Sadržaj:
1. Uvod
2. Kratko o Leonardu
3. Matematika i matematičari Leonardova doba
4. Leonardova matematika prije susreta s Paciolijem
5. Leonardova matematika poslije susreta s Paciolijem
Literatura
1. Uvod
Ovaj članak posvećen je matematici i matematičarima
Leonardova vremena i interesu koje je genij Da Vinci
pokazao za ovu disciplinu, koja je tijekom 15. i 16. stoljeća
proživljavala važno razdoblje vlastite povijesti.
Matematika prisutna u Leonardovim spisima, zvanim
kodeksima, razlikuje dva
perioda: period prije i period poslije susreta s Lucom Paciolijem.
Što se tiče posljedne faze, u njoj se bavi
istraživanjima vezanima za konstrukcije ravnalom i šestarom,
kvadraturu kruga i upotrebu metode "pogrešne pozicije".
Važno mjesto zaslužuju i poliedri realizirani na temelju
Paciolijeva Božanskog omjera te poneka učenja
vezana za popločavanja ravnine.
Kroz Leonardov um pokušat ćemo pružiti
drukčiju perspektivu, pozivajući vas da istražujete
genijev način razmišljanja i njegovu jedinstvenu
koncepciju znanja kroz trud asimilacije, preko jakih teorijskih
sinteza i inventivnih eksperimenata te kroz zakone koji vladaju
između ljudi i prirode.
Ovakav pristup omogućuje drukčiju sliku, onu koja
rješava misterij u koji je Leonardov mit često bio
prekiven plaštom: um tvrdoglavo pokušava odgonetnuti
racionalne procese koji pokreću fenomene fizičkog svijeta
kao i tijek misli, vođen željom postizanja idealne imitacije
prirode u crtežima i slikama.
Neki smatraju da Leonardo nije imao ispravnu metodologiju u
pristupu znanosti. No, imajmo na umu da je umro 45 godina prije
rođenja Galilea Galileija te da je njegov svjež pristup
obogatio kulturu i umjetnost svojega vremena.
2. Kratko o Leonardu
Leonardo da Vinci
(15. travnja 1452. - 2. svibnja 1519.)
bio je talijanski slikar, arhitekt, izumitelj, glazbenik, kipar,
pripovjedač, matematičar i inženjer.
Ukratko - najveći genij renesanse, čovjek koji
utjelovljuje renesansni ideal svestrana čovjeka,
višestruko nadarena čovjeka neutažive znatiželje i
žudnje za novim spoznajama. Samo jednostavno nabrajanje
njegovih neumjetničkih interesa graniči s neshvatljivim:
anatomija, botanika, kartografija, geologija, matematika,
aeronautika, optika, mehanika, astronomija, hidraulika, akustika,
niskogradnja, tehnika proizvodnje oružja, planiranje gradova...
Njegova djela
Posljednja
večera (1495. - 1497.) i
Mona Lisa
(1503. - 1506.) spadaju među najpopularnije i
najutjecajnije slike renesanse, dok njegovi spisi odražavaju
duh znanstvenog istraživanja i mehaničke inventivnosti
koja je bila stoljećima ispred svojega vremena.
Umjetnik po dispoziciji, otkrio je da su mu oči bile
glavni put do znanja; za Leonarda vid je bio čovjekov
najviši organ čula zato jer vid sam pretvara činjenice
u iskustva odmah, korektno i sa sigurnošću. To znači da
svaki fenomen koji je promatran postaje objekt znanja. Saper
vedere (znati kako vidjeti) postaje glavna tema njegovih
proučavanja čovjekovih djela i kreacija prirode. Njegova
kreativnost sezala je u svako područje u kojem se koristilo
grafičko predstavljanje: bio je slikar, kipar, arhitekt i
inženjer. Ali on je išao i iznad svega toga. Njegov
veličanstven intelekt, neuobičajena snaga
opservacije te majstorstvo umjetnosti crtanja vodili su ga
u promatranje same prirode, koju je proučavao s
metodičnošću i ubacujući logiku - u čemu su
njegova umjetnost i znanost bile jednako zastupljene.
