Arabiankielinen matematiikka keskiajalla

Arabiankielinen matematiikka, jota harjoitettiin islamilaisen sivilisaation maissa, oli maailman edistyneintä 800-luvulta 1400-luvulle ylittäen sekä Euroopassa, Intiassa että Kiinassa saavutetun tason. Islamilaisen tai arabialaisen tieteen sijaan on oikeampaa puhua arabian kielellä kirjoitetusta matematiikasta, sillä useimmat matemaatikot olivat persialaisia, eivätkä kaikki olleet muslimeja. Toisaalta islamilaisessa maailmassa kirjoitettiin myös persiaksi ja hepreaksi. 
Arabiankielinen matematiikka saavutti 1000- ja 1100-luvuilla tason, joka Euroopassa ylitettiin vasta 1400–1500-luvuilla. 
Yleiskuva.
Islamilaisessa maailmassa tapahtunut matematiikan kehitys johtui abbasidikalifien luomasta tieteelle myötämielisestä politiikasta. Menestyksen perustan loi jokseenkin kaikkien kreikkalaisten matemaattisten tekstien kääntäminen arabiaksi 800-luvulta alkaen (esim. Eukleides, Arkhimedes, Apollonios). Eurooppaan verrattuna arabiankieliset tiedemiehet saivat myös käyttöönsä tehokkaamman merkkijärjestelmän, kun Intiasta omaksuttiin kantalukuun 10 perustuva paikkajärjestelmä, jossa oli oma merkkinsä myös nollalle.
Vaikka muillakin tieteenaloilla tapahtui edistystä islamilaisessa maailmassa, se oli erityisen näkyvää matemaattisten tieteiden alueella. Abstraktin luonteensa takia matematiikka oli luonnonfilosofiaa paremmin suojassa uskonnolliselta dogmatismilta, joka islamilaisessa maailmassa alkoi nousta jo 900-luvulla. Tällaisia suojatumipia matemaattisia tieteitä olivat myös esimerkiksi tähtitiede ja geometrinen optiikka. 
Kun al-Kashi kuoli 1429 Timur Lenkin mongolivaltakunnassa, arabiankielisen matematiikan suuruuden aika oli ohi, ja alan johtajuus siirtyi Eurooppaan. Arabiaksi kirjoittaneet matemaatikot, jotka melkein kaikki olivat persialaisia, olivat kuitenkin merkittävästi edistäneet tieteenalaa siitä, mitä se oli ollut kreikkalaisten ja hindujen jäljiltä. Algebra oli systematisoitu ja nyt osattiin laskea polynomeilla, joissa oli mitä tahansa positiivisia tai negatiivisia kokonaislukuja. Hinduilta opittu desimaalimatematiikka oli muutettu desimaalilukujen sujuvaksi käytöksi. Geometriassa Omar Khaijamin tutkimukset Saccherin nelikulmiolla olivat johtamassa epäeuklidiseen geometriaan. Trigonometriassa oli luotu laaja kokoelma funktioita, teoreemoja ja taulukoita. Näillä tuloksilla tuli olemaan pysyvä sijansa matematiikan tietovarannossa.
Islamilainen maailma tarvitsi matematiikkaa laskutoimituksiin ja mittaamiseen. Erityisesti islamilaisia tarpeita olivat Mekan suunnan määrittäminen ja rukousten ajankohtien tarkentaminen, mitä varten 1100-luvulta lähtien Egyptin ja Syyrian moskeijoissa oli "ajanottajia". Hallitsijat tarvitsivat matemaatikoita hovinsa koristeiksi sekä tähtitieteellisiin observatorioihin. Matematiikkaa käytettiin myös rakennusten suunnittelussa. 
Islamilaisen maailman dogmatisoituminen alkoi silti näkyä myös tällä alalla. 900-luvulla matemaatikko al-Sijzi kirjoitti, että heillä päin oli lupa tappaa geometrikkoja, ja suuri islaminoppinut al-Ghazali kysyi 1000-luvulla purevasti, kuinka montaa matemaatikkoa oikeastaan tarvittiin. Uusien keksintöjen sovellutukset jäivät lopulta vähäisiksi. Matematiikan kehitys ei mullistanut islamilaista maailmaa, kuten se teki länsimaissa, missä tieteellis-tekninen kumous perustui luonnontieteiden matematisointiin. 
