era natural de Éfeso, um porto localizado cerca de 50 quilômetros ao norte de Mileto. Crítico severo de outros filósofos, é tido como um arrogante misantropo; seu trabalho era não só de difícil compreensão, como apimentado por observações cortantes a respeito da falta de inteligência de seus leitores, mas, apesar dessas falhas, continha algumas ideias úteis. Ele sustentava que o universo se equilibrava entre duas forças opostas e em tensão perpétua, tal como uma corda de instrumento musical, pensamento que dá cor a todas as suas explicações, especialmente sobre o comportamento humano. Pode ser que, em tudo isso, estivesse tentando transmitir alguma mensagem sobre a alma humana, mas, se assim foi, não teve sucesso. Sua fama se baseia, hoje como em seus próprios dias, no que ensinou sobre o mundo natural. Ele via tudo em estado de perpétua mudança, de tal forma que tudo o que percebemos com os sentidos é algo transitório, não o verdadeiro conhecimento – ponto de vista que deveria, mais tarde, tornar-se corrente, oposto ao ponto de vista que dava demasiada ênfase à observação prática. Nesse universo Heráclito, o fogo tinha a primazia como agente de mudanças; o fogo consome as coisas, mudando-as até que elas mesmas se tornam fogo, ao passo que, sem ele, as substâncias podem condensar-se e solidificar-se. Os corpos celestes eram taças contendo fogo, e as fases da Lua eram provocadas pelo modo como abertura de sua taça se voltava pra nós; num céu muito claro e a uma altitude acima do horizonte, o disco da Lua pode, realmente, dar a impressão de que a superfície está dentro de um recipiente, e, portanto a ideia não era tão absurda como parece. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 13 4. PITÁGORAS De todas as figuras da ciência jônica, nenhuma teve mais influência sobre as gerações seguintes do que Pitágoras. Nascido por volta de 560 a.C., na ilha de Samos, cerca de 50 quilômetros a noroeste de Mileto, era um líder religioso, assim como protótipo de cientista, e há muitas lendas a seu respeito. Não resta dúvida de que tomou parte em um renascimento religioso que se deu em toda Grécia, durante o século VI a.C., e, com o tempo, tornou-se líder de uma irmandade que concebia uma nova espécie de divindade. Essa Ordem Pitagórica esperava que seus membros executassem exercícios ascéticos, se abstivessem de certas ações e evitassem determinadas comidas – parece que usavam uma dieta vegetariana e antialcoólica, e tinham de evitar o uso de produtos animais, como lã. Mulheres, tanto quanto homens, eram membros da ordem e todos usavam uma roupa que os distinguia, andavam descalços e viviam uma vida simples, de pobreza. Os pitagóricos acreditavam que a alma pode deixar o corpo temporária ou permanentemente, e se dirigir para o de outro ser humano. Possivelmente, tal ponto de vista tinha origem oriental, mas o movimento pitagórico, em si, era possivelmente uma reação às extravagâncias do culto ao deus do vinho, Dionísio. Com o tempo, ideias políticas fundiram-se com as religiosas, como se pode esperar de uma ordem que se mantinha isolada da comunidade em geral, e Pitágoras foi, por fim obrigado a deixar Samos. Mudou-se para Cróton (atual Crotona), no sul da Itália, onde fundou uma academia ético-político-filosófica, que advogava uma regra aristocrática. Foi, a princípio, bem-vinda para os que se opunham ao crescimento da democracia, mas depois suas doutrinas foram consideradas inaceitáveis, e Pitágoras foi obrigado a deixar a cidade. Viajou para o nordeste, até a Metaponto, no golfo de Tarento, onde morre por volta de 500 a.C. Quando certa de cinquenta anos mais tarde, uma violenta revolução democrática ocorreu em todas as cidades gregas da costa do Sul da Itália,a Ordem Pitagórica foi atacada e suas casas de reunião, destruídas. Contudo, muitos de seus membros conseguiram fugir, fosse para Tarento ou para Filiasos (ou Phleius) na Grécia continental. Em Tarento, continuaram como poder político até cerca de 350 a.C. Os historiadores da ciência mantêm agora alguma divergência sobre o que precisamente Pitágoras ensinou e a quem ministrou seus ensinamentos; provavelmente instruiu apenas um Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 14 reduzido círculo de discípulos. Ademais, talvez seja impossível concluir quais dentre as doutrinas pitagóricas se devem ao próprio Pitágoras e quais, aos seus seguidores mais próximos. De qualquer maneira, à altura do século IV a.C. outros filósofos gregos acreditavam, talvez erroneamente, que algumas ideias eram devidas a Pitágoras, crença que tem pouco valor para ser discutida; afinal, é mais a influênciado que a origem exata dessas ideias que nos está interessando. Pitágoras visitou o Egito e a Babilônia quando rapaz, e talvez tenha sido essa visita que lhe deu ensejo para estudar matemática e de declarar que “todas as coisas são números”. Certamente, parece que Pitágoras e seus seguidores impressionaram-se muito com os números, e não há dúvida de que desenvolvera uma teoria completa a respeito deles. Essa teoria parece ter- se baseado em três espécies de observação. Em primeiro lugar, notaram haver uma relação matemática ente as notas da escala musical e os comprimentos de uma corda vibrante ou de uma coluna de ar em vibração, como em uma flauta ou em uma siringe. Uma coluna de ar ou uma corda de determinado comprimento daria uma nota; reduzindo, então, à metade de seu comprimento, daria uma nota, uma oitava acima. Uma relação de comprimento de dois para três daria um intervalo musical conhecido como quinta, e a relação de três para quatro, uma quarta. Assim se alguém usa uma corda vibrante com doze unidades (polegadas, milímetros, etc.) de comprimento e a reduz a oito unidades, ela soará uma quinta acima da nota original; se a reduzirmos a seis unidades, ela soará a oitava. Assim, como a oitava e a quinta eram consideradas sons harmônicos, Pitágoras disse que os números 12,8 e 6 estavam em “progressão harmônica” e considerou isso tão importante que estendeu a ideia à geometria, tendo razão disso declarado, por exemplo, que o cubo estava em harmonia geométrica porque tinha seis