Leonardov učinak je sažetak tog izvanrednog perioda
ljudske povijesti poznatog kao talijanska renesansa, perioda
velikih kulturnih prednosti i velikih projekata. Leonardova djela
odraz su ljudi toga doba, onoga što su
osjećali i činili, strojeva koje su gradili kako bi
mogli graditi crkve, palače, dvorce; strojeve za vođenje
rata, za rad, za proizvodnju i trgovinu svih onih roba čija
je dostupnost bila od vrlo velike važnosti za vladare i
njihove dvorove. No, još važnije, Leonardovi
izumi svjedoče o tome tko i što je on bio - čovjek koji je
bio oblikovan najomiljenijim i najstimulativnijim gradom toga
doba, Firencom, potican na osnovi svog vlastitog
uzorka istraživanja i skiciranja ideja i planova te
koncentriran na više različitih sektora, rangiranih od
hidraulike do mehanike, letenja, anatomije i optike...
Trebamo samo pogledati neke od najinteresantnijih ideja
sadržanih u više od 5000 stranica Leonardovih zapisa kako bismo
shvatili veličinu njegovih misli.
Unatoč činjenici da je bio bez formalnog obrazovanja, Leonardo je tijekom
godina sakupio zavidnu
biblioteku koja je obuhvaćala tekstove o filozofiji prirode, literarna djela
te ona posvećena
tehnici i umjetnosti. S autorima ovih tekstova Leonardo se aktivno upuštao u polemičke dijaloge,
podvrgavajući čak i već priznate doktrine strogo racionalnom zaključivanju i iskustvenim dokazima.
Broj i raznovrsnost knjiga u njegovoj biblioteci odražavaju znatiželju njegova uma koji se
okušao u svim mogućim smjerovima istraživanja. Upotpunjen knjigama, Leonardov radni stol bio je
mjesto gdje je probleme kojima se bavio zapisivao riječima, upotpunjenima skicama i crtežima, te
eksperimentima provedenima ručno ili uz pomoć sofisticiranih instrumenata.
Leonardo je sva svoja istraživanja zapisivao na listove papira, takozvane
kodekse.
Riječ je o 5000 stranica karakterističnog Leonardova rukopisa, pisanog zrcalno i
zdesna ulijevo, na koje je
zapisivao sve čime se bavio. Često su se na istom listu papira tako našli matematički proračuni,
tehnički izumi, ali i umjetničke skice i studije.
Poslije smrti njegova odana učenika Francesca Melzija (1493. - 1570.),
kipar Pompeo Leoni (1533. - 1608.) taj je materijal grupirao tematski,
izrezujući i spajajući pojedine dijelove srodnog sadržaja.
Tako preuređeni, Leonardovi najvažniji znanstveni i inovatorski rukopisi
danas su dostupni
podijeljeni u deset svezaka:
- kodeks Atlanticus (nastao 1478. - 1518., čuva se u Milanu, Biblioteca Ambrosiana),
- kodeks Arundel (nastao 1478. - 1518., pohranjen u Londonu, British Library),
- kodeks Windsor (nastao 1478. - 1518., pohranjen u dvorcu Windsor, Royal Collection),
- kodeks Trivulzianus (nastao 1487. - 1490., čuva se u Milanu, Biblioteca Trivulziana
u dvorcu Sforzesco),
- kodeks Ashburnham (nastao 1489. - 1492., pohranjen u Parizu, L'Institute de France),
- Madridski kodeksi (nastali 1490. - 1505., pohranjeni u Madridu,
Biblioteca Nacional de España),
- kodeksi Francuskog instituta (nastali 1492. - 1516., čuvaju se u Parizu,
L'Institute de France),
- kodeks Forster (nastao 1493. - 1505., pohranjeni u Londonu, Victoria and Albert Museum),
- kodeks Leicester (nastao 1504. - 1506., godine 1994. kupio ih
je Bill Gates; prikazuje se na izložbama u gradovima širom svijeta),
- kodeks o letu ptica (nastao 1505., čuva se u Torinu, Biblioteca Reale).
S matematičkog gledišta, najzanimljiviji kodeksi su Atlanticus, Arundel,
Forster, kodeksi Francuskog instituta i Madridski kodeksi.
Kodeks Atlanticus izložen je u zagrebačkom
Muzeju za umjetnost i obrt od
6.12.2006. do 25.2.2007.
