las matemáticas en la edad media

2.1 las matemáticas en india y china 

La India y las matemáticas

Son muy escasos los documentos de tipo matemático que han llegado a nuestras manos, pese a tener constancia del alto nivel cultural de esta civilización. Aun más que en el caso de China, existe una tremenda falta de continuidad en la tradición matemática hindú y al igual que ocurría con las tres civilizaciones anteriores, no existe ningún tipo de formalismo teórico.

 Los primeros indicios matemáticos se calculan hacia los siglos VIII-VII a.C, centrándose en aplicaciones geométricas para la construcción de edificios religiosos y también parece evidente que desde tiempos remotos utilizaron un sistema de numeración posicional y decimal.

Fue, sin embargo, entre los siglos V-XII d.C cuando la contribución a la evolución de las matemáticas se hizo especialmente interesante, destacando cuatro nombres propios: Aryabhata (s.VI), Brahmagupta (s.VI), Mahavira (s. IX) y Bhaskara Akaria (s.XII).

 La característica principal del desarrollo matemático en esta cultura, es el predominio de las reglas aritméticas de cálculo, destacando la correcta utilización de los números negativos y la introducción del cero, llegando incluso a aceptar como números validos las números irracionales.

Profundizaron en la obtención de reglas de resolución de ecuaciones lineales y cuadráticas, en las cuales las raíces negativas eran interpretadas como deudas. Desarrollaron también, sin duda para resolver problemas astronómicos, métodos de resolución de ecuaciones diofánticas, llegando incluso a plantear y resolver (s.XII) la ecuación x²=1+ay², denominada ecuación de Pelt.

Como resumen acabaremos diciendo que en la historia de la India se encuentran suficientes hechos que ponen en evidencia la existencia de relaciones políticas y económicas con los estados griegos, egipcios, árabes y con China. Matemáticamente se considera indiscutible la

procedencia hindú del sistema de numeración decimal y las reglas de cálculo.

China y las matemáticas

Aunque la civilización china es cronológicamente comparable a las civilizaciones egipcia y mesopotámica, los registros existentes son bastante menos fiables.

La primera obra matemática es "probablemente" el Chou Pei (horas solares) ¿1200 a.C.? y junto a ella la más importante es "La matemática de los nueve libros" o de los nueve capítulos. Esta obra, de carácter totalmente heterogéneo, tiene la forma de pergaminos independientes y están dedicados a diferentes temas de carácter eminentemente práctico formulados en 246 problemas concretos, a semejanza de los egipcios y babilónicos y a diferencia de los griegos cuyos tratados eran expositivos, sistemáticos y ordenados de manera lógica.

Los problemas resumen un compendio de cuestiones sobre agricultura, ingeniería, impuestos, cálculo, resolución de ecuaciones y propiedades de triángulos rectángulos.

El sistema de numeración es el decimal jeroglífico. Las reglas de las operaciones son las habituales, aunque destaca como singularidad, que en la división de fracciones se exige la previa reducción de éstas a común denominador.

Dieron por sentada la existencia de números negativos, aunque nunca los aceptaron como solución a una ecuación

La contribución algebraica más importante es, sin duda, el perfeccionamiento alcanzado en la regla de resolución de sistemas de ecuaciones lineales. Para todos los sistemas se establece un método genérico de resolución muy similar al que hoy conocemos como método de Gauss, expresando incluso los coeficientes en forma matricial, transformándolos en ceros de manera escalonada.

Inventaron el "tablero de cálculo", artilugio consistente en una colección de palillos de bambú de dos colores (un color para expresar los números positivos y otro para los negativos) y que podría ser considerado como una especie de ábaco primitivo.

Esta orientación algorítmica de las matemáticas en la China Antigua, se mantiene hasta mediados del siglo XIV debido fundamentalmente a las condiciones socio-económicas de esta sociedad.

Con el desarrollo del "método del elemento celeste" se culminó el desarrollo del álgebra en China en la edad media. Este método, desarrollado por Chou Shi Hié, permitía encontrar raíces no sólo enteras, sino también racionales, e incluso aproximaciones decimales para ecuaciones de la forma Pn(x)=a₄x⁴+a₃x³+a₂x²+a₁x+a_o .

El método del elemento celeste es equivalente al que en Occidente denominamos "método de Horner", matemático que vivió medio siglo más tarde.

