Trigonometri tarihi

Üçgenlerle ilgili erken çalışmalar, Mısır matematiği (Rhind Matematiksel Papirüsü) ve Babil matematiğinde MÖ 2. binyıla kadar izlenebilir. Trigonometri, Kushite matematiğinde de yaygındı. Trigonometrik fonksiyonların sistematik çalışması Helenistik matematikte başladı ve Helenistik astronominin bir parçası olarak Hindistan'a ulaştı. Hint astronomisinde trigonometrik fonksiyonların incelenmesi, özellikle sinüs fonksiyonunu keşfeden Aryabhata (MS 6. yüzyıl) nedeniyle Gupta döneminde gelişti. Orta Çağ boyunca, trigonometri çalışmaları İslam matematiğinde El-Hârizmî ve Ebu'l-Vefâ el-Bûzcânî gibi matematikçiler tarafından sürdürüldü. Altı trigonometrik fonksiyonun da bilindiği İslam dünyasında trigonometri bağımsız bir disiplin haline geldi. Arapça ve Yunanca metinlerin tercümeleri trigonometrinin Latin Batı'da Regiomontanus ile birlikte Rönesans'tan itibaren bir konu olarak benimsenmesine yol açtı. Modern trigonometrinin gelişimi, 17. yüzyıl matematiği (Isaac Newton ve James Stirling) ile başlayan ve Leonhard Euler (1748) ile modern biçimine ulaşan Batı Aydınlanma Çağı boyunca değişti.

Matematiğin doğrudan doğruya astronomiden çıkmış bir kolu olan trigonometri'nin bazı ögeleri, daha Babilliler ve Mısırlılar döneminde biliniyor, eski Yunanlar Menelaos’un Küresel geometrisi aracılığıyla, bir daire içine çizilebilen dörtgenden yola çıkarak daire yaylarının kirişlerinin değerlerini veren çizgiler oluşturuyorlardı. Daha sonra Araplar, yay kirişlerinin yerine sinüsleri koyup; tanjant, kotanjant, sekant, kosekant kavramlarını geliştirdiler.

Batı’da Nasîrüddin Tûsî’den büyük ölçüde yararlanan Regiomontanus’un Üçgen Üstüne adlı eseriyle gerçek trigonometri doğmuş oldu. François Viète ve Simon Stevin, hesaplarda ondalık sayılardan yararlandılar. John Napier logaritmayı işe kattı. Isaac Newton ve öğrencileri trigonometri fonksiyonlarının ve logaritmalarının hesabına tam serileri uyguladılar. Daha sonra da Leonhard Euler, birim olarak trigonometrik cetvelin yarıçapını alarak, modern trigonometrinin temellerini attı.

Modern "sinüs" kelimesi, "koy (bay)", "göğüs (bosom)" veya "kıvrım (fold)" anlamına gelen Latince sinus kelimesinden türetilmiştir; dolaylı olarak, Hintçe, Farsça ve Arapça aktarım yoluyla, Yunanca khordḗ "yay-teli (bow-string), akor (chord)" teriminden türetilmiştir. Sanskritçe'de sinüs için Hindu terimi jyā "yay-teli (bow-string)" dir, Hindular başlangıçta üç trigonometrik işlevi jyā, koti-jyā ve utkrama-jyā olarak tanıttı ve kullandı. Hindular bunları bir açıyla değil, çemberin bir yayının fonksiyonları olarak tanımladılar, dolayısıyla bunların bir yay teli ile ilişkilendirilmesi ve dolayısıyla yay için "bir yay akoruna (chord of an arc)" "yay (a bow)" (dhanu, cāpa) denir. Eş anlamlıları jivā, siñjini, maurvi, guna vb. Sinüs fonksiyonu daha sonra jīvā varyantına da uyarlandı. Sanskritçe jīvā, jb جب yazılan jiba olarak Arapçaya çevrildi (kabul edildi). Bu daha sonra, ya Araplar tarafından ya da jayb'ı Latince'ye sinüs olarak çeviren Chesterli Robert gibi Avrupalı çevirmenlerin yanlışlıkla "göğüs, kıvrım, defne (bosom, fold, bay)" anlamına gelen gerçek Arapça sözcük olan jayb olarak yorumlandı. Özellikle Fibonacci'nin sinus rectus arcus, sinüs terimini oluşturmada etkili oldu. "Dakika" ve "saniye" kelimeleri Latince sözcük grupları partes minutae primae ve partes minutae secundae'den türetilmiştir. Bunlar kabaca "ilk küçük parçalar" ve "ikinci küçük parçalar" olarak tercüme edilir.