faces, oito ângulos e doze arestas. A segunda observação referia-se aos triângulos retângulos. No Egito, Pitágoras teria aprendido a regra de 3, 4 e 5, referente aos comprimentos dos lados, mas um pesquisa moderna mostrou que foi na Babilônia que encontrou o que chamamos de relação de Pitágoras. Os babilônios, de fato, tinham chegado à conclusão de que os números podiam se 3,4, 5 ou 6, 8, 10, ou qualquer outra cominação. Onde o quadrado do maior dos números fosse igual à soma dos quadrados dos dois outros. Este era um passo adiante deveras decisivo, e os pitagóricos iriam fazer ótimo uso dele. A Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 15 terceira observação foi que havia relações numéricas definidas entre os tempos utilizados pelos corpos celestes em sua órbita ao redor da Terra. Os pitagóricos chegaram à razoável conclusão, em seus estudos de que “tudo são números”. O matemático moderno, especialmente com o recente desenvolvimento das ciências de computação, poderia chegar a uma conclusão claramente semelhante; mas há uma diferença vital. A ideia pitagórica era, fundamentalmente, uma ideia mística e dava uma condição absoluta, se não divina, aos números e suas relações. Hoje, apesar de alguns filósofos declararem que a matemática representa uma forma de conhecimento mais pura que qualquer outra, o cientista usa os números, não como princípios divinos, mas como ferramenta extremamente poderosa e flexível para descrever e predizer toda sorte e fenômenos naturais. Naquele tempo, contava-se, muitas vezes, usando pedrinhas e, já que pitagóricos, como todos os gregos, tinham uma tendência inerente para a forma, não é de admirar que os números figurados tenham captado seu interesse. Números figurados são exatamente o que seu nome indica: números surgidos coma contagem em padrões, Começa-se, por exemplo, com uma pedrinha e, então, conta-se em formas triangulares; Isso dará os números figurado. Atribuía-se aos números dessa série um significado especial, pois davam o número “perfeito” 10, uma vez que 1 + 2 + 3 + 4 =10, o qual devido aos quatro pontos de cada lado, era chamado de “tetractys”; era considerado sagrado, e os pitagoristas juravam isso solenemente. Havia um segundo grupo de números que eram chamados “perfeitos”; tratava-se dos que eram iguais aos seus divisores separados, quando somados. Eram o 6 (porque 6 = 1 + 2 + 3), 28 (1 + 2 + 4 + 7 + 14), e assim por diante . O número seguinte dessa série é 496, depois 8128 e 2096128; é claro que não era fácil trabalhar com eles naquele tempo, embora, um século mais tarde, Euclides tenha criado uma fórmula geral para calculá-los – um exemplo das intimas conexões entre a geometria e a aritmética. Uma pesquisa semelhante feita pelos pitagóricos levou- os aos números “amigáveis”, isto é, dois números em que cada um é igual à soma dos fatores do outro. Assim, o par 220 e 284 é amigável (porque os fatores de 284 são 1, 2, 4, 71, 142, e eles somados dão 220, enquanto 220 tem os fatores 1, 2, 4, 5, 10, 11, 20, 22, 44, 55, 110, cujo total é 284). Os números 220 e 284foram supostamente descobertos pelo próprio Pitágoras e certamente, eram o único par de números amigáveis conhecidos na Antiguidade. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 16 Os números figurados eram muito importantes na aritmética de Pitágoras e, é claro, havia muitas espécies, além dos números triangulares acima mencionados. Havia números quadrados, números pentagonais, números formados de retângulos de lados desiguais (números “heteromeques”), números formados por pirâmides de bases quadradas e de bases triangulares, números cúbicos e até números “altares” (formados por pirâmides cujas bases eram retângulos de lados desiguais. Outro aspecto dos números que intrigava os pitagóricos era o das “medias”. Para começar, estavam preocupados com a “média aritmética” (isto é, o número do meio de três progressões “aritmética”: assim, na progressão 4, 5, 6, a média aritmética é 5; na progressão 4, 8, 12 é 8 etc.) e é provável que Pitágoras tenha aprendido isso quando visitou a Babilônia. Mais tarde, eles chegaram à “média geométrica” (isto é, o número do meio de três em uma “série geométrica”, tal como 2, 4, 8, onde 4 é o meio, ou 3, 9, 27, onde é o 9), e à média harmônica (na série harmônica anterior, ente mencionada, 6, 8, 12, a média harmônica é o 8). Mas o que tudo isso significava? Em primeiro lugar, que os membros da Ordem Pitagórica interessados em números eram capazes de desenvolver a aritmética e as técnicas de uso das quantidades numéricas. Em segundo, no que se referia ao lado religioso, tudo envolvia grande quantidade de misticismo, cheio de relações ocultas entre os próprios números, uma espécie de numerologia mágica que não tinha qualquer significado científico. Pitágoras ainda é popularmente recordado por causa do teorema dos triângulos retângulos, embora não esteja bem claro se o teorema geral foi provado durante seu tempo de vida ou mais tarde e, de fato, não há certeza, absolutamente, sobre o que ele e seus seguidores deram de contribuição à geometria. Sabemos, porém, que a figura de cinco lados, o pentágono, era de grande significação mística, como bem pode ser já que, quando seus lados são prolongados para formar uma estrela de cinco pontas, os lados e as linhas diagonais que corta a figura se interceptam numa proporção que fez surgir o “seguimento áureo”. (o segmento áureo é uma proporção que a antiguidade clássica pensava ser muito agradável à vista e era frequentemente utilizada na arquitetura; consiste na divisão de um comprimento de tal forma que a relação entre a parte menor e a maior é igual a relação entre a parte maior e o todo). Os Pitagóricos usavam o pentágono como sinal de reconhecimento entre eles, mas não o inventaram; era conhecido na Babilônia. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivosautores. 