Otro gran logro de la época medieval fue la suma de progresiones desarrollado por Chon Huo (s. XI) y Yang Hui (s.XIII). Unido a estas sumas de progresiones se establecieron elementos sólidos en la rama de la combinatoria, construyendo el llamado "espejo precioso" de manera similar al que hoy conocemos como triángulo de Tartaglia o Pascal.

No se puede decir que la geometría fuese el punto fuerte de la cultura china, limitándose principalmente a la resolución de problemas sobre distancias y semejanzas de cuerpos.

Aproximadamente a mediados del siglo XIV comenzó en China un largo periodo de estancamiento.

2.2 Matemática en el islam medieval

La matemática en el Islam medieval también conocida como matemática árabe o matemática musulmán se enriqueció en forma creciente a medida que los musulmanes conquistaron territorios. Con rapidez inusitada, el imperio islámico se expandió en todo el territorio que se extiende por las orillas del Mediterráneo, desde Persia hasta los Pirineos.

desarrollos y contexto histórico 

En 642 los árabes ocuparon Alejandría, con lo que recogieron la huella de la cultura griega, para después prolongarla y perfeccionarla.

Los antecedentes de los desarrollos matemáticos que comenzaron en Bagdad alrededor del año 800 no son aún demasiado claros. Ciertamente que hubo una poderosa influencia proveniente de los matemáticos de la India, cuyo temprano desarrollo de la notación posicional y uso del cero, revistieron gran importancia. Allí comenzó un período de progreso matemático con el trabajo de al-Jwarizmi y la traducción de los textos griegos.

En 762 Al-Mansur, el décimo califa se instaló en Bagdad. Recogiendo los restos de la ciencia alejandrina, convirtió a Bagdad en una capital científica. Harún al-Rashid, quinto califa de la dinastía Abásida, comenzó su reinado el 14 de septiembre de 786. Promovió la investigación científica y la erudición. Las primeras traducciones de textos griegos al árabe, como los Elementos de Euclides por al-Hajjaj, fueron hechas durante su reinado. El séptimo califa, Abd Allah al-Ma'mun, alentó la búsqueda del conocimiento científico aún más que su padre al-Rashid, estableciendo en Bagdad una institución de investigación y traducción: la Casa de la Sabiduría (Bayt al-Hikma). Allí trabajaron al-Kindi y los tres hermanos Banu Musa, así como el famoso traductor Hunayn ibn Ishaq.

En la Casa se tradujeron las obras de Euclides, Diofanto, Menelao, Arquímedes, Ptolomeo, Apolonio, Diocles, Teodosio,Hipsicles y otros clásicos de la ciencia griega. Es necesario enfatizar que estas traducciones fueron hechas por científicos, no por expertos en lenguas ignorantes de las matemáticas, y la necesidad de estas traducciones fue estimulada por las investigaciones más avanzadas de la época.

Uno de los avances más significativos llevados a cabo por los matemáticos del islam (y, sin duda, uno de los más trascendentes en toda la historia de la ciencia) tuvo origen en esa época, con los trabajos de Abu Yafar Mohamed ibn Musa al-Jwarizmi: el álgebra. Es importante entender que la nueva idea representaba un apartamiento revolucionario del concepto geometricista de los griegos. El álgebra era una teoría unificadora que permitió que los números racionales, los irracionales, las magnitudes geométricas, etc. fuesen tratados como «objetos algebraicos». Ella abrió caminos de desarrollo matemático hasta entonces desconocidos; como señala Rashed:⁴

Los sucesores de al-Jwarizmi emprendieron una aplicación sistemática de la aritmética al álgebra, del álgebra a la aritmética, de ambas a la trigonometría, del álgebra a la teoría de números euclidiana, del álgebra a la geometría, y de la geometría al álgebra. Fue así como se crearon el álgebra polinomial, el análisis combinatorio, el análisis numérico, la solución numérica de ecuaciones, la nueva teoría elemental de números, y la construcción geométrica de ecuaciones.

Alrededor de 40 años después de al-Jwarizmi, aparecerán los trabajos de al-Mahani (nacido en 820), quien concibió la idea de reducir los problemas geométricos como el de la duplicación del cubo a problemas de álgebra. Abu Kamil, nacido en 850, constituye un vínculo importante en el desarrollo del álgebra entre al-Jwarizmi y al-Karaji. Pese a no usar símbolos (escribía en palabras las potencias de ) fue quien comenzó a entender lo que en símbolos actuales escribiríamos como . Nótese que los símbolos no habrán de aparecer en las matemáticas del islam hasta mucho después. Ibn al-Banna y al-Qalasadi usaban símbolos en el siglo XV, y es sabido que fueron empleados al menos un siglo antes que estos cientíicos los usaran (en Occidente aparecerían por primera vez en 1591, es decir, no menos de dos siglos más tarde. Su «invención» se atribuye al matemático francés François Viète.

