Volltext anzeigen5 Seiten
Seite 1
Im PDF ansehen(öffnet in einem neuen Fenster)_ Leo Amman
‘xe
Oudst bekende wiskunde veel minder abstract
Over de ontdekking van de
stelling van Pythagoras
In de rubriek, waarin we onze| 5
zers zelf aan het woord laten,
schrijft Leo Amman, die zich
veel met problemen van landmeting heeft beziggehouden, over
de ontdekking van de stelling
van Pythagoras (a + b° = c°).
Hij gaat er van uit, dat een aantal
klassieke wiskundige verhoudingen (zoals de gulden snede,
het getal 1, de stelling van Pythagoras) niet op inwijdingsmysterién berusten, maar door toeval
ontdekt zijn (bv. aan mozaiekvloeren) en langs inductieve weg
veralgemeend zijn, lang voordat
er een deductief wiskundig bewijs voor gevonden was.
In het kader der symbool-interpretatie gaat het hier om een zeer
belangrijk en belangwekkend inzicht. Vandaar dat we hem graag
plaatsruimte verlenen en een volgende keer ook een bijdrage over
de maat der pyramiden zullen
plaatsen, waarin het nuchter verstand het opneemt tegen de vage
mythevorming.
Min
praue
tal Lane)
y
ledereen die de mening is toegedaan dat de
wiskunde in zijn geheel weinig of niet aantrekkelijk is, zal zijn houding niet zozeer
trachten te rechtvaardigen door af te geven
op de inhoud van de wiskundige beweringen
die hij heeft moeten leren, maar veel meer
door te wijzen op de voor zijn gevoel gekunstelde manier waarop deze stellingen bewezen worden.
Maar, ook al is het inderdaad waar dat de
moderne wiskundige bewijsmethoden niet
zelden erg abstract zijn, hieruit mag niet de
conclusie getrokken worden dat deze bewijsmethoden
alleen
maar
berusten
op
kunstgrepen.
Het zal duidelijk zijn, dat, naarmate de
wetenschap vorderingen maakt, allerlei
nieuwe onderzoekingsmethoden hun intrede doen in de wereld van het reeds bekende.
In verband hiermee is het begrijpelijk dat de
belangstellende leek, in tegenstelling tot de
ingewijde, de nieuwe wetenschappelijke methoden minder geestdriftig zal ontvangen.
Men moet echter wel bedenken dat vrijwel
alle bewijsmethoden die op onze scholen in
gebruik zijn, reeds vele honderden jaren oud
en dus allerminst modern zijn.
De ”gekunstelde” bewijsmethoden uit de
wiskunde') zijn, voor zover bekend, voornamelijk ontstaan in het oude Griekenland,
enkele eeuwen vöör het begin van onze
jaartelling.
Van de aard en de omvang van de wiskunde
in nog vroegere tijden is betrekkelijk weinig
bekend, hoewel, vooral in de twintigste
eeuw, wel is komen vast te staan dat de oudst
bekende wiskunde veel minder abstract en
gekunsteld was dan de Griekse. Van de
Griekse wiskunde kan men zeggen dat ze
axiomatisch van aard was, terwijl dit van de
1) De hogere wiskunde wordt buiten beschouwing gelaten.
Seite 2
Im PDF ansehen(öffnet in einem neuen Fenster)oudere wiskunde beslist niet gezegd kan
worden.
Hiermede ben ik in zekere zin teruggekomen op de controverse die aan het begin van
dit artike] geschetst werd.
In verband met het voorgaande komt bij mij
een vraag op, die ik nu tot onderwerp van
gesprek wil maken.
De bewering luidt als volgt:
Als wij op de drie zijden van een rechthoekige driehoek ABC op de in fig. 1 aangegeven wijze, een vierkant tekenen dan is
de oppervlakte van het grootste vierkant
gelijk aan de som van de oppervlakten van
de twee kleinste vierkanten.
In formule:
Van de wiskundige bewering, die bekend is
onder de naam "Stelling van Pythagoras”,
is sedert geruime tijd komen vast te staan dat
ze reeds bekend was bij de Babyloniérs; de
stelling blijkt ouder te zijn dan Pythagoras
en dus kunnen wij de ontdekking ervan
moeilijk nog langer aan Pythagoras toeschrijven.
De lezer moet hieruit niet zonder meer de
conclusie trekken dat de stelling wél ontdekt
is door de Babyloniérs. Wie de ontdekker is,
is niet bekend.
Zonder mij er verder om te bekommeren wie
de ontdekker van de stelling van ’’Pythagoras” is, wil ik trachten een antwoord te geven
op de vraag hoe de stelling ontdekt is en of
daarbij van een bewijs sprake geweest is en
ZO ja, wat voor een bewijs dit dan wel geweest kan zijn.
De stelling van Pythagoras (afgezien van de
vraag hoe de juistheid van de stelling aangetoond kan worden), kan zo eenvoudig worden uitgedrukt, dat iedereen die over een gezond verstand beschikt, haar betekenis zonder enige moeite kan doorzien.