Eski Mısırlılar ve Babilliler, benzer üçgenlerin kenarlarının oranları hakkındaki teoremleri yüzyıllardır biliyorlardı. Bununla birlikte, Helen öncesi toplumlar bir açı ölçüsü kavramından yoksun oldukları için, bunun yerine üçgenlerin kenarlarını çalışmakla sınırlıydılar.

Babil gökbilimcileri, yıldızların yükselişi ve yerleşimi, gezegenlerin hareketi ile güneş ve ay tutulmaları hakkında ayrıntılı kayıtlar tuttu ve bunların tümü göksel küre üzerinde ölçülen açısal mesafelere aşinalık gerektirdi. Plimpton 322 çivi yazılı tabletin ( MÖ 1900) bir yorumuna dayanarak, bazıları eski Babillilerin sekant tablosuna sahip olduğunu iddia etti. Bununla birlikte, bunun bir Pisagor üçlüleri tablosu mu, ikinci dereceden denklemlerin bir çözümü veya bir trigonometrik tablo olup olmadığı konusunda pek çok tartışma vardır.

Ahmes'in probleme çözümü, piramidin tabanının yarısının yüksekliğine oranı veya yüzünün yükselme oranıdır. Başka bir deyişle, seked için bulduğu miktar, piramidin tabanına ve yüzüne olan açının kotanjantıdır.

ve sonuç olarak sinüs fonksiyonu, yarı-kiriş olarak da bilinir. Bu ilişki nedeniyle, günümüzde bilinen bazı trigonometrik özdeşlikler ve teoremler Helenistik matematikçiler tarafından da biliniyordu, ancak eşdeğer kiriş biçiminde.

Öklid ve Arşimet'in eserlerinde trigonometri olmamasına rağmen, kelimenin tam anlamıyla, belirli trigonometrik yasalara veya formüllere eşdeğer, geometrik bir şekilde (trigonometrik bir şekilde değil) sunulan teoremler vardır. Örneğin, Elemanların ikinci kitabının on iki ve on üçüncü önermeleri, sırasıyla geniş ve dar açılar için kosinüs yasalarıdır. Kiriş uzunlukları ile ilgili teoremler sinüs yasasının uygulamalarıdır. Ve Arşimet'in kırık kirişler üzerindeki teoremi, toplamların sinüsleri ve açıların farkları için formüllere eşdeğerdir. Bir kiriş tablosunun eksikliğini telafi etmek için, Aristarchus'un zamanındaki matematikçiler bazen 0° < β < α < 90° olduğu durumda modern notasyonda ifadesini kullanırlardı, şimdi bu ifade Aristarkus eşitsizliği olarak bilinir.

İlk trigonometrik tablo görünüşe göre artık "trigonometrinin babası" olarak bilinen (Nicaealı - İznikli) Hipparchus (MÖ 180-125) tarafından derlendi. Hipparchus, bir dizi açı için bu açılara karşılık gelen yay ve kiriş değerlerini tablo haline getiren ilk kişiydi.