Abu Bekr ibn Muhammad ibn al-Husayn al-Karaji, nacido en 953, es probablemente el primero en liberar completamente al álgebra de las operaciones geométricas y remplazarlas por el tipo de operaciones aritméticas que constituyen el corazón del álgebra actual. Fue el primero en definir los monomios ; y , y proporcionar reglas para el producto de dos cualesquiera de ellos. Inició una escuela algebraica que florecería por varios siglos. Cerca de doscientos años después, un importante miembro de la escuela de al-Karaji, al-Samawal (nacido en 1130) fue el primero en dar al nuevo tópico del álgebra una descripción precisa, cuando escribió que ella se ocupaba

2.3 las matemáticas en Europa

temprana edad media (500-1100)

Boethius siempre tuvo un lugar para las matemáticas en el plan de estudios cuando se acuñó el término "quadrivium" para describir el estudio de la aritmética, la geometría, la astronomía, y la música. Él escribió De institutione arithmetica, una traducción libre del griego de la Introducción a la Aritmética de Nicomachus; De institutione musica, también procedente de fuentes griegas, y una serie de extractos de la Geometría de Euclides. Sus obras fueron teóricas, más que prácticas, y fueron la base del estudio matemático hasta la recuperación de las obras matemáticas griegas y árabes.

renacimiento de las matemáticas en Europa

 En el siglo XII, los estudiosos europeos viajaron a España y Sicilia en busca de textos científicos árabes, incluyendo el al-Jabr wa-al-Muqabilah del matemático Al-Khwarizmi, traducido al latín por Robert de Chester, y el texto completo de los Elementos de Euclides, traducidos en varias versiones por Adélard de Bath, Herman de Carintia, y Gerard de Cremona.

Estas nuevas fuentes provocaron una renovación de la matemática. Fibonacci, con el Liber Abaci, escrito en 1202 y actualizado en 1254, elaboró las primeras matemáticas significativas en Europa desde la época de Eratóstenes, un lapsus de más de un millar de años. Su trabajo introdujo la numeración arábico-hindú en Europa, y se debatieron muchos otros problemas matemáticos.

El siglo XIV vio el desarrollo de nuevos conceptos matemáticos para investigar una amplia gama de problemas. Un área importante que contribuyó al desarrollo de la matemática fue el del análisis del movimiento local. Thomas Bradwardine propone que la velocidad (v) aumenta en progresión aritmética mientras que la razón entre la fuerza (F) y la resistencia (R) aumentan en progresión geométrica. Bradwardine expresó esto por medio de una serie de ejemplos concretos, pero, aunque el logaritmo todavía no se había concebido, podemos expresar su conclusión anacrónicamente de la siguiente forma:

El análisis de Bradwardine es un ejemplo de como la técnica utilizada por al-Kindi y Arnald de Villanova para cuantificar la naturaleza de los medicamentos compuestos, se traslada a un problema físico diferente.

Uno de los calculadores de Oxford del siglo XIV, William Heytesbury, carente de cálculo diferencial y del concepto de límite, propuso para medir la velocidad instantánea "de la ruta que describe un cuerpo si se traslada de manera uniforme con la misma rapidez con que se mueve en ese instante dado"

Heytesbury y otros determinaron matemáticamente la distancia recorrida por un cuerpo en movimiento uniformemente acelerado (lo que nosotros hoy resolveríamos mediante una simple integral), afirmando que "un cuerpo en movimiento que adquiere o pierde de manera uniforme ese incremento de velocidad recorrerá en un momento dado una distancia completamente igual a la que recorrería si se desplazase de forma continua durante el mismo tiempo con la media de la velocidad".

Nicole Oresme de la Universidad de París y el italiano Giovanni di Casali proporcionaron de manera independientemente demostraciones de esta relación, afirmando que el área bajo la línea que representa la aceleración constante, representaba la distancia total recorrida. En un comentario posterior sobre las matemáticas de la Geometría de Euclides , Oresme hizo un más detallado análisis general en el que demostró que un cuerpo adquirirá en cada sucesivo incremento de tiempo un incremento de cualquier cualidad que aumenta como los números impares. Como Euclides había demostrado que la suma de los números impares son los números cuadrados, el total de la calidad adquirida por el cuerpo aumenta como el cuadrado del tiempo