17 De todo o conhecimento matemático atribuído aos pitagóricos, o mais importante foi decorrente do teorema de Pitágoras: o fato de que nem toda quantidade pode ser expressa pó números inteiros. Porque, embora o lado maior da hipotenusa de um triângulo retângulo possa ter seu comprimento expresso em números inteiros, na maioria das vezes isso não acontece; se pode ou não 3 e 4, a hipotenusa terá o número inteiro 5 (porque 32 + 42 = 25, cuja raiz quadrada é 5), ao passo que, se os lados menores foram 4 e 5, o comprimento da hipotenusa não será um número inteiro, e sim 6,4031242... Os filósofos gregos primitivos ficavam infelizes com isso; esse fato assustou os pitagóricos e também os matemáticos posteriores, uma vez que ameaçava a ideia de ser a geometria o fundamento da matemática, mas conduziu a um trabalho mais cuidadoso e, desse modo, agiu como estimulante. Os pitagóricos eram provavelmente, capazes de construir três dos cinco sólidos “regulares “(figuras sólidas como o cubo, em que todos os lados são iguais, bem como os ângulos entre eles). Conheciam o cubo, a pirâmide e o e dodecaedro, de doze lados, e, sem dúvidas, a simetria que neles encontravam deliciava suas almas místicas. A crença na importância fundamental do número também coloria sua atitude em relação à música. Já vimos como os números foram usados para expressar intervalos musicais, e esse trabalho foi ampliado de tal forma que escalas musicais inteiras, cobrindo muitas oitavas, puderam ser executadas. Mais tarde ainda, na metade do século IV a.C. Arquitas de Tarento deveria transformar isso em uma complexa teoria musical. Os pitagóricos também acreditavam que havia um aspecto musical no céu - a chamada “musica das esferas” -, visão baseada, em parte, em seus conhecimentos da matemática dos sons e, em parte, em seus estudos dos tempos orbitais dos planetas. A astronomia pitagórica obviamente deveu muito aos babilônios; como eles concebiam os corpos celestes como divinos, enquanto aceitava a ideia do que os planetas situavam – se a distâncias diferentes da Terra e mais perto dela do que as estrelas. O amor dos pitagóricos pelos números levou-os a estudar isso, determinando movimentos periódicos dos planetas; por fim, adotaram uma ordem de distância para eles baseada na velocidade com que se moviam em sua órbita aparente ao redor da Terra. Isso lhes deu a seguinte ordem: Terra, Lua, Mercúrio, Vênus, Sol, Marte, Júpiter, e Saturno, embora tenham, mais tarde, burilado essa ideia, colocando Mercúrio e Vênus depois do Sol, após observar que não havia trânsito desses dois planetas no disco do Sol. Hoje sabemos que existe esse trânsito, embora seja raro e só possa ser observado Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 18 por meio de telescópio, mas a sequência de distâncias modificada é a que hoje consideramos correta (medidas do Sol e não da Terra como ponto de partida, com omissão da Lua), e podemos ser gratos aos pitagóricos por não terem descoberto tais trânsitos. O amor dos pitagóricos pela beleza e pela simetria, assim como sua preocupação com os números, conduziu- os a algumas importantes teorias em relação ao universo. A primeira delas era que os planetas deviam girar regularmente ao redor da Terra, na mais simples das curvas, isto é, em círculos; era uma visão, como veremos que deveria ter o mais profundo efeito sobre a astronomia grega e da Europa medieval. A segunda, que o céu e a Terra eram esféricos. Não se tem certeza dos motivos por que esse ponto de vista foi adotado, mas pode muito bem ser, em parte, por simetria; um céu esférico é muito mais elegante que um semiesférico, como o que Homero havia descrito. E, quanto a Terra é curva, e não plana, mas, mesmo assim, aceitar uma esfera em vez de uma barreira teria sido um ato de fé, fé na beleza essencial da criação. Contudo, o mais surpreendente de todos os pontos de vista de Pitágoras foi a sua afirmação de que a Terra era um planeta, em órbita como todos os outros. Esse ponto de vista e normalmente creditado a Filolau, um dos discípulos de Pitágoras, nascido em Cróton e que trabalhou na segunda metade do século V a.C. e é bem possível que a ideia tenha sido sua. A base dessa teoria de uma Terra móvel repousa na significação do número 10, o tetractys; acreditava-se que ele devia expressar o número de corpos móveis no universo. Para conseguir um número tão grande como esse, era preciso fazer algum arranjo, e isso foi conseguido colocando-se, não a Terra, mas um “fogo central”, no centro do universo, com todos os outros corpos em órbita ao seu redor. Assim, havia o fogo central (estacionário), em torno do qual girava a Terra, a Lua, o Sol, os cinco planetas e as esferas das estrelas, de movimento lento, mas isso nos dá apenas nove corpos moventes, não dez. Para resolver o problema, Filolau, se é que foi ele, propôs a existência de uma “antikhtho” ou “contra-Terra”, que também orbitava em volta do fogo central e o fazia precisamente na mesma velocidade da Terra. Em consequência, a contra-Terra estava sempre entre a Terra e o fogo central (cuja luz era refletida pelo Sol), de tal forma que, quando a parte habitada da Terra permanecia do lado oposto ao Sol, para nos dar a noite – porque Filolau acreditava que a Terra girava –, o fogo central ainda não podia ser visto diretamente. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 19 Toda essa ideia era realmente engenhosa. Resolvia o problema estético e místico que exigia dez corpos em órbita e, ao mesmo tempo, não só levavam em consideração as observações dos movimentos planetários, como também explicava por que o fogo central era invisível. Embora incorreta, em 450 a.C. era uma audaciosa concepção do universo, e, com sua Terra dotada de movimentos de rotação e translação, deveria exercer não pequena influencia em alguns filósofos posteriores. 