360° dairenin sistematik kullanımının matematiğe ne zaman geldiği bilinmemekle birlikte, 360° çemberin sistematik olarak tanıtılmasının, Samoslu Aristarchus'un On the Sizees and Distance of the Sun and Moon ( MÖ 260) adlı eserinden bir süre sonra olduğu bilinmektedir, çünkü o bir açıyı bir kuadrantın kesri cinsinden ölçtü. Görünüşe göre 360° çemberin sistematik kullanımı büyük ölçüde Hipparchus ve onun kirişler tablosundan kaynaklanmaktadır. Hipparchus bu bölünme fikrini, daha önce Babil astronomisinin önerdiği gibi günün bir bölümünü bulmak için günü 360 parçaya bölen Hipsicle'den almış olabilir. Antik astronomide, zodyak on iki "burç (sign)" veya otuz altı "dekan (decan)" olarak bölünmüştü. Yaklaşık 360 günlük bir mevsimsel döngü, her burcu otuz parçaya ve her dekanı on parçaya bölerek burçların burç ve dekanına karşılık gelebilirdi. Her derecenin altmış dakikaya bölünmesi ve her dakikanın altmış saniyeye bölünmesi, Babil'in altmışlık sayı sisteminden kaynaklanmaktadır.

İskenderiyeli Menelaus ( MS 100) Sphaerica adlı eserini üç kitap olarak yazdı. Kitap I'de, düzlem üçgenler için Öklid temeline analoji ile küresel üçgenler için bir temel oluşturdu. Öklid analojisi olmayan, karşılık gelen açılar eşitse iki küresel üçgenin eş olduğu bir teorem kurdu, ancak eş ve simetrik küresel üçgenler arasında ayrım yapmadı. Kurduğu başka bir teorem, küresel bir üçgenin açılarının toplamının 180°'den büyük olmasıdır. Sphaerica II. kitapta, astronomiye küresel geometriyi uygular. Ve kitap III, "Menelaus teoremini" içerir. Ayrıca ünlü "altı nicelik kuralını" verdi.

Ne Hipparchus'un ne de Batlamyus'un tabloları günümüze kadar ulaşamamıştır, ancak diğer antik yazarların açıklamaları bir zamanlar var olduklarına dair çok az şüphe bırakmaktadır.

Pisagor, trigonometrik fonksiyonlara dönüşecek birçok özelliği keşfetti. Pisagor teoremi, , temel trigonometrik özdeşlik olan ifadesinin bir temsilidir. Uzunluk 1, herhangi bir dik üçgenin hipotenüsü, bacak uzunlukları ve ve ise iki dik olmayan açıdan biridir. Bunu akılda tutarak, trigonometrinin dayandığı özdeşliğin Pisagor Teoremi olduğu sonucu ortaya çıkar.

Trigonometrinin ilk ve çok önemli gelişmelerinden bazıları Hindistan'da gerçekleşti. Siddhanta olarak bilinen 4.–5. yüzyıldan etkileyici eserler (beş tane olmasına rağmen bunlardan en önemlisi Surya Siddhanta idi) ilk önce sinüsü yarım açı ile yarım kiriş arasındaki modern ilişki olarak tanımlarken, aynı zamanda kosinüs, versinüs ve ters sinüsü tanımladı. Kısa süre sonra, başka bir Hint matematikçi ve astronom olan Aryabhata (MS 476-550), Aryabhatiya adlı önemli bir çalışmada Siddhantas'ın ilerlemelerini topladı ve genişletti. Siddhantas ve Aryabhatiya, 0° ila 90° arasındaki 3,75° aralıklarla 4 ondalık basamak doğrulukta, hayatta kalan en eski sinüs değerleri ve versinüs (1 - kosinüs) değerleri tablolarını içerir. Onlar, sinüs için jya, kosinüs için kojya, ters sinüs için utkrama-jya ve versinüs için otkram jya sözcüklerin kullandılar. Jya ve kojya kelimeleri, yukarıda açıklanan bir yanlış tercüme sonrasında nihayetinde sırasıyla sinüs ve kosinüs haline geldi.