Osa arabiankielisen matematiikan perinnöstä siirtyi käännöksinä Eurooppaan, missä se nopeutti matematiikan kehitystä. Suuri osa arabialaisesta matematiikasta toisaalta unohtui ja katosi, kun islamilainen sivilisaatio menetti kiinnostuksensa muihin kuin uskonnollisiin asioihin. Tällaisia unohtuneita keksintöjä on nykypäivinä kaivettu esiin.
Saavutuksia eri aloilla.
Carl Boyerin mukaan islamilaisen maailman matematiikka voidaan jakaa neljään osaan: 1) aritmetiikkaan, joka käytti luultavasti Intiasta peräisin olevaa paikkamerkintää ja kymmenlukujärjestelmää; 2) algebraan, joka sai vaikutteet kreikkalaisilta, intialaisilta ja babylonialaisilta, mutta sai uuden systemaattisen muodon; 3) trigonometriaan, jonka sisältö oli peräisin lähinnä Kreikasta, mutta joka sovitettiin intialaiseen muotoon ja johon lisättiin uusia kaavoja ja funktioita; 4) geometriaan, joka tuli Kreikasta, mutta johon lisättiin satunnaisia yleistyksiä. 
Aritmetiikka.
Ensimmäinen kirjallinen merkintä intialaisen lukujärjestelmän leviämisestä on vuodelta 662, jolloin syyrialainen piispa Severus Sebokt mainitsee, että hindut ovat keksineet nerokkaan menetelmän, jonka avulla voidaan laskea laskea käyttäen vain yhdeksää numeromerkkiä. Järjestelmän käyttö yleistyi kuitenkin hitaasti, eikä sitä mainita missään ennen al-Khwarizmia 800-luvulla. Sen sijaan Euroopassa kömpelöt roomalaiset numerot olivat käytössä 1200-luvulle asti ja vielä myöhemminkin. 
Vasta 900-luvulla päästiin kokonaislukuja pienempiin osiin, kun al-Uqlīdisī otti käyttöön desimaalierottimen. Kaksisataa vuotta myöhemmin Al-Samawal käytti desimaalierotinta jo vakiintuneesti. Murtolukujen käyttöä (esim. 1/2) esiintyi vain arabimaailman länsilaidalla, missä Abu Bakr al-Hassar 1100-luvulla otti merkinnän käyttöön. Se siirtyi nopeasti Eurooppaan, missä Fibonacci käytti merkintää pian sen jälkeen. 
Neliöjuuri ja kuutiojuuri olivat jo intialaisia keksintöjä, mutta Omar Khaijam 1100-luvulla väitti keksineensä keinon laskea juuria mihin määrään asti tahansa. Todistelu on kuitenkin kadonnut. Myöhemmin al-Kashi onnistui 1400-luvulla laskemaan viidennen juuren.
Uuden numerojärjestelmän käyttöön oton hitaus saattoi johtua teknologiasta: kynän ja paperin sijaan laskettiin pitkään piirtämällä tikun avulla hiekka- tai vahalevylle, jossa oli vain vähän tilaa. Laskutoimituksiin käytettiin senkin takia "mentaalista" menetelmää, jossa apuna käytettiin sormia ja vain lopputulos piirrettiin näkyviin.
Algebra.
Sana algebra tulee arabian sanasta "al-jabr", joka tarkoitti palauttamista, etenkin negatiivisten lukujen muuttamista positiivisiksi siten, että ne siirrettiin yhtälön toiselle puolelle. Metodin esitteli al-Khwarizmi. Yhtäläisyysmerkki tosin kehitettiin vasta 1500-luvulla Euroopassa. Al-Khawarizmi ei keksinyt algebraa, joka tieteenä tunnettiin jo antiikin Kreikassa ja Intiassa. Algebrassa yritetään ratkaista tuntemattoman suureen arvo, ja erityisesti algebrallisen tehtävästä tekee se, että tälle annetaan jokin nimi (nykyisin se on "x") ja ratkaisuun käytetään laskemista, jossa apuna käytetään yhtälöä. 