5. MATEMÁTICA GREGA Os gregos tinham aptidão para geometria. Os chineses, não; em vez disso, tinham uma queda pela álgebra e pelas formas de escrever números. A escrita dos números é mais importante do que pode parecer à primeira vista, pois, na verdade, é o modo de registrar operações matemáticas como a multiplicação e a divisão, para não citar tipos complexos de operações de matemática superior. Assim, na Europa do século XVIII, embora Isaac Newton e Wilhelm Leibniz tivessem inventado o cálculo independentemente um do outro, não foi na Inglaterra que se fez imediatamente um progresso subsequente, mas, antes, na França e na Alemanha, primeiramente porque Leibniz escreveu operações de modo mais explícito do que Newton. A escrita dos números propriamente ditos é a mesma forma importante para o progresso matemático. Qualquer um que duvide disso deveria dividir CXLIV por XXIV, usando sempre os números romanos; a natureza embaraçosa do empreendimento logo ficará óbvia! O método chinês de escrever os números desenvolveu-se de modo gradual no correr dos séculos, naturalmente, mas já atingira alto grau de simplificação no século III a.C., quando foi usada a notação de valor-lugar. Quer tenhamos consciência disso ou não, a notação-lugar automaticamente ocorre hoje em dia quando escrevemos I, II, III e assim por diante, usando os lugares dos números para designar dezenas, centenas, e assim por diante. Parece óbvio. Mas nem todas as civilizações pensaram assim. E a respeito dos números em si? No século III a.C., estavam em uso formas de numerais que empregavam linhas retas. Isso seria bem facilmente compreendidocomo coleções de pequenas varetas, uma para o 1, duas para o 2, e assim por diante, e a mudança do traçado indicava as potencias de 10. Notem que enquanto o chinês é escrito de cima para baixo, seus números se escrevem como os nossos, Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 20 horizontalmente. Os números aparentemente sugiram com o uso de placas de contagem. Trata-se de tábuas planas com linhas traçadas, sobre as quais colocam pequenas varetas ou bastões. As varetas registram um número e, quando realiza uma operação subsequente como soma, subtração, multiplicação ou divisão, as varetas apropriadas trocam de posição, são retiradas ou outras adicionadas. É um sistema flexível, que, em mãos chinesas, permitiu desenvolvimentos consideráveis, não apenas em aritmética como também em álgebra. Não sabe quando isso começou, mas as placas de contagem podem datar de 1000 a.C., e os numerais com varetas de contagem antes descritos podem ter estado em uso dois séculos depois. O sinal para o zero – um lugar vazio na placa de contagem – veio depois. Foi impresso pela primeira vez somente no século XIII d.C., mas pode ter sido adotado sem anos antes. Sugeriu-se que tenha derivado da Índia, no século IX, embora pesquisas recentes tenham indicado que a situação pode não ter sido tão simples assim. Logo após 683 d.C. as primeiras inscrições que usavam zero apareceram simultaneamente no Camboja e em Sumatra, e, por várias razoes, não é improvável que o zero tenha se originado na Índia propriamente dita, mas em uma área situada no limite entre as culturas da Índia e do Extremo Oriente. Possivelmente, o espaço vazio da placa de contagem chinesa possa ter tido seu papel específico nisso, ao lado de ideias como o “vácuo” dos filósofos indianos e ao “vazio” mencionado no misticismo taoísta. 6. TIPOS DE NÚMEROS Na maior parte das civilizações, houve uma tendência a evitar frações, sempre que possível, mas isso nunca ocorreu na China, e na época Han, os chineses se tornaram peritos em frações. Estavam também familiarizados com um sistema decimal que parece ter começado muito cedo, pois os rudimentos podem ser encontrados nos documentos moístas do século IV a.C.. Em épocas ainda mais remotas, no tempo dos ossos-oráculos de Chang, os chineses eram capazes de expressar números muitos grandes – coisas de que poucas civilizações podiam se orgulhar – e, por volta do século II d.C., estavam usando o que hoje chamamos de “potências de dez”. Assim, e assim por diante (o pequeno número elevado ou índice indica o número de zeros, isto é, o número de vezes em que 10 é multiplicado por si mesmo). É evidente que os chineses não escreviam 10, mas tinham símbolos que expressavam a mesma ideia. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 21 No ocidente sempre houve dificuldades quando se chegou aos “surdis” (palavra derivada do latim “estúpido”). Esses números estúpidos, ou irracionais, eram, como raiz quadrada de 2, aqueles que não podiam ser expressos como a relação entre dois números inteiros. Como uma fração do tipo ½ ou ¾. A raiz quadrada de 2, expressa como decimal, é 1,4142136... Mas essa incomensurabilidade parece não ter criado problema algum na mente dos chineses, enquanto para os gregos parecia realmente irracional, pois não se podia estabelecer uma relação direta com ela. Os chineses não tinham problemas quando se deparavam com números negativos; em suas pranchas de contagem, as varetas vermelhas representavam números positivos e as negras, números negativos – isso pelo menos desde o século II d.C. Na Índia, tais números não apareceram antes do século VII e, na Europa, não antes do século XVI. 7. ARITMÉTICA Assim como praticavam os processos básicos de aritmética e estudavam quadrados, cubos e raízes; como já vimos, os chineses ficavam intrigados com as relações dos números entre si. Nisso seguiam o padrão de muitas civilizações primitivas. Em um estágio muito antigo da história chinesa, os números ímpares eram julgados aziagos e os pares afortunados. Estudaremos padrões de pontos, como o foram na Grécia por Pitágoras e seus seguidores, para deduzir sequências numéricas, e os chineses descobriram algumas relações desconhecidas dos gregos. Por exemplo, sabiam que a soma da sequência de números ímpares é sempre um quadrado. Os chineses também mostravam interesse pela “análise combinatória”, o que revela sua curiosidade pelos “quadros mágicos” – quadrados formados por compartimentos preenchidos com números cuja soma dá sempre o mesmo total, quer se tomem os números no sentido vertical, horizontal ou diagonal. O quadro mágico poderia torna-se elaborado – até se imaginarem quadrados tridimensionais -, mas, em sua forma mais simples, parece ter origem pelo menos no ano 100 a.C., ou ainda mais cedo, embora esse assunto não se tenha desenvolvido senão 1400 anos depois. Os chineses sempre foram peritos em encontrar auxílios para o cálculo. Como outras civilizações primitivas, contavam nos dedos e empregavam a mais complicada técnica de destinar números para as juntas dos dedos, tanto quanto para os dedos propriamente ditos. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 22 Usavam também um barbante com nó, semelhante ao quipú peruano, embora esse método fosse empregado mais para registros do que realmente para executar cálculos. Mas o seu eficiente artifício de cálculos primitivos era a vara de contar. Parece ter sido usada desde cedo e era ideal para o cálculo semimecânico; há muitas lendas acerca do uso desse instrumento, como a que envolve o astrônomo do século XI, Wei Pó, que, dizem, movia as varas tão rapidamente que elas pareciam estar voando. Mas, depois do período Ming, pouco se ouviu a respeito das varetas, pois elas cederam lugar ao ábaco, um instrumento bem mais eficiente. O ábaco chinês é chamado tanto de suan pan (placa de cálculo) como chu suan pan (placa de bola); prancheta retangular providas de bolas introduzidas em arames, o ábaco e provavelmente conhecido da maioria dos leitores. A primeira referência desse instrumento não apareceu antes do ano 1593 d.C.; por isso algumas vezes se pensou que fosse conhecido da China. Até o século XVI. Contudo, alguns textos tornam claro que a referência de 1593 é tardia: admite-se que não se trata realmente do ábaco, mas de uma “aritmética de bola”, tipo de cálculo executado em madeiras escavadas, providas de arames e bolas. Essa descrição aparece num livro dotado do século VI d.C., e sua fonte de informações remonta ao final do século II d.C. Uma vez que há outras referências a descrições semelhantes parece que o ábaco já era conhecido no século VI e possivelmente no século II d.C. Em outras civilizações primitivas, o “mecanismo” é formado por pedras que se deslocam dentro de ranhuras. O método das pedras pode muito bem ser originário da Índia, no século III ou IV d.C. como um aperfeiçoamento das antigas bandejas de areia ou pó empregadas no Mediterrâneo para realizar cálculos. Estas foram bem conhecidas dos gregos, dos egípcios e até mesmo dos babilônios. 8. GEOMETRIA Embora os chineses não tenham sido geômetras – nunca desenvolveram uma geometria dedutiva como fizeram os gregos – preocuparam-se com algumas questões geométricas. De fato, no século IV a.C. os moístas chegaram a dar algumas definições geométricas de pontos, linhas e certas figurasgeométricas, quase na mesma época em que Euclides escrevia seus Elementos, em Alexandria. Mas esse foi um caso isolado. Os chineses nunca deram sequência a esse trabalho, Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 23 embora tenham desenvolvido sua própria teoria referente aos lados do triângulo retângulo, a qual era diferente da enunciada por Pitágoras. Por volta do século II d.C., os chineses haviam determinado as áreas de quase todas as figuras e os volumes de vários sólidos, provavelmente recorrendo a modelos reais como orientação, algo que os gregos, de mente filosófica, jamais pensariam em fazer. Um problema básico enfrentado por todas as civilizações primitivas era a determinação da área do círculo, pois essa medida auxilia a solução de muitos outros problemas. Reduzido aos seus elementos básicos, o problema consiste em determinar quantas vezes o raio de um círculo pode ser contido dentro de sua circunferência. Essa razão é um número expresso pela letra grega (pi). O valor real de (pi) é 3,1415926536... Os egípcios não conseguiram obter um valor exato, nem os babilônios; os gregos concluíram que ele se situava entre 3,1408 e 3,1429, mas os chineses, finalmente, foram mais felizes. No século I d.C., esforçaram-se por obter um valor exato, calculando a área do maior polígono regular que eles conseguiam inscrever num círculo e do menos que podia circunscrever. Quanto maior o número de lados dos polígonos, mais próximos suas áreas estariam uma da outra e mais próximas suas áreas estariam uma da outra e mais próxima estariam do verdadeiro valor. Um grande passo foi dado no século V d.C., com os cálculos de Tsu Chung-Chih (Zu Geng-Zhi), que finalmente obtiveram um valor situado entre 3,1415926 e 3,1415927, o qual foi verificado nove séculos depois pó Chao Yu-Chin (Zhao Yu- Qin) , que usou polígonos de até 16 382 lados para fazer essa verificação. No ocidente, tal valor não foi obtido antes do século XVII. Antes de encerrar o assunto “geometria”, vale a pena notar que os chineses deram os primeiros passos no desenvolvimento da geometria de coordenadas, forma em linhas e curvas são representadas por fórmulas algébricas. Os chineses criaram as coordenadas básicas, provavelmente derivadas de seu mapeamento e de sua compilação de tabelas históricas, nas quais as entradas eram feitas em um sistema de coordenadas, como em um mapa. Concluíram também que uma formula algébrica podia expressar na razão geométrica de modo inigualável, apreciando isso porque era justamente o modo pelo qual resolviam problemas geométricos, Os chineses conseguiram isso no século II d.C., mas foi somente no século XVII que essa geometria de coordenadas foi desenvolvida no Ocidente embora de uma forma bastante aperfeiçoada Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 24 9. ÁLGEBRA Hoje, quando falamos de álgebra pensamos no uso de combinações de letras e números, de equações como x – 5x – 6 = 0. Os chineses praticavam a álgebra desde os tempos mais antigos e registravam o resultado totalmente em palavras, embora essas palavras tivessem um significado especifico em seu contexto matemático. Só raramente e muito mais tarde é que usaram símbolos matemáticos. Entretanto, também empregaram prancha de contagem para a álgebra, e, no período Sung, isso foi desenvolvido em um método de anotação tão completo que podia envolver equações de potência muito elevada – podiam resolver equações contendo x. No entanto, apesar desses extraordinários progressos – e não há dúvida de que foi o máximo da álgebra chinesa – o trabalho não teve sequência, pois os chineses não tinham uma teoria geral das equações, tal como foi desenvolvida no mundo ocidental, para conseguir solucioná-las. A ausência de uma teoria algébrica entre os chineses, contudo não lhes inibiu a habilidade de resolver grande número de problemas usando a álgebra. No