FIGUUR
O
1
[ci
H
Oppervlakte BCIH = Oppervlakte AEDC
+ Oppervlakte ABGF (1).
Honderd bewiizen
Dat deze eenvoudige bewering uit de vlakke
meetkunde de bijzondere aandacht heeft
weten te trekken van vele wiskundigen en leken, mag blijken uit het feit dat wij tegenwoordig over ongeveer honderd verschillende bewijzen voor deze stelling beschikken.
Het ligt allerminst in mijn bedoeling hier op
deze bewijzen in te gaan; het gaat mij voornamelijk om de oorsprong van bovengenoemde stelling.
Alvorens mijn gedachtengang weer te geven, wil ik opmerken dat de stelling op nog
andere (niet minder duidelijke) manieren
kan worden geformuleerd. De in dit verband
belangrijkste formulering is gebaseerd op
het bekende feit dat de oppervlakte van een
rechthoek gelijk is aan ”lengte maal breedte”. Omdat een vierkant 66k een rechthoek
is, maar dan één waarvan alle zijden even
lang zijn, is de oppervlakte ervan ”zijde maal
zijde” of, zoals men ook wel zegt, ”zijde in
het kwadraat”.
De betekenis van deze uitspraak is, dat wij
de zijde van het vierkant met een zekere
lengte-eenheid (bv. de centimeter of de
inch) meten, om daarna aan te kunnen geven
met hoeveel vierkante lengte-eenheden het
vierkant gelijkwaardig is. Het behoeft geen
nader betoog dat het, wiskundig gezien, niet
ter zake doet welk lijnstuk als lengte-eenheid gekozen wordt.
L
E
A
8
Deze oppervlakteberekening is wel zeer
eenvoudig wanneer wij ons beperken tot
rechthoeken waarvan elke zijde een geheel
aantal malen de lengte-eenheid is; immers,
wanneer wij een vierkant hebben waarvan
de zijde bv. 3 lengte-eenheden lang is, dan
zien wij direkt in dat de oppervlakte van het
betreffende vierkant bestaat uit 9 = 3 x 3
Seite 3
Im PDF ansehen(öffnet in einem neuen Fenster)vierkante lengte-eenheden.
Voor het hierna volgende is het niet van belang na te gaan of de hierboven geschetste
van de stelling van Pythagoras aanschouwelijk te bewijzen, zonder gebruik te maken
van een of andere algemene wiskundige
procedure voor het berekenen van oppervlakten ook juist is, als de zijden van het
vierkant niet gelijk zijn aan een geheel aantal
malen de lengte-eenheid. Om misverstand
theorie.
Hiertoe kan men gebruik maken van een vel
zogenaamd millimeter-papier, waarvan men
te voorkomen merk ik hier alleen op dat de
procedure inderdaad algemeen geldig is.
Deze meetkundige omschrijving van de stelling, kan nu vertaald worden in een meer
algebraische taal. Ik wil deze vertaling niet
centimeters nodig zal hebben.
overigens alleen de verdeling in vierkante
tot in bijzonderheden bespreken, maar volstaan met de vermelding van het resultaat.
FIGUUR
2
Als (zie fig. 2) in de rechthoekige driehoek
ABC de zijden AB, BC en CA respectievelijk c, a en b lengte-eenheden lang zijn, dan
geldt de betrekking
FIGUUR
3
e? = a? + b?
(2).
Het merkwaardige van deze formule is, dat
ze qua vorm meer met algebra dan met
meetkunde te maken schijnt te hebben.
Nu stel ik de vraag:
"Welke der formuleringen (vergelijk de
formules (1) en (2)), beantwoordt het meest
aan de oorspronkelijke vorm van de stelling
van Pythagoras?”
Om deze vraag te kunnen beantwoorden
geef ik eerst een zeer eenvoudig bewijs van
de stelling, dat in een rechthoekige driehoek, waarvan de rechthoekszijden respectievelijk 3 en 4 lengte-eenheden lang zijn, de
lengte van de derde zijde 5 lengte-eenheden
bedraagt. De bedoeling hiervan is te laten
zien dat het mogelijk is dit bijzondere geval
Op een horizontale lijn (zie fig. 3) kiezen wij
een roosterpunt A; vanuit A gaan wij 8 cm
naar rechts en daarna 4 cm omhoog om in
punt C aan te komen; vanuit C gaan wij 3 cm
naar links en 6 cm naar boven om in punt B
terecht te komen. Kiezen wij nu de diagonaal van een rechthoek van 1 bij 2 cm als
lengte-eenheid, dan is AC 4, CB 3, en BA
5 lengte-eenheden lang zoals direkt uit de
figuur is af te lezen. Bovendien ziet men onmiddellijk dat de hoek bij het punt C precies
90° is.
Hiermee is dan het (aanschouwelijke) bewijs
geleverd.
Proefondervindelijk
Deze bewijstrant acht ik karakteristiek voor
de oudheid. In de eerste plaats omdat het bewijs zeer aanschouwelijk is en in de tweede
plaats omdat het bewijs geleverd wordt voor
een speciaal geval.
