ยุคลิด

ยุคลิด
ส่วนหนึ่งจาก สำนักแห่งเอเธนส์ ของราฟาเอล คาดว่าราฟาเอลให้โดนาโต บรามันเตเป็นแบบ
เกิด	ช่วงกลาง 400 ปีก่อนคริสต์ศักราช
เสียชีวิต	ช่วงกลาง 300 ปีก่อนคริสต์ศักราช
มีชื่อเสียงจาก	เรขาคณิตแบบยุคลิด อีลีเมนส์ ขั้นตอนวิธีแบบยุคลิด
อาชีพทางวิทยาศาสตร์
สาขา	คณิตศาสตร์

ยุคลิด (อังกฤษ: Euclid /ˈjuːklɪd/; กรีกโบราณ: Εὐκλείδης – Eukleídēs; fl. 300 BC) บางครั้งถูกเรียกว่า ยุคลิดแห่งอะเล็กซานเดรีย (อังกฤษ: Euclid of Alexandria, เพื่อแยกเขาออกจากยุคลิดแห่งเมการา) เป็นนักคณิตศาสตร์ชาวกรีกโบราณที่มีชีวิตอยู่ในช่วง 300 ปีก่อนคริสต์ศักราช ผลงานที่มีชื่อเสียงที่สุดของยุคลิดคือหนังสือเอเลเมนส์ (The Elements) ซึ่งเป็นหนังสือรวบรวมทฤษฎีบทในคณิตศาสตร์ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งทางเรขาคณิต) และการพิสูจน์โดยวิธีแบบสัจพจน์ ซึ่งได้รับความนิยมอย่างยิ่งจนเป็นตำราเรียนคณิตศาสตร์เล่มสำคัญในอดีตจนถึงศตวรรษที่ 19 ในหนังสือดังกล่าวยุคลิดพิสูจน์ทฤษฎีบทเกี่ยวกับเรขาคณิตที่ในปัจจุบันเรียกว่า เรขาคณิตแบบยุคลิด จากสัจพจน์พื้นฐานเท่านั้น

ประวัติ

มีหลักฐานเกี่ยวกับชีวประวัติของยุคลิดน้อยมาก พรอคลัสที่มีชีวิตราว ค.ศ. 450 หรือ 800 ปีหลังยุคลิด เขียนถึงยุคลิดว่าสอนคณิตศาสตร์ที่อะเล็กซานเดรียในรัชสมัยของทอเลมีที่ 1 ซึ่งปกครองอียิปต์โบราณในช่วง 323-285 ปีก่อนคริสต์ศักราช หลักฐานอีกอย่างของพรอคลัสคือเรื่องเล่าว่าพระเจ้าทอเลมีที่ 1 พระองค์มีรับสั่งถามยุคลิดว่า ‘มีทางลัดสำหรับการเรียนวิชาเรขาคณิตไหม?’ ยุคลิดทูลตอบว่า ‘ไม่มีลาดพระบาทสำหรับการเรียนเรขาคณิต’ (There is no royal road to geometry.) อย่างไรเสียเรื่องดังกล่าวคล้ายกับเรื่องเล่าเหตุการณ์ระหว่าง เมไนคมัส และ อเล็กซานเดอร์มหาราช ทำให้หลักฐานอ่อนลง

หากเชื่อตามพรอคลัส ยุคลิดได้รับอิทธิพลทางปรัชญาจากเพลโต และจะต้องมีอายุอ่อนกว่ายูโดซัสและตีอิตีตัสเพราะได้เขียน เอเลเมนส์ ที่รวมทฤษฎีบทของยูโดซัสและตีอิตีตัสจำนวนหนึ่งไว้ด้วย แต่ต้องมาก่อนอาร์คิมิดีสเพราะชื่อของยุคลิดปรากฏในงานของอาร์คิมิดีส ในภายหลังมีผู้เสนอและบางส่วนยอมรับว่าชื่อของยุคลิดถูกเพิ่มมาภายหลังในงานของอาร์คิมิดีส แต่ปัจจุบันยังเชื่อกันว่ายุคลิดมีชีวิตอยู่ก่อนอาร์คิมิดีส