Trigonometri üzerine daha sonraki bir Hint yazar, 12. yüzyılda Bhaskara II idi. Bhaskara II küresel trigonometriyi geliştirdi ve birçok trigonometrik sonuç keşfetti.

Madhava ( 1400), trigonometrik fonksiyonların ve bunların sonsuz dizi açılımlarının analizinde erken adımlar attı. Kuvvet serileri ve Taylor serileri kavramlarını geliştirdi ve sinüs, kosinüs, tanjant ve arktanjant kuvvet serileri açılımlarını üretti. Taylor serisi sinüs ve kosinüs yaklaşımlarını kullanarak, 12 ondalık doğruluk basamağına sahip bir sinüs tablosu ve 9 ondalık doğruluk basamağına sahip bir kosinüs tablosu oluşturdu. Ayrıca kuvvet serisini ve trigonometrik fonksiyonlar açısından bir çemberin açısını, yarıçapını, çapını ve çevresini verdi. Eserleri, 16. yüzyıla kadar Kerala Okulu'ndaki takipçileri tarafından genişletildi.

Hint metni Yuktibhāṣā, sinüs ve kosinüs fonksiyonlarının genişlemesini ve Madhava tarafından keşfedilen ters tanjant için kuvvet serisinin türetilmesini ve ispatını içerir. Yuktibhāṣā ayrıca toplamın sinüslerini ve kosinüslerini ve iki açının farkını bulmak için kurallar içerir.

Sal Restivo Shen'in çalışmalarının, matematikçi ve astronom Guo Shoujing (1231-1316) tarafından 13. yüzyılda geliştirilen küresel trigonometrinin temelini oluşturduğunu yazıyor. Tarihçiler L. Gauchet ve Joseph Needham'ın belirttiği gibi Guo Shoujing, takvim sistemini ve Çin astronomisini geliştirmek için hesaplamalarında küresel trigonometri kullandı. Guo'nun matematiksel kanıtlarının 17. yüzyıldan sonraki bir Çin örneğiyle birlikte Needham şunları belirtir: Shen ve Guo'nun trigonometri alanındaki çalışmalarının başarılarına rağmen, Çin trigonometrisindeki bir başka önemli çalışma, Çinli yetkili ve astronom Xu Guangqi (1562-1633) ve İtalyan Cizvit Matteo Ricci (1552-1610) tarafından Öklid'in Elemanları'nın dual olarak yayımlanmasıyla 1607 yılına kadar tekrar yayınlanmayacaktır.

VIII. yüzyılda, Yakın ve Orta Doğu ülkelerinden bilim adamları, eski Yunan ve Hint matematikçiler ile astronomların eserleri ile tanıştılar. Önceki eserler daha sonra Orta çağ İslam dünyasında, çoğunlukla Fars ve Arap kökenli Müslüman matematikçiler tarafından çevrildi ve genişletildi. 8. yüzyılda İbrahim el-Fezari ve Yakub bin Tarık gibi büyük alimler bu eserleri Arapçaya çevirmekle uğraştılar. Sonra onlar ve takipçileri bu teoriler üzerinde aktif olarak yorum yapmaya ve kendi fikirleri ile yeni teoriler geliştirmeye başladılar. Bunlar, Helenistik matematikte olduğu gibi Menelaus teoreminin uygulanmasına, trigonometri konusunu tam dörtgene bağımlılıktan kurtaran çok sayıda teoremi dile getirdi. E. S. Kennedy'ye göre, İslam matematiğindeki bu gelişmeden sonra, "ilk gerçek trigonometri, ancak o zaman çalışmanın nesnesinin küresel veya düzlemsel üçgen, kenarları ve açıları haline gelmesi anlamında ortaya çıktı."