Seite 4
Im PDF ansehen(öffnet in einem neuen Fenster)Het is allerminst ondenkbaar dat bijvoorbeeld de Chinezen of de Babyloniérs op de
hierboven geschetste wijze hebben ontdekt
dat er rechthoekige driehoeken bestaan
in een driehoek waarvan de zijden respectievelijk 5, 12 en 13 lengte-eenheden lang zijn,
de hoek tussen de twee kleinste zijden precies 90° is.
waarvan elke zijde een geheel aantal malen
een zekere lengte-eenheid bevat.
Dat ik hier van een ontdekking spreek lijkt
misschien enigszins overdreven. Wanneer
wij evenwel driehoek ABC uit fig. 3 op
ongelinieerd papier hadden getekend dan
Het staat vast dat deze speciale gevallen van
de stelling ’’van Pythagoras” bekend waren
lang vóórdat Pythagoras leefde. Men is het
er tegenwoordig wel over eens dat de kennis
zou de stelling (althans op het eerste gezicht)
geen enkel spoor van trivialiteit vertoond
hebben.
Dat men in de oudheid niet over ”’ruitjespapier” beschikte is duidelijk, maar men had
dit ook niet nodig omdat men wel de beschikking had over pleinen die met vierkante
tegels belegd waren; en meer had men
nauwelijks nodig om het bovenstaande constructieve bewijs te leveren.
Ter illustratie geef ik hier nog een ander
(overigens soortgelijk) bewijs van dezelfde
Stelling.
van Pythagoras niet geheel onafhankelijk
van wat de Babyloniërs eeuwen tevoren
reeds hadden gepresteerd, tot stand is gekomen.
Het is evenwel altijd nog een open vraag hoe
de stelling "van Pythagoras” ontdekt is. Uit
verschillende
oud-Babylonische
teksten
blijkt wel dat men de ’’Pythagoras”’ rekenprocedure kende en toepaste, maar van een
rechtvaardiging van deze rekenwijze is geen
spoor te vinden. Omtrent deze laatste kwestie wil ik nu het vermoeden uitspreken dat
de eerste (bewezen!) voorbeelden van de
stelling ontdekt zijn op de manier die ik hierboven omschreven heb.
Wanneer men eenmaal een aantal verwante
verschijnselen in handen heeft, dan is het alleen nog maar een kwestie van zoeken naar
het algemene principe; nu lijkt het mij niet
zo verschrikkelijk moeilijk te ontdekken dat
van drietallen zoals 3, 4, Sen 5, 12, 13 de som
van de kwadraten van twee kleinste getallen
gelijk is aan het kwadraat van het derde.
(3° + 4? = 5 en 5? + 12? = 13°).
Hoe meer voorbeelden men in handen heeft,
des te sterker zal het vermoeden worden dat
voor elke Pythagorese driehoek met rechthoekszijden a en b en met schuine zijde c
de relatie
FIGUUR
4
a? + b? = ©
Op een horizontale lijn (zie fig. 4) kiezen wij
weer een roosterpunt A; vanuit A gaan wij
12 cm naar rechts en 4 cm naar beneden; dit
levert punt C. Vanuit C gaan wij 3 cm naar
rechts en 9 cm naar boven; hiermee zijn wij
in punt B aangekomen. Kiezen wij nu de
diagonaal van een rechthoek van 1 bij 3 cm
als lengte-eenheid dan blijkt op dezelfde wijze als hierboven de juistheid van de bewering.
Op soortgelijke wijze kan men aantonen dat
geldt. Dat er in de oudheid ooit een bewijs
van de stelling in zijn algemene gedaante gegeven zou zijn, is mijns inziens hoogst onwaarschijnlijk. Het moet daarentegen meer
waarschijnlijk geacht worden dat de algemene stelling ”van Pythagoras” (die voor alle
rechthoekige driehoeken geldt) langs deze
inductieve weg ”ontdekt” is.
Als dit vermoeden inderdaad juist is, dan zal
de stelling in eerste instantie niet zozeer een
Seite 5
Im PDF ansehen(öffnet in einem neuen Fenster)zuiver meetkundige interpretatie gehad hebben (vergelijk formule (1)), maar veel meer
beschouwd zijn als een rekenkundige merkwaardigheid in verband met de zijden van
-een rechthoekige driehoek (vergelijk formule (2)).
De meetkundige interpretatie van de stelling, waarover ik aan het begin van dit artikel
gesproken heb, ligt nu evenwel ook zeer
voor de hand. Met betrekking tot dit punt
\
>
=
=
N
Ñ
N
meen ik te kunnen volstaan met een verwijzing naar fig. 5.
>
Tenslotte wil ik nog opmerken dat aangetoond kan worden dat de boven omschreven
bewijsmethode niet alleen van toepassing is
op de twee genoemde driehoeken, maar dat
zii van toepassing is op alle rechthoekige
driehoeken met geheeltallige zijden.
Een tekening van ir.
FIGUUR
/
A.E. Bosman in diens boek Het wondere onderzoekingsveld der viakke meetkunde,
waarin hij artistiek en logisch voortborduurt op de stelling van Pythagoras.