ชื่อของยุคลิดถูกล่าวถึงอีกครั้งโดยปัปปุสแห่งอะเล็กซานเดรีย (ประมาณ ค.ศ. 320) โดยกล่าวถึงผ่าน ๆ ว่า อะพอลโลเนียส "ใช้เวลาสักพักร่วมกับลูกศิษย์ของยุคลิดแห่งอะเล็กซานเดรีย ด้วยเหตุนี้เขาจึงได้นิสัยช่างคิดค้นคว้า"

จากการขาดชีวประวัติที่ชัดเจนของยุคลิดในหลักฐานยุคกรีกนั้นผิดปกติ (นักคณิตศาสตร์คนอื่นทั้งก่อนและหลังยุคลิดมีชีวประวัติที่สมบูรณ์กว่านี้) ทำให้มีนักประวัติศาสตร์สันนิษฐานว่ายูคลิดไม่มีตัวตนจริง แต่เป็นกลุ่มนักคณิตศาสตร์ที่อาศัยอยู่ที่อะเล็กซานเดรีย อย่างไรก็ดียังขาดหลักฐานสนับสนุนแนวคิดดังกล่าวและนักประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่ายูคลิดมีตัวตนจริง

ผลงาน

รูปปั้นยุคลิดแห่งอเล็กซานเดรียที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติในมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด

ผลงานที่สำคัญของยุคลิดคือการเขียนตำราทางคณิตศาสตร์และดาราศาสตร์ ผลงานที่ยังคงเหลืออยู่ในปัจจุบัน 5 ชิ้นด้วยกัน คือ

• Data  เนื้อหาเกี่ยวกับธรรมชาติและผลจากข้อมูลในโจทย์ปัญหาเรขาคณิต คล้ายกับใน เอเลเมนส์ 4 เล่มแรก
• On Divisions of Figures เกี่ยวข้องกับการแบ่งรูปในระนาบให้ได้ตามสัดส่วนที่กำหนด ประกอบด้วยทฤษฎีบท 36 บท เช่น ทฤษฎีบทที่ 1 ว่าด้วยการสร้างเส้นตรงให้ขนานกับฐานของสามเหลี่ยมและแบ่งสามเหลี่ยมออกเป็นสองส่วนโดยมีพื้นที่เท่ากัน เป็นต้น ต้นฉบับหลงเหลือเฉพาะฉบับแปลเป็นภาษาอาหรับ
• Phaenomena กล่าวถึงดาราศาสตร์ทรงกลม
• Optics ว่าด้วยทัศนมิติและการมองเห็น เป็นงานเขียนภาษากรีกเล่มแรกสุดที่ยังหลงเหลือถึงปัจจุบันเกี่ยวกับเรื่องดังกล่าว
• Elements หรือ เอเลเมนส์  เป็นตำราทางเรขาและคณิตศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดของยุคลิด

นอกจากนี้ยังมีงานของยุคลิดที่ปัจจุบันสูญหายไปแล้ว เช่น Conics ซึ่งภายหลังอะพอลโลเนียสได้เขียนแต่งเติมจนเป็นตำราที่มีชื่อเสียงที่สุดของเขา

เอเลเมนส์ ของยุคลิด

หนังสือรวมผลงานที่เหลืออยู่ของยุคลิด (Euclidis quae supersunt omnia, 1703)