Leonardo je dospio u 21. stoljeće zahvaljujući svojoj
modernosti, svojoj hrabrosti da se uputi na nesigurna
područja, pogotovo na području prirodnih znanosti,
zahvaljujući neustrašivom pogledu u bućnost i neprestanom
trudu da uvijek bude korak ispred svoga doba.
3. Matematika i matematičari Leonardova doba
U ovom članku prije svega nas zanima "matematička strana" Leonardova genija.
Želimo otkriti što je Leonardo znao o matematici i kakav je bio matematičar.
Kako bi slika bila potpuna, najprije ćemo upoznati najvažnije matematičare njegova doba
i reći nekoliko riječi o matematičkim problemima koji su zaokupljali njihove misli.
Slično kao danas, i u doba talijanske renesanse matematičari su se bavili problemima algebre,
aritmetike i geometrije. Algebra je u Leonardovo vrijeme smatrana uzvišenom,
štoviše, teškom
matematikom, a algebarski problemi kojima su se bavili tadašnji matematičari
vezani su za rješavanje jednadžba trećeg i četvrtog stupnja. Raspravama i
napretku teorije
jednadžba i algebre najviše su pridonijeli sljedeći Leonardovi suvremenici:
Algebarska notacija koja se upotrebljavala u drugoj polovici 15.
stoljeća dosta se razlikuje od
današnje. Zanimljivo je istaknuti da su osnovni algebarski
simboli kojima se danas uobičajeno koristimo
stvoreni tek nekoliko desetljeća nakon Leonardove smrti,
zahvaljujući
Françoisu Vièteu (1540. - 1603.) i
Renéu Descartesu (1596. - 1650.).
Način matematičkog zapisivanja u 15. je stoljeću prolazio
transformaciju od verbalne algebre, u kojoj su algebarski izrazi bili izraženi pomoću
riječi, do sinkopirane algebre, u kojoj su se pojedini termini, npr. pojedine komponente
jednadžbe, izražavali pomoću kratica. Čak je i napredni matematičar Girolamo Cardano još uvijek
upotrebljavao opisni, a ne simbolički zapis:
Qdratu aeqtur 4 rebus p:32
što bismo danas pisali kao
x2 = 4x + 32.
U geometriji se u Leonardovo vrijeme proučavala geometrija ravnine i prostora
te tada novootkrivena
perspektiva. Analitička geometrija, unatoč pionirskim pokušajima Nicole d'Oresme, u to se doba još
nije razvila i čekala je kreativnost Descartesa i
Pierra de Fermata.
Dvije za to vrijeme
temeljne knjige u kojima možemo pronaći geometrijska istraživanja su starogrčki Euklidovi
Elementi te
Ottica (Optika),
iznimno važna zbog svoje bitne povezanosti s perspektivom.
Aritmetika koja se proučavala u Leonardovo vrijeme bila je vrlo elementarna, o čemu svjedoči i
podatak da je prva tiskana matematička knjiga
L'arte dell'abaco
objavljena tek nešto
prije Leonardova doba, 1478. u Trevisu u Italiji.
Slika 1. Tablica iz Summe Luce Paciolija.
Knjiga, čiji je autor ostao nepoznat, bavi se evolucijom matematičkog znanja
na zapadu. U njoj se upotrebljavaju arapski brojevi
i proučavaju četiri osnovne aritmetičke operacije, što je potkrijepljeno brojnim primjerima i
različitim tehnikama zapisa. U knjizi se pojavljuju i razlomci, no ne i decimalni brojevi,
koji će svjetlo dana u matematici ugledati tek stotinjak godina kasnije.
L'arte dell'abaco
donosi i brojne definicije osnovnih matematičkih pojmova i operacija. U donjoj tablici nalazi se
pregled svih autorovih saznanja o računskim operacijama.