período Han, eram capazes de resolver equações lineares simultâneas (equação com duas, três ou mais quantidades desconhecidas) e, mais tarde, no século IV d.C., até equações indeterminadas (que possuem mais incógnitas do que equações para resolvê-las diretamente). Equações quadráticas (equações com X também podiam ser resolvidas desde cedo, e eles estavam igualmente cientes de algo que hoje chamamos de “métodos da diferenças finitas”, o qual pode ser usado, como era pelos chineses do século VII, para resolver problemas relacionados ao movimento aparente do Sol no céu. No século XIV, haviam desenvolvido esse método até um grau desconhecido na Europa de três ou quatro séculos depois. Os algebristas chineses estudaram séries matemáticas (séries de números ligados um ao outro de maneira específica) e também investigaram formas matemáticas para expressar permutações e combinações de objetos. Além disso, ao resolver equações de potência muito elevada, fizeram uso do que hoje chamamos de “teorema binomial”, que se refere a expressão de dois termos (binômios), como (x+ 1), que, se multiplicadas por si mesma, dão como resultado uma série de termos. Com alguns exemplos, poderemos ver como isso acontece: (x+1)2=(x+1)(x+1)=x2+2x+1e(X+1)=(x +1)3(x+1)(x+1)=x3+3x2+3x +1. Assim, torna-se claro que quanto mais multiplicações (ou potencias) tivermos, maior será o número de termos na série. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 25 Mas, se observarmos os números colocados à esquerda dos x (isto é, os coeficientes), poderemos ver que há um padrão entre eles. Os de potência 1- isto é ( x+1) – são 1,1; os de potência 2- isto é ( x+1)2 – são 1,2,1;os de potência 3- isto é ( x+1)3- são 1,3,3,1, e assim por diante. Desde o século XVII d.C., esse arranjo numérico tem sido conhecido como “triângulo de Pascal”, pois foi elaborado por Blaise Pascal, embora tenha aparecido um século antes num livro de Peter Apian. O triângulo é empregado na análise matemática das probabilidades: assim, a segunda fileira (potência 2) mostra o número total de maneiras ou permutações em que duas moedas podem cair numa superfície com cara ou coroa voltadas para cima (há uma possibilidade de dar duas caras, duas de dar uma cara e uma coroa e uma coroa e uma de duas coroas). 10. MATEMÁTICA ÁRABE Se a astronomia árabe, principalmente, consolidou e aperfeiçoou uma ciência que era, em essência, uma herança dos gregos, a matemática árabe foi bem diferente. Certamente foi um meio pelo qual os algarismos hindus foram transmitidos para o Ocidente. Mas, acima de tudo, trouxe para a arte da matemática duas técnicas poderosas – a álgebra e a trigonometria -, que são tão válidas hoje como o eram quando os árabes as introduziram. O primeiro grande matemático árabe foi Thabit ibn Qurra, cujo trabalho astronômico em Bagdá já descreveu. Ele deu muitas contribuições em todos os campos da matemática; traduziu para o árabe todos os trabalhos de Arquimedes, assim como o trabalho de Apolônio sobre seções crônicas (a elipse, a parábolas e hipérbole) e a geometria de Euclides. Escreveu sobre a teoria dos números, ampliou seu uso para descrever as relações entre quantidades geométricas – passo que os gregos nunca deram – e discutiu a questão de onde, se acontecesse, as linhas paralelas poderiam encontrar-se. Ibn Qurra também preparou um Livro de dados, trabalho de geometria a meio caminho, em termos de dificuldade, entre Euclides e o Almagesto; estaria em voga no ocidente durantea Idade Média. Outro dos astrônomos-matemáticos de Bagdá foi Al-Battani, e suas notáveis realizações foram, primeiro, ter abandonado o antigo sistema grego de cordas de ângulos e adotado a proporção trigonométrica conhecida como seno – muito mais conveniente usou também sua relação oposta, o co-seno. Entretanto, não usou a outra relação, a tangente (e sua inversa, a co- Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 26 tangente), e assim alguma de suas fórmulas eram ainda ligeiramente desajeitadas. Com Hiparco e Ptolomeu, os gregos chegaram perto da trigonometria, mas nunca conseguiram estabelecer as relações adotadas por Al-Battani, as quais por sua simplicidade e conveniência, iriam revolucionar a matemática dos triângulos, tão usada na astronomia e na agrimesura, despindo-a de parte de sua antiga dificuldade. A segunda realização de Al-Battani foi o uso que fez da trigonometria e da projeção de figuras de uma esfera para um plano, para lhe permitir obter algumas novas soluções de problemas astronômicos. Seus métodos foram copiados na Europa Ocidental, no século XV, pelo astrônomo Regiomontanus. O século IX assistiu a outros avanços matemáticos no mundo muçulmano: Al-Jawhari desenvolveu alguns métodos de calcular a expectativa de vida usando dados astrológicos, e Kamal al-Din trabalhou em álgebra, usando com facilidade equações de graus elevados e, em todas as equações, empregando números irracionais, como a raiz quadrada de 2, sem dificuldade; desse modo, ampliou o campo em que esse ramo da matemática podia ser aplicado. Mas, de todos os matemáticos desse século, o mais importante talvez tenha sido Al-Khwarizmi, pois foi ele quem escreveu m tratado sobre a matemática pratica algo para mostrar “o que é mais fácil e mais útil em aritmética”, no qual usou álgebra no sentido moderno. Fez isso quando explicou como é possível reduzir qualquer problema a uma de seis formas padrão usando dois processos: o primeiro conhecido como al-jabr, o segundo, como al-mugabala. O termo al-jabr referia-se a “transferir termos” para eliminar quantidades negativas (de modo que, por exemplo, x = 40-4x se torna 5x= 40); al-mugabala era o processo seguinte, o que “balanceava” as quantidades positivas restantes (assim se tivermos 50 + x2 = 29 +10x, al-mugabala o reduz para x2+21=10x). Nesse livro, Al-Khwarizmi não usou símbolos como fazemos hoje – eles foram introduzidos mais tarde – e expressou sua matemática em palavras; além disso, não inventou a álgebra como técnica, pois a tomou emprestado do grego ou, mais provavelmente, de fontes hindus. Mas sua realização foi tornar clara a técnica e, explicando – a tão