Al-Khwarizmi kehitti "Lyhyessä algebran laskuopissaan" muun muassa neliöjuuria koskevaa matematiikkaa, pinta-alojen laskemista ja matematisoi islamilaisen lain mukaisen perinnönjaon kysymyksiä. Teos nojautui hellenistisiin, juutalaisiin ja hindulähteisiin ja niiden kautta balylonialaiseen matematiikkaan. Nykyaikaista algebrallista merkitsemistapaa al-Khwarizmi ei vielä käyttänyt, vaan asiat esitettiin sanallisesti. Algebralliset symbolit otettiin käyttöön vasta Euroopassa 1200-luvulla, vaikka niitä alkoi sitä ennen esiintyä jo 1100-luvulla Maghrebin alueella Pohjois-Afrikassa . Arabit käyttivät etsittävästä suureesta "x" nimeä "asia" ("shay)" tai "juuri" "(jidhr)". Sen toinen potenssi oli "mal" ("omaisuus") ja kolmas potenssi "ka'b" ("kuutio"). Neljäs potenssi oli "mal mal" ja niin edelleen. Numeroihin yhdistettiin sana "dirham", joka tarkoitti hopeakolikkoa. Yhtälöä 4/9 xformula_1 + 4 - 2 2/3 x = x + 24 ei ilmaistu näillä merkeillä, vaan sanottiin: "neljä yhdeksäsosaa "mal" ja neljä dirhamia miinus kaksi asiaa ja kaksi kolmannesta asiasta on yhtä kuin asia ja kaksikymmentä neljä dirhamia". 
Egyptiläinen Abu Kamil (850–930) esitti kirjassaan "Algebra" monet al-Khwarizmin saamat tulokset yleistetyssä ja yksinkertaisemmassa muodossa. Muita tunnettuja algebran kehittäjiä olivat Omar Khaijam ja al-Tusi. Arabian kielellä raportoiduista keksinnöistä vain osa siirtyi latinankielisinä käännöksinä Eurooppaan. Silti ainakin al-Khwarizmin, Abu Kamilin ja al-Karajin työt ovat myös vaikuttaneet Euroopan matematiikan kehitykseen.
Trigonometria.
Trigonometrisia ongelmia alettiin pohtia tähtitieteellisten kysymysten yhteydessä. Tieteenala syntyi Kreikassa ja levisi Aleksanteri Suuren mukana Intiaan asti. Sen sijaan antiikin roomalaiset eivät siitä kiinnostuneet. Arabit tutustuivat trigonometriaan sekä kreikkalaisten että intialaisten opettajien kautta. Tärkein kreikkalaisilta saatu lähde oli Ptolemaioksen Almagest, intialaisilta saatiin sinitaulukkojen alkeismuoto. Arabiankielisillä tutkijoilla oli huomattava merkitys trigonometrian kehittäjinä. 
Persian Mervissä elänyt Habash al-Hāsib (k. 864–874) esitti 830-luvulla tangentin käsitteen. Tangentti liittyi varjon pituuksien teoriaan, jossa tarkkailtiin tietyn pituisen mittatikun varjon pituuksia suhteessa auringon korkeuskulmaan. Tätä tarvittiin rukousaikojen tarkentamiseen. Uskonnoltaan saabilainen al-Battani (k. 929) keksi komplementtikulman sinin eli kosinin. Hän mittasi myös aurinkovuoden pituuden parin minuutin tarkkuudella. Al-Battanin tekstejä käännettiin latinaksi ja niitä lukivat vielä 1600-luvulla Euroopassa muun muassa Kopernikus ja Kepler.
Bagdadissa toiminut Abu al-Wafa (940–998) yhtenäisti trigonometrisen teorian ja esitti kaikki kuusi trigonometrista funktiota yhtenäisessä muodossa. Al-Bīrūnī (973–1048) käsitteli kaikkien trigonometristen funktioiden välisiä riippuvuussuhteita ja antoi esimerkkejä niiden soveltamista. Al-Bīrūnī esitteli kirjoituksissaan myös sinilauseen yhdessä sen todistuksen kanssa.
Geometria.
Varhaisimmat geometriasta kirjoittaneet arabiankieliset tiedemiehet olivat al-Khwarizmi ja Banu Musa. Molemmat hyödynsivät antiikin lähteitä, ja heidän teoksiaan vuorostaan käännettiin latinaksi. Al-Khwarizmi esitti, miten kolmion korkeus lasketaan sen sivujen avulla, ja miten ympyröiden ja sektoreiden pinta-aloja lasketaan. 900-luvulla Abu al-Wafa keskittyi pinta-alojen ja tilavuuksien mittaamisen ongelmiin, joita tarvittiin muun muassa arkkitehtuurissa. Thabit ibn Qurra käänsi useita kreikkalaisia teoksia. Hän laajensi ja korjasi lauseita ja todistuksia esimerkiksi lukuteoriassa ja paraboloidien geometriassa.