OPERACIJA |
POTREBNI BROJEVI |
UVJETI |
zbrajanje |
Potrebna su barem dva pribrojnika. |
Preporuča se da je prvi pribrojnik veći od drugoga, a uočava se i da vrijedi svojstvo komutativnosti. |
oduzimanje |
Potrebna su dva člana, umanjenik i umanjitelj. |
Umanjenik ne smije biti manji od umanjenika. |
množenje |
Potrebna su barem dva faktora. |
Preporuča se da je prvi faktor veći od drugoga i prepoznaje se svojstvo komutativnosti. |
dijeljenje |
Potrebna su tri člana: djeljenik, djelitelj i količnik. |
Djeljenik ne smije biti manji od djelitelja. |
Mnogo je matematičara 15. i 16. stoljeća koji su utjecali na Leonardov rad, a s nekima od njih imao je prilike i komunicirati.
Pouzdano se zna da je kontaktirao s Pietrom Montijem, Giacomom Andreom da Ferrarom, dvojicom braće
medicinara Marliani, te s Benedettom Aritmeticom dell'Abbacom. No, od svih je matematičara najveći
utjecaj na Leonardov rad ipak imao
Luca Pacioli
(1445. - 1517.),
putujući učitelj matematike koji je 1497. godine prihvatio poziv Ludovica Sforze da dođe raditi
u Milano. Tamo je, među ostalima, matematici poučavao i Leonarda. Period boravka u Milanu bogat
je matematičkim postignućima našega genija. O njima, kao i o presudnom utjecaju Luce Paciolija na
Leonardovo poimanje matematike, više ćemo reći u idućim poglavljima.
4. Leonardova matematika prije susreta s Paciolijem
S obzirom na njegovu matematiku, u Leonardovu životu odvajamo dva razdoblja - prije i poslije
susreta s Lucom Paciolijem. Vidjet ćemo i zašto.
Razlomci i aritmetika
Na temelju Leonardovih bilješki vidimo da nije znao baratati s
razlomcima. U kodeksu Atlanticus Leonardo
piše ovako:
U svojem se radu koristio mješovitim brojevima, koje je znao pretvoriti u
obične razlomke, no nije ih znao zbrojiti. Npr. zapisao je sljedeće:
1 |
1 |
+ 1 |
1 |
+ 1 |
1 |
= |
13 |
+ |
7 |
+ |
3 |
= |
216 |
. |
12 |
6 |
2 |
12 |
6 |
2 |
78 |
Rezultat je očito kriv i trebao bi biti jednak
45/12, što je jednako 15/4. Iz svega ovoga
zaključujemo da Leonardo nije prepoznao broj 12 kao nazivnik, te
je čudno kako je uopće dobio broj 78.
Još jedan primjer je Leonardovo skraćivanje razlomka
270/360, što je danas vještina koja se očekuje
od osnovnoškolaca. Leonardo je, doduše, dobio ispravan rezultat, 3/4, no
više zbog svoje intuicije i analogije nego zbog svog znanja matematike.
Velikih problema imao je i s dijeljenjem razlomaka jer nije
prihvaćao zakone vezane za njih. Preciznije, nije mogao shvatiti
kako dijeleći 2/3 sa 3/4 može dobiti
8/9, što je veći broj od 2/3.
Njegovo zaključivanje bilo je ovakvo: ako dijeleći A
sa B dobivamo C, onda C mora biti manji od A.
Naravno, Leonardov koncept dijeljenja nije sasvim pogrešan, budući da vrijedi pri dijeljenju
prirodnih brojeva, no problem je nastao kada ga je nekritički pokušao generalizirati,
tj. primijeniti na racionalne brojeve, gdje
ne vrijedi.
Tada je izmislio drugi način dijeljenja
razlomaka koji, nažalost, također nije korektan. Htio je pomnožiti
2/2 sa samim sobom. Što je
pritom dobio? Rezultat je u najmanju ruku začuđujući:
iz čega je zaključio da je √2 = 2/2.
Generalizirajući ovaj rezultat, tvrdio je da vrijedi
√3 = 3/3,
√4 = 4/4...
Iz svega navedenoga jasno se vidi da je Leonardo imao
ozbiljnih teškoća u savladavanju računskih operacija, omjera i osnovnih
artimetičkih tehnika.
Geometrija
Leonardova saznanja o geometriji vidimo iz Madridskih kodeksa, koji se sastoje od
dva dijela te iz kodeksa Forster. Tako možemo uočiti da su ga jako zanimale konstrukcije pravilnih
mnogokuta pomoću ravnala i šestara, pri čemu je opseg mnogokuta dijelio na 3, 4, 5, 6, 7, 8, pa sve do 48
sukladnih dijelova. Leonardo je dao i dvije konstrukcije pravilnog peterokuta.