bem, promover o seu uso. Foi também Al- Khwarizmi que escreveu brilhante tratado sobre os algarismos hindus e, assim, encorajou o seu uso como tais. O século X assistiu a mais pesquisas e desenvolvimento no campo da matemática, um pouco na geometria, um pouco na álgebra e um pouco da trigonometria. O neto de Thabit ibn Qurra, Sinan ibn Thabit ibn Qurra, especializou-se em geometria, e al-Quhi inventou um Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 27 compasso com um perna que mudava de comprimento para desenhar elipse e outras seções cônicas. O trabalho trigonométrico concentrou-se na preparação de tabelas de senos – Ibn Yunus compilou-as até quatro casas decimais – descobriu-se o “teorema do seno”. Esse teorema é usado para triângulos traçados em uma superfície esférica, tal como encontramos na astronomia quando se medem triângulos na esfera celeste, e é particularmente importante. Não se tem certeza sobre seu criador; pode ter sido Sinan, Al-Khujandiou talvez Abur Nasr al’ Iraq, mas é certamente a um desses matemáticos muçulmanos que devemos a sua invenção. Em álgebra, Al-Karaji desenvolveu o uso dos binômios e definiu a finalidade apropriada da matéria como sendo “a determinação de incógnitas a partir de premissas conhecidas”. Mas o grande sábio de toda a matemática árabe do século X foi Abu’l-wafa. Ele escreveu um manual de aritmética prática, um livro sobre o que é necessário na ciência da aritmética para escribas e homens de negócios, e um semelhante em geometria, um livro sobre o que é necessário na construção geométrica para o artífice .Este último forneceu soluções para problemas de duas ou três dimensões usando apenas um compasso e uma régua – forma de geometria prática que teria enlouquecido os gregos, para os quais a geometria era apenas uma arte teórica ,e as construções de Abu’l-Wafa’erm tão úteis que circularam amplamente na Europa durante Renascença. Em trigonometria, ele preparou novas tabelas e desenvolveu modos de resolver alguns problemas de triângulos esféricos. Tal como na astronomia, em matemática o século XI foi um período virtualmente desprovido de desenvolvimento, mas as coisas melhoraram no século XII. O poeta e astrônomo Al Khayyami escreveu um comentário sobre Euclides e sobre a álgebra, usando algumas das idéias de Abu’-Hassan-Nasawi, que trabalhou pelo menos um século antes e cujos métodos parecem ter se originado dos chineses. Al-Khayyami também discutiu a determinação das raízes da quarta, quinta, sexta e potências mais altas, por um método que ele descobriu e que não envolvia o uso de geometria e talvez tenha incluído o triângulo de Pascal. Se assim foi, então sua descoberta foi contemporânea coma da China, mas, como o método de Al-Khayymi está perdido, não é possível verificar se ele fez uma descoberta paralela ou não. O astrônomo Al-Tusi escreveu um grande tratado de álgebra, não muito depois da morte de Ai-Khayyami também; tratava também de achar as raízes das equações e discutiu as mudanças de suas variáveis, algo que se tornou único na matemática árabe. Novamente foi no século XII que o físico Ibn Yahya al- Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 28 Samaw’al mostrou precocidade na matemática, escrevendo o livro O deslumbrante quando tinha apenas dezenove anos de idade. Nele, explicou a multiplicação e a divisão de potências (isto é, lidou com a “série e potências”, x4, x3, x2,....,) adotou a convenção de que 1 pode ser expresso como potência 0 ( isto é, x0) e , de fato, enunciou nossos métodos atuais (embora não tivesse usado a mesma notação). Além disso, não somente deu um passo adiante de Al-Karaji, escrevendo resultados algébricos de forma bem mais simbólica, como foi também o primeiro matemático árabe e entender os números negativos resolvendo tratá-los como identidades distintas. Assim, Al-samaw’ al foi capaz de subtrair números de zero, descobrindo regras que só apareciam na Europa trezentos anos depois. Depois de Al-Samaw’al, só ocorreram pequenos desenvolvimentos na matemática árabe. Em meados do século XIII, o muçulmano espanhol Muhyi’Din al-Maghribi recalculou o π (pi) e os valores dos senos, e ofereceu novas provas do teorema do seno, mas cem anos depois esses cálculos foram suplantados por Al-Kachi, em Samarcanda, com seus valores corretos até dezesseis casas decimais. Foi Al-Kachi, também, que introduziu maneiras metódicas de lidar com frações decimais. E foi no século XV que se chegou não apenas ao último matemático muçulmano espanhol, mas também ao último desenvolvimento da matemática islâmica; isso ocorreu com o trabalho de Abu’l Hassan al- Qalassadi, agora conhecido por nós por seu livro de álgebra, escrito em versos. Entretanto, não é o fato de as regras de álgebrase tornem poesia em suas mãos que nos interessa, mas o de que seu texto tornou muitos símbolos algébricos mais amplamente conhecidos. Eles não eram invenção dele, mas o trabalho de IbnQunfudh e Ya’qub ibn Ayyub, um século antes; a importância de Al-Qalassadi foi torná-los mais familiares, se tal forma que viriam a estimular, mais tarde, os matemáticos ocidentais quando herdaram o soberbo legado matemático da Arábia. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 29 UNIDADE II - MATEMÁTICA A Matemática floresceu durante a Renascença e exerceria um importante papel no desenvolvimento de outros ramos da ciência. Durante os estágios da Revolução Científica, a matemática ajudou a esclarecer o comportamento da Lua e dos planetas e seus movimentos no céu, assim como a resolver alguns problemas básicos de mecânica. O grande desenvolvimento da aplicação de técnicas matemáticas e problemas científicos atingiu seu pico nos séculos XVII e XVIII, mas os seus fundamentos foram lançados no século XVI. Na Renascença, as primeiras aplicações da matemática se verificaram no comércio e nas artes. A tradução de textos clássicos e árabes tornaram possíveis discutir a matemática do dia a dia, e propiciara o acesso ao texto completo de Euclides, primeiro em manuscrito e depois em livros impressos. As primeiras edições apareceram na Itália no fim do século XV, sendo a elegante edição veneziana de