1200-luvulla persialainen Nasir al-Din al-Tusi (k. 1274) tutki geometriaa ja trigonometriaa ja tuotti ensimmäisen järjestelmällisen pallogeometrian esityksen. Persialainen al-Kashi laski 1400-luvulla piin likiarvon 16. desimaaliin asti. Koska maapallon säde oli laskettu, ja maailmankaikkeus arvioitiin 600 000 kertaa maata suuremmaksi, al-Kashi kehaisi laskeneensa maailman läpimitan hevosen karvan tarkkuudella. 
Soveltavat tieteet: optiikka ja mekaniikka.
Keskiajan islamilalsessa maailmassa optiikka ja mekaniikka erityisesti nousivat esille matemaattisten löytöjen soveltamisen alueina. Antiikin kreikkalaisessa ajattelussa molempien katsottiin kuuluvuvan matematiikan alaan. Molempien alojen kukoistusaika sijoittui vuosiin 800–1200, ulottui maantieteellisesti koko islamilaiseen maailmaan ja tuotti aluksi arabiankielistä, mutta myöhemmin myös persiankielistä kirjallisuutta. 
Optiikan alalla merkittävin hahmo oli Abu al-Hasan ibn al-Haitham (965–1040), jonka massiivinen teos optiikasta "Kitab al-Manazir" eli "Kirja näkemisestä" tai "Kirja optiikasta" käsitti seitsemän nidettä. Se oli kattava esitys valoa koskevista teorioista (osa I), näkemisestä (osa II), optisista illuusioista (osa III) sekä näkemisestä ja valon heijastumisesta ja taittumisesta (osat IV–VII). Teos käännettiin latinaksi 1200-luvun alussa nimellä "De aspectibus," ja sillä oli syvällinen vaikutus eurooppalaiseen tutkimukseen seuraavat 300 vuotta. Vuonna 1572 Friedrich Risner julkaisi kirjan painettuna nimellä ""Opticae thesaurus" eli Optiikan aarteisto"." Alhazen loi näkemisen intramissiota koskevan synteettisen teorian, joka perustui siihen, että näkemisessä aistimukset tulevat valona silmään. Muita merkittäviä optiikasta kirjoittaneita tutkijoita olivat Yaqub al-Kindi (k. 870), Nasir al-Din Tusi (k. 1270) ja Kama al-Diral al-Farisi (k. 1318)."" 
Mekaniikan alalla edistysaskeleita olivat yksinkertaiset koneet. Sellaisia olivat nostolaitteet kuten vivut ja tuulimylly, joita kolme Musa-veljestä tutki 800-luvulla. Myllynsiivet olivat nykyisestä poiketen vaakasuorassa, ja tuuli pääsi puhaltamaan niihin vain yhdeltä suunnalta, mikä pani laitteen muistuttamaan turbiinia. Tämä keksintö tehtiin ilmeisesti koillisessa Persiassa ennen arabivalloitusta. Persiasta tuulimylly levisi koko islamilaiseen maailmaan. Pystysuorassa olevaa tuulimyllyä pidetään kuitenkin puhtaasti eurooppalaisena keksintönä ja sen esikuvana todennäköisimmin antiikin vesimyllyjä. 
Nykyisen Turkin alueella elänyt Al-Jazari (1136–1206) kehitti useita mekaanisia laitteita, joiden joukossa oli primitiivinen kampiakseli. Muita laitteita olivat vaa'at ja mitat, joista Thabit ibn Qurra kirjoitti 800-luvulla kirjassa Kitab al-Qarastun. Mitoista kirjoitti myös al-Biruni 1000-luvulla. 
Matemaattisten instrumenttien kehittämisessä tärkein askel oli astrolabin jatkokehittely. Astrolabi oli kreikkalaisten kehittämä laite tähtitieteellisten havaintojen tekoon. Siitä kehittyi myöhemmin merenkulkijoita palvellut sekstantti. Arabit tekivät astrolabiin muutoksia, joiden avulla voitiin paikantaa Mekan suunta (atsimuutti) rukouksia varten. Andalusiassa astrolabin rakennetta yksinkertaistettiin kaikkiin leveysasteisiin sopivaksi universaaliksi astrolabiksi.
Merkittäviä arabiankielisiä matemaatikkoja.
1000-luku.
1000-luvun alku oli arabialaisen oppineisuuden loistoaikaa, mutta monet merkittävät oppineet kuten Avicenna (980–1037) eivät juuri kirjoittaneet matematiikasta.