Küresel üçgenlerle ilgilenen yöntemler, özellikle küresel problemlerle başa çıkmak için "Menelaus teoremini" geliştiren İskenderiyeli Menelaus'un yöntemi de biliniyordu. Bununla birlikte, E. S. Kennedy, İslam öncesi matematikte küresel bir şeklin büyüklüklerini prensipte kirişler tablosu ve Menelaus teoremi kullanarak hesaplamanın mümkün olmasına rağmen, teoremin küresel problemlere uygulanmasının pratikte çok zor olduğuna dikkat çekiyor. Zamanlamaların Ay'ın evreleri tarafından belirlendiği İslami takvimde kutsal günleri gözlemlemek için, astronomlar başlangıçta Menelaus'un yöntemini kullanarak Ayın ve Yıldızların yerini hesapladılar, ancak bu yöntemin kullanışsız ve zor olduğu kanıtlandı. Kesişen iki dik üçgen oluşturmayı içeriyordu; Menelaus'un teoremini uygulayarak altı kenardan birini çözmek mümkündü, ancak yalnızca diğer beş kenar biliniyorsa. Örneğin, Güneşin yüksekliğinden zamanı söylemek için Menelaus teoreminin tekrarlanan uygulamaları gerekliydi. Ortaçağ İslami gökbilimcileri için, daha basit bir trigonometrik yöntem bulmak için bariz bir davet vardı.

MS 9. yüzyılın başlarında, Muhammed ibn Mūsā al-Khwārizmī doğru sinüs ve kosinüs tablolarını ve ilk teğetler (tanjant) tablosunu üretti. Aynı zamanda küresel trigonometri alanında da öncüydü. MS 830'da Habash al-Hasib al-Marwazi ilk kotanjant tablosunu üretti. Muhammed ibn Jābir el-Harrānī el-Battānī (Albatenius) (MS 853-929) sekant ve kosekantın karşılıklı işlevlerini keşfetti ve 1° ile 90° arasındaki her derece için ilk kosekant tablosunu oluşturdu.

İkincisi için metin şöyle der: "İki yayın her birinin sinüsünü diğer dakikaların kosinüsü ile çarparız. Toplamın sinüsünü istiyorsak çarpımları ekliyoruz, farkın sinüsünü istiyorsak farklarını alıyoruz".

Endülüs'lü El-Ceyyani (989 -1079), "küresel trigonometri hakkındaki ilk bilimsel çalışma" olarak kabul edilen "The book of unknown arcs of a sphere" adlı eseri yazdı. Bu eser, "dik açılı üçgenler için formüller, genel sinüs yasası ve küresel üçgenin kutupsal üçgen aracılığıyla çözümünü" içerir. Bu çalışma daha sonra "Avrupa matematiği üzerinde güçlü bir etkiye" sahipti ve onun "oranların sayı olarak tanımlanması" ve "tüm kenarlar bilinmediğinde küresel bir üçgeni çözme yöntemi" muhtemelen Regiomontanus'u etkilemiştir.

Nirengi yöntemi ilk olarak, 11. yüzyılın başlarında Ebu Reyhan Biruni tarafından tanımlandığı gibi, ölçme ve İslami coğrafya gibi pratik kullanımlara uygulayan Müslüman matematikçiler tarafından geliştirilmiştir. Biruni, Dünya'nın büyüklüğünü ve çeşitli yerler arasındaki mesafeleri ölçmek için nirengi tekniklerini kendisi tanıttı. 11. yüzyılın sonlarında Ömer Hayyam (1048-1131), trigonometrik tablolarda interpolasyonla bulunan yaklaşık sayısal çözümleri kullanarak kübik denklemleri çözdü. 13. yüzyılda, Nasîrüddin Tûsî trigonometriyi astronomiden bağımsız matematiksel bir disiplin olarak ele alan ilk kişiydi ve küresel trigonometriyi bugünkü haline getirdi. Küresel trigonometride dik açılı üçgenin altı farklı durumunu listeledi ve "On the Sector Figure" adlı eserinde düzlem ve küresel üçgenler için sinüs yasasını belirtti, küresel üçgenler için tanjant yasasını keşfetti ve bu yasaların her ikisi için de kanıtlar sağladı. Nasir al-Din al-Tusi, trigonometrinin yaratıcısı olarak trigonometriyi kendi başına bir matematik disiplini olarak tanımlanmıştır.