Erhard Rotdolt, de 1482 (primeira impressão em que se empregou um tom dourado), especialmente notável. As edições de Euclides estimularam a nova arte da perspectiva, tema de experiência de vários artistas. Esse trabalho já era realizado em Florença, nos séculos XIV e XV, assim como na Alemanha e nos Países Baixos, embora o desenvolvimento florentino seja o mais bem documentado. A nova arte estimulou investigações geométricas, primeiro, ao que parece, por Filippo Brunelleschi (1377-1446), embora o primeiro livro sobre o assunto seja creditado ao pintor do século XV, Paolo Uccello. Não existe nenhuma cópia do livro de Uccello; contudo, seu trabalho artístico torna evidente sua familiaridade com o assunto. Um livro que sobreviveu foi de porspectiva pingendi (“Perspectiva na pintura”), de Pietro della Francesca, escrito entre 1474 e 1482 - um importante tratado que introduziu a ideia do ponto de fuga. Mais tarde, o assunto foi tratado por Leonardo da Vinci, e, na Alemanha, Albrecht Durer desenvolveu independentemente a técnica da perspectiva linear. Os textos de Euclides influenciaram também os cartógrafos, os mais notáveis dos quais foi o geógrafo flamengo do século XVI, Gerhar Mercator, de 1569, constituiu outra aplicação da geometria, nesse caso com o fim de ajudar os navegadores, uma vez, foi o professor de Mercator, o geógrafo e matemático holandês Reiner Gemma Frisius, nascido em Dkkum, na Holanda, em 1508, que no ano de 1533 propôs e ilustrou o princípio da triangulação, levantamento topográfico que permite a precisa localização de regiões inacessíveis. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 30 Gemma Frisius foi também o primeiro a sugerir o uso de cronômetros portáteis para determinar a longitude no mar, método teoricamente excelente, mas que não pôde ser posto em prática de modo satisfatório até o século XVIII, pois só então se passou a dispor de um relógio adequado. Um ramo da geometria cujos estudos foram iniciados pelos gregos e ampliados pelos matemáticos do mundo muçulmano foi o método de cálculos que empregava as relações entre os lados dos triângulos e os ângulos compreendidos entre eles, que é a técnica hoje chamada de trigonometria. Sua evolução durante o século XV deveu-se principalmente a Georg Peuerbach e Johann Muller (Regiomontanus). Peuerbach nasceu na cidade do mesmo nome, na Áustria, e, 1423, e morreu em Viena, em 1461, mas em sua vida curta deixou sua marca na trigonometria e na astronomia. Nada se sabe sobre os primeiros anos de sua vida, embora seja certo que ele frequentou a Universidade de Viena e, em algum período entre 1448 e 1453, viajou pela Alemanha, França e Itália; pode ter-se encontrado com o filósofo e astrônomo Nicolau de Cusa durante estada em Roma. Em 1456, tornou-se astrólogo da corte do rei húngaro Ladislau V e, com a morte deste, astrólogo da corte do sacro imperador romano germânico. O cargo de astrólogo não lhe ocupava mais o tempo, e ele fazia conferências sobre o humanismo na universidade; Regiomontanus era seu aluno. Mais tarde discutiremos a astronomia de Peuerbach; por enquanto basta dizer que ele deu impulso à trigonometria escrevendo um pequeno livro que explicava o modo de calcular senos e cordas de ângulos. Esse trabalho aparecia mais tarde impresso juntamente com tabelas de senos calculadas por Regiomontanus, e uma tabela adicional que fornecia os senos de pequenas frações de ângulos (minutos de arco). Tabelas semelhantes, mais precisas, foram preparadas no século seguinte por Georgvon Lauche (Rheticus). Entretanto, só foram completadas postumamente, em 1596, sob a direção de um aluno, Valentine Otho. Uma edição revista saiu em Frank-furt,em 1613, organizada por Bartholomeu Pitiscus, a quem devemos a criação da palavra “trigonometria”. A preparação e a publicação de todas essas tabelas podem parecer bastante prosaicas para nós, hoje em dia, mas não só envolvem realmente uma imensa quantidade de trabalho diligente, bem como sua ampla disponibilidade em edições impressas do século XVI serviu para promover o uso de métodos trigonométricos, de tão grande significado para o progresso da astronomia, seu principal campo de aplicação. Este módulo deverá ser utilizado apenas como base para estudos. Os créditos da autoria dos conteúdos aqui apresentados são dados aos seus respectivos autores. 31 O outro campo da matemática que registrou considerável progresso foi a álgebra. A divulgação de trabalhos matemáticos realizados por árabes estimulou também o desenvolvimento dessa ciência, e em 1202, Leonardo Fibonacci, de Pisa (também conhecido como Leonardo Pisa), escreveu o primeiro tratado sobre o assunto o Líber abaci (“Livro do cálculo”). Nele há uma longa seção sobre álgebra é métodos algébricos, e o livro apresentou os algarismos indo-arábicos, inclusive o zero, aos leitores ocidentais. Fibonacci, lembrado hoje pelos números de Fibonacci (sequência obtida pela soma de cada número ao seu predecessor, assim: 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21...), também escreveu uma Geometria prática, que se tornou um texto padrão, mas depois de sua época houve um progresso surpreendente pequeno. Somente no século XV é que se deu o próximo passo substancial. Em 1484, Nicolas Chuquet produziu sua ciência dos números em três partes, que continha o germe dos logaritmos, uma experiência muito clara das equações e sua incógnita e um reconhecimento não só das raízes negativas como das positivas. Mas o livro nunca foi publicado, e sua influência pode ser considerada praticamente nula. O matemático desse período que realmente estimulou seus contemporâneos foi Luca Pacioli tornou-se frade franciscano e viajou pela Itália, ensinando matemática; voltou para sua cidade natal coma idade de 45 anos e, em 1494, completou sua Smma de arithmetica, geometria, proportioni et proportionalità, impressa em Veneza sob sua supervisão. Não foi um livro original nem um trabalho abrangente, tomando de empréstimo, como Pacioli prontamente reconheceu, material de Euclides a Fibonaci, mas foi muito difundido e estudado minuciosamente
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