Naravno, mnoge od njegovih konstrukcija samo su približne. Suočio se i s problemom konstrukcije
kvadrata ako je dan kao suma dvaju kvadrata, dajući
pritom samo približnu proceduru. Rijetko je davao objašnjenja svojih konstrukcija, pa izgleda da
su proizlazile same od sebe.
Leonardo raspravlja i o nejednakosti trokuta, vrijednosti zbroja veličina unutarnjih kutova
trokuta te jednakosti vanjskog kuta trokuta i zbroja njemu nasuprotnih unutarnjih.
Zanimljivo je da je ta, nama danas elementarna pitanja, genije savladavao tek u dobi od 44 godine.
Slika 2. Leonardove skice koje prikazuju konstrukciju elipse, parabole
i cikloide.
5. Leonardova matematika poslije susreta s Paciolijem
Bez formalnog obrazovanja i uz to još disleksičan, Leonardo nije bio u stanju čitati tekstove
na latinskom i grčkom, što mu je još više odmoglo u savladavanju tadašnje matematičke kulture.
Međutim, 1493. godine u Urbinu i 1494. godine u Veneciji napokon izlazi
enciklopedija Luce Paciolija
Summa de arithmetica, geometrica, proportioni et proportionalita.
Tu je knjigu Leonardo odmah kupio i proučio. Tada ga je najviše
fascinirao problem kvadrature kruga te teorija lunula. Susret Leonarda i Luce Paciolija dogodio
se 1496. godine u Milanu. Tada je započelo i njihovo "matematičko" prijateljstvo.
Slika 3. Slika Luce Paciolija koja se čuva u muzeju Capodimonte
u Napulju.
Proporcije
Već od antičkih vremena kipari i slikari tajnu "lijepe estetike" željeli su objasniti uz pomoć
matematičkih odnosa. U tome je prednjačio starorimski arhitekt Vitruvije
iz čijeg je univerzalnog djela
O arhitekturi
Leonardo učio o proporcijama ljudskog tijela. Čitajući Vitruvijevo djelo
otkrivamo sljedeće proporcije:
- dlan je širine 4 prsta,
- stopalo je širine 4 dlana,
- lakat je širine 6 dlanova,
- visina muškarca je 4 lakta (odnosno 24 dlana),
- korak je 4 lakta,
- duljina raširenih muških ruku jednaka je njegovoj visini,
- udaljenost od linije kose do brade je 1/10 visine muškarca,
- udaljenost od vrha galve do brade je 1/8 visine mušarca,
- maksimalna širina ramena je 1/4 visine muškarca,
- udaljenost od lakta do vrška ruke je 1/5 visine muškarca,
- udaljenost od lakta do pazušja je 1/8 visine muškarca,
- duljina ruke je 1/10 visine muškarca,
- udaljenost od brade do nosa je 1/3 duljine glave,
- udaljenost od linije kose do obrva je 1/3 duljine lica,
- duljina uha je 1/3 duljine lica.
Kao rezultat, 1492. godine nastao je poznati Leonardov crtež
Vitruvijev čovjek,
upotpunjen bilješkama. Na njemu je zorno prikazan lik golog muškarca s ispruženim rukama u dvije
pozicije, upisan istodobno u krug i kvadrat. Crtež i tekst ponekad se zovu zakon
proporcija ili, rjeđe, proporcije čovjeka.
Ovj crtež pruža savršen primjer Leonardova interesa za problematiku proporcija, a
prezentira i temelj Leonardovih pokušaja povezivanja čovjeka i prirode.
To je bila znanstvena analiza koja je imala kozmološki značaj (povezanost čovjeka
i svemira) i umjetnički značaj (pravilna reprezentacija
ljudskog tijela i stvaranje arhitekture temeljene na proporcijama
ljudskog tijela). Neki znanstvenici vjeruju da kvadrat na Leonardovu crtežu simbolizira
materijalnu egzistenciju, a krug duhovnu.