15. yüzyılda, Gıyaseddin Cemşid, nirengi'nin uygun bir biçiminde Kosinüs yasası için ilk açık ifadesi sağladı. Fransa'da, kosinüs yasası hala Al-Kashi teoremi olarak anılmaktadır. Ayrıca, her 1°'nin her 1/60'ına eklenecek farklarla her 1° argüman için dört altmışlık basamağa (8 ondalık basamağa eşdeğer) kadar sinüs fonksiyonunun değerlerinin trigonometrik tablolarını verdi. Uluğ Bey aynı zamanda 8 ondalık basamağa kadar doğru sinüs ve tanjant tabloları da verir.

1342'de Gersonides olarak bilinen Levi ben Gershon, özellikle düzlem üçgenler için sinüs yasasını kanıtlayan ve beş rakamlı sinüs tabloları veren "On Sines, Chords and Arcs" adlı eseri yazdı.

Basitleştirilmiş bir trigonometrik tablo olan "toleta de marteloio", 14-15. yüzyıllar boyunca Akdeniz'deki denizciler tarafından seyrüsefer rotalarını hesaplamak için kullanıldı. 1295 yılında Mayorka'dan Ramon Llull tarafından tanımlanmış ve Venedikli kaptan Andrea Bianco'nun 1436 atlasında düzenlenmiştir.

Regiomontanus, belki de trigonometriyi 1464'te yazdığı De triangulis omnimodis’te farklı bir matematik disiplini olarak ele alan ilk matematikçiydi ve daha sonraki Tabulae directionum’unda, isimsiz olsa da tanjant fonksiyonunu içeriyordu. Copernicus'un öğrencisi Georg Joachim Rheticus'un Opus palatinum de triangulis’i, muhtemelen Avrupa'da trigonometrik fonksiyonları çember yerine dik üçgenler şeklinde tanımlayan ilk kişiydi ve altı trigonometrik fonksiyonun tümü için tablolar; bu çalışma Rheticus'un öğrencisi Valentin Otho tarafından 1596'da tamamlandı.

18. yüzyılda, Leonhard Euler'in Introductio in analysin infinitorum (1748) adlı eserinde, Avrupa'da trigonometrik fonksiyonların analitik yaklaşımını oluşturmaktan, sonsuz serilerini türetmekten ve "Euler formülünü" sunmaktan sorumluydu. Euler, neredeyse modern kısaltmaları sin., cos., tan., cot., sec., ve cosec kullandı. Bundan önce Roger Cotes, Harmonia Mensurarum'da (1722) sinüs türevini hesaplamıştı. Ayrıca 18. yüzyılda Brook Taylor genel Taylor serisini tanımladı ve altı trigonometrik fonksiyonun tümü için serilere genişleme ve tahminler verdi. 17. yüzyılda James Gregory'nin ve 18. yüzyılda Colin Maclaurin'in eserleri de trigonometrik serilerin gelişiminde çok etkili oldu.

18.-19. yüzyıllarda, matematik ve astronomi tarihi üzerine, Jean Etienne Montoucle, Jean-Baptiste Joseph Delambre, Hermann Hankel, Paul Tannery ve diğerleri gibi matematikçiler ve bilim tarihçileri tarafından yapılan çalışmalar trigonometri tarihine de büyük önem vermiştir. 1900'de Alman matematik tarihçisi Anton von Braunmühl trigonometri tarihine özel olarak ayrılmış iki cilt halinde ilk monografı yayınladı. 20. yüzyılda, bu konudaki önemli eserler Jeronim Georg Zeiten, Moritz Benedict Cantor, Otto Eduard Neugebauer, Boris Abramovich Rosenfeld, Galina Pavlovna Matvievskaya gibi önemli matematik tarihçileri tarafından yayınlandı.