Leonardo svojim crtežom očito ilustrira Vitruvijevo djelo
O arhitekturi koje objašjava:
"Pupak je prirodno smješten u centar ljudskog tijela, i
ako muškarac leži licem okrenutim frontalno, a ruke i
noge raširene, od pupka kao centar, upisan u krug, ono
dodiruje njegove prste ruku i nogu. No, nije samo da je ljudsko
tijelo opisano krugom, što se može vidjeti
smještajući ga u kvadrat. Za mjerenje od stopala do vrha
glave, a zatim preko raširenih ruku, vidimo da su te dvije
duljine jednake; pa linije u pravim kutovima jedno od drugoga,
okružujući tijelo, tvore kvadrat."
Slika 4. Leonardo da Vinci, Vitruvijev čovjek.
Naravno, ne postoji univerzalni skup proporcija ljudskog tijela.
Antropologija je stvorena s ciljem opisivanja tih individualnih
varijacija. Vitruvijeva mjerenja mogu biti interpretirana kao
prosječne proporcije ili možda kao opis idealne ljudske
forme. Vitruvije prolazi kroz teškoće u matematičkom
preciziranju definicije u značenju pupka kao centra tijela, a
različite definicije vode do drukčijih rezultata;
npr. centar ljudskog tijela ovisi o poziciji krajeva i u
stajaćem stavu je najčešće 10 cm niže od pupka,
blizu vrha kostiju bokova.
Primijetimo da Leonardov crtež kombinira Vitruvijeva saznanja s
vlastitom opservacijom tadašnjeg ljudskog tijela. Pri crtanju
ispravno primjećuje da kvadrat nema isti centar kao krug, pupak,
ali je negdje niže u anatomiji ljudskog tijela. Ova prilagodba
inovativan je dio Leonardova crteža i ono što ga
razlikuje od ranijih ilustracija. On se također razlikuje od
Vitruvijeva crteža crtajući ruke podignute u poziciji u
kojoj su vršci prstiju u razini s vrhom glave, dok su kod
Vitruvija mnogo više, pri čemu ruke tvore linije koje
prolaze kroz pupak.
Ovaj crtež često se upotrebljava kao simbol
esencijalne simetrije ljudskog tijela i po ekstenziji, i svemira u
cjelini.
Leonardov Vitruvijev čovjek ostaje do dana današenjeg jedan
od najspominjanijih i najreproduciranijih crteža u svijetu.
Proporcije ljudskog tijela, kao što je predložio sam
Vitruvije, inspirirale su brojne umjetnike u vlastitim verzijama
prikaza Vitruvijeva čovjeka. Jedan takav prikaz
nalazimo i na kovanici od 1 eura.
Slika 5. Vitruvijev čovjek na talijanskoj kovanici
od jednog eura.
Mnogi geometrijski crteži i osvrti u različtim
kodeksima imaju za temu zlatni rez. Međutim, često je
račun koji ide uz njih bio neispravan. Za primjer ćemo
uzeti problem iz Kodeksa Francuskog instituta u kojem
se, kao što je već napomenuto, bavio geometrijom. Leonardo
je želio podijeliti segment duljine 12 u omjeru zlatnog reza
koristeći se pritom propozicijom iz Euklidovih Elemenata.
Pronalazi mjere 4 i 8, aproksimirajući na pogrešan
način; precizniji račun daje 4.5835921 i 7.4164079.
Točne vrijednosti su iracionalni brojevi o kojima Leonardo
nije mogao znati.
Konstrukcije šestarom i ravnalom
Druga Leonardova omiljena tema spada među klasične
probleme geometrije. Stari Grci geometriju su
tretirali ravnalom i šestarom; ako je bio postavljen
neki konstruktivni problem, njegovo se rješenje tražilo
upotrebom samo ravnala i šestara. Zbog toga je došlo do
problema pri duplikaciji kocke,
kvadraturi kruga i
trisekciji
kuta. Tek u 19. stoljeću matematičari su dokazali da se ti problemi
ne mogu riješiti samo ravnalom i šestarom.
Leonardo se u Atlantskom kodeksu pozabavio problemom
duplikacije kocke. Problem je vezan uz legendu
u kojoj je Delijsko proročište postavilo zahtjev da se
oltar u obliku kocke zamijeni drugim, dvostruko većeg obujma. To
znači, ako prvobitni oltar ima bridove duljine a, traženi
oltar će imati bridove
b = ³√2 a.
Već iz ovoga
možemo naslutiti da će Leonardovo rješenje ovoga
problema biti aproksimativno. Zašto?
Od Pitagorina vremena znalo se da √2
nije racionalan broj. Stoga su
matematičari i arhitekti pokušavali naći racionalne
brojeve koji će najbolje aproksimirati
broj √2. Već
spomenuti Leon Battista Alberti predlagao je da se
broj √2
aproksimira sa 7/5. Broj
³√2
nije samo iracionalan, on čak nije niti konstruktibilan ravnalom i
šestarom.
No, vratimo se Leonardu. U već spomenutom kodeksu dao je
"rješenje" problema duplikacije kocke za kocku duljine stranice
4 (dakle volumena 64) i kocku duljine stranice 5 (dakle volumena
125), ustvrđujući da je drugi volumen dvostruko veći od
početnog. Danas uz pomoć kalkulatora lako izračunamo
duljinu stranice kocke volumena 128, približno
jednaku 5.039. S empirijskog
gledišta, pogreška je mala i Leonardovo rješenje je prihvatljivo.
Bez imalo sumnje,
Leonardo je bio majstor aproksimacija kojima je posvetio mnogo
pažnje.
Jedna od najtrajnijih strasti kojoj je Leonardo posvetio mnogo
pozornosti i stranica raznih kodeksa je pitanje kvadrature ravninskih
figura omeđenih krivuljama. Pod terminom kvadrature smatra se konstrukcija
kvadrata površine jednake površini zadane figure. Ako je
pritom riječ o poligonalnoj figuri, problem je lako rješiv.
Stvari se počinju komplicirati ako je riječ o
figuri omeđenoj krivuljama, što je već poznato iz problema kvadrature kruga.
Često iz Leonardovih riječi
možemo shvatiti da mu problem nije u potpunosti bio jasan.
Poznata je 455. stranica Atlantskog kodeksa koja sadrži
oko 180 zadataka preoblikovanja figura unutar kojih upisuje
kvadrat u krug dobivajući pritom kružne segmente. U rješavanju
problema kvadrature možemo zamijeniti jednu figuru drugom, no
pritom njihove površine moraju ostati iste.
U Leonardovim rješenjima više
je došla do izažaja njegova slikarska mašta
nego matematička kompetencija.
Slika 6. Leonardo da Vinci, kodeks Atlanticus.
Mnogo pažnje posvetio je i pitanjima vezanima za volumen;
podjela piramide na sukladne dijelove, transformacija dodekaedra u
kocku jednakog volumena, transforamcija piramide u drugu istoga
volumena itd. Kako je izveo kvadraturu dodekaedra? Leonardo je,
kako bi izračunao njegov volumen, podijelio poliedar na 12
piramida s peterokutnom bazom, od kojih je svaku nadalje podijelio
na 5 piramida trokutaste baze. Svaka od dobivenih piramida
zatim je transformirana u paralelopiped, čiji volumen
pomnožen sa 60 tvori drugi paralelopiped koji je transfomiran
u kocku istog volumena kao dodekaedar.
Slika 7. Leonardo da Vinci, kodeks Forster.
Lunule i kvadratura kruga
Hipokrat
s Khiosa
(5. stoljeće prije Krista), možda Pitagorejac, bio je jedan od
najpoznatijih geometara tog doba. Riješio je problemom kvadrature
nekoliko likova u obliku polumjeseca, zvanih
lunule. Uzmimo kao
primjer jednakokračan trokut
ABC s bazom BC i nasuprotnim vrhom A,
upisanog u polukružnicu promjera BC.
Ako konstruiramo izvan trokuta polukružnicu promjera AB,
tada je lunula dio omeđen njom i prvom nacrtanom
polukružnicom. Hipokrat je pokazao da je površina te lunule
jednaka polovici površine promatranog trokuta te je na taj način
realizirao kvadratru uz pomoć ravnala i šestara.
Slika 8. Lunula.
Dakle, na temelju svih znanja koja je primio od Paciolija,
Leonardo se napokon počeo baviti matematičkim problemima
određene važnosti. Nije na odmet reći da je
Leone Battista Alberti napisao djelo O
kvadraturi lunule, koje je Leonardo očito čitao.
Možda san o kvadraturi kruga, koji je
Leonarda pratio tijekom života, upravo nalazi svoje
začetke u tom djelu.
Problem kvadrature kruga vuče korijene iz antičkih vremena.
Grci su već od Platonova
vremena znali aproksimirati površinu kruga na različite načine,
ali nije im uspijevalo pomoć ravnala
i šestara konstruirati kvadrat jednake površine. Tek je
1882. godine Carl Louis Ferdinand von Lindemann (1852. - 1939.)
dokazao da je to nemoguće. On je pokazao da je π
transcendentan broj, a pomoću ravnala i šestara mogu se
konstruirati samo segmenti čija je duljina racionalan broj i neki
algebarski iracionalni brojevi.
Leonardo, oduševljen kvadraturom lunula i zanesen snom Leonea
Battiste, smatrao se sposobnim rješiti problem
kvadrature kruga.
U mnogim prilikama objavio je da je riješio
taj problem, no pritom nigdje nije dao rješenje i
konstrukciju. Očito se radilo o približnim
rezultatima, dakle aproksimacijama.
Arhimed,
čija su djela u to vrijeme bila
prevedena i došla u Leonardove ruke, izračunao je
približnu vrijednost broja π konstruiravši pravilne
poligone s 96 strana, upisane i opisane danoj kružnici. Isto
je napravio i Leonardo.
Poliedri i popločavanja ravnine
Leonardo je nacrtao brojne slike poliedara za rukom pisano izdanje
Božanskog
omjera Luce Paciolija.
Pacioli ju je potom darovao Giangaleazzu Sanseverinu i danas se čuva u
biblioteci Ambrosiana u Milanu.
Slika 9. Leonardovi i Paciolijevi dodekaedri.
Leonardovo ime matematičari često spominju vezano uz
popločavanja ravnine. Pojednostavljeno rečeno, riječ je
o problemu prekrivanja ravnine zadanim figurama bez
preklapanja i rupa.
Ravninu je moguće popločati jednakostraničnim trokutima,
kvadratima i pravilnim šesterokutima.
Slika 10. Pravilna popločavanja ravnine.
Više o pravilnim popločavanjima ravnine možete pročitati u
članku [KR].
Problem postaje zanimljivijim kada se pravilne
pločice zamijene drugim likovima, poligonalnima ili ne.
Na brojnim stranicama unutar Atlantskog kodeksa Leonardo crta
različita popločavanja ravnine pločicama koje nisu
pravilni poligoni. No, imajmo na umu da je ipak riječ samo o
crtežima uz koje su bili razni komentari, ali ne i
teorijske rasprave.
Literatura
[BA] |
G.T. Bagni i B. D'Amore,
Leonardo e la Matematica, Giunti, Milano, 2006. |
[IS] |
Istituto e museo di storia della scienza, The mind of Leonardo.
http://brunelleschi.imss.fi.it/menteleonardo |
[KR] |
K. Krulić, Popločavanja ravnine, Math.e 7 (2006).
http://web.math.hr/mathe/poplocavanja |
[KU] |
A. Kuzle, Leonardov um, seminarski rad, PMF-Matematički odjel,
Zagreb, 2006. Voditeljica rada: doc.dr.sc. A. Čižmešija. |
[MT] |
The MacTutor History of Mathematics archive.
http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk |
[MU] |
Museo nazionale della scienza e della tecnologia, Leonardo da Vinci.
http://www.museoscienza.org/Leonardo |
[RI] |
E. di Rienzo, La divina proportione.
http://www.matematicamente.it/storia/divina_proporzione.htm |
[WE] |
E.W. Weisstein, MathWorld.
http://mathworld.wolfram.com |
[WI] |
Wikipedia: The Free Encyclopedia.
http://www.wikipedia.org |
Sadržaj:
1. Uvod
2. Kratko o Leonardu
3. Matematika i matematičari Leonardova doba
4. Leonardova matematika prije susreta s Paciolijem
5. Leonardova matematika poslije susreta s Paciolijem
Literatura
|