ดูเพิ่ม: เอเลเมนส์

เอเลเมนส์ เป็นผลงานที่มีชื่อเสียงที่สุดของยุคลิด ถึงแม้ว่าหลายทฤษฎีบทใน เอเลเมนส์ จะเป็นที่รู้จักมาก่อนแล้ว แต่ยุคลิดนำเสนอทฤษฎีบทจำนวนมากอย่างรัดกุมและเป็นระบบ ระบบพิสูจน์ทฤษฎีบทใน เอเลเมนส์ ยังเป็นพื้นฐานของคณิตศาสตร์ในปัจจุบัน เอเลเมนส์ มีหลายฉบับ เพราะได้รับการเขียนแต่งเติมโดยนักคณิตศาสตร์หลายท่าน ฉบับที่เป็นที่นิยมที่สุดโดยเธออนแห่งอะเล็กซานเดรีย ถึงแม้พรอคลัสเป็นผู้ระบุว่ายุคลิดเขียน เอเลเมนส์ แต่ไม่มีคำกล่าวถึงยุคลิดในต้นฉบับแรก ๆ ที่ยังหลงเหลืออยู่ของ เอเลเมนส์ เกือบทุกฉบับเขียนว่า "from the edition of Theon" (จากฉบับของเธออน) หรือ "lectures of Theon" (จากคำบรรยายของเธออน) ฉบับของหอสมุดวาติกันเป็นฉบับที่ไม่ได้มาจากฉบับที่แต่งเพิ่มโดยเธออน แต่ก็ไม่มีชื่อผู้แต่งว่าเป็นยุคลิด

หนังสือ เอเลเมนส์ แบ่งออกเป็นหนังสือได้ 13 เล่ม ใน 6 เล่มแรกเป็นผลงานเกี่ยวกับเรขาคณิต เล่ม 7, 8 และ 9 เป็นเรื่องราวเกี่ยวกับทฤษฎีจำนวน เล่ม 10 เป็นเรื่องราวเกี่ยวกับทฤษฎีที่ว่าด้วยจำนวนอตรรกยะ เล่ม 11, 12 และ 13 เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตในสามมิติและเรขาคณิตทรงตัน เรขาคณิตในหนังสือ เอเลเมนส์ เป็นเรขาคณิตบนระนาบซึ่งเชื่อกันมานานว่าเป็นเรขาคณิตแบบเดียวที่เป็นไปได้ จนกระทั่งการค้นพบเรขาคณิตนอกแบบยุคลิดในศตวรรษที่ 19

นอกจากเรขาคณิตแล้ว ทฤษฎีจำนวนก็เป็นหัวข้อสำคัญใน เอเลเมนส์ ตัวอย่างทฤษฎีบทที่มี เช่น ทฤษฎีบทที่ว่าจำนวนเฉพาะมีมากมายนับไม่ถ้วน ความสัมพัทธ์ระหว่างจำนวนสมบูรณ์กับจำนวนเฉพาะแมร์แซนน์ บทตั้งของยุคลิดเกี่ยวกับการหาตัวประกอบ และขั้นตอนวิธีแบบยุคลิดที่ใช้หาตัวหารร่วมมากของจำนวนเต็มสองจำนวน

ลักษณะสำคัญของ เอเลเมนส์

1. หนังสือ Elements ถือว่าเป็นต้นแบบของระบบคณิตศาสตร์ในปัจจุบัน กล่าวคือในหนังสือ Elements ยุคลิดได้กำหนดข้อตกลงขึ้น 10 ประการ ยุคลิดเรียกข้อตกลง 5 ประการแรกว่าสัจพจน์ (Axioms) หรือคอมมอนโนชั่น (Common Notions) ซึ่งหมายถึงสิ่งที่เห็นได้จริงโดยไม่ต้องมีการพิสูจน์ในคณิตศาสตร์ทุกแขนง ส่วนข้อตกลง 5 ประการหลังยุคลิดเรียกว่าพอสจูเลต (Postulates) หมายถึงสิ่งที่เห็นได้จริงโดยไม่ต้องพิสูจน์ในทางเรขาคณิต ข้อตกลงดังกล่าวมีดังนี้

A1  สิ่งทั้งหลายที่เท่ากับสิ่งเดียวกัน สิ่งเหล่านั้นย่อมเท่ากัน

A2  สิ่งที่เท่ากัน เมื่อถูกเพิ่มด้วยสิ่งที่เท่ากัน ผลย่อมเท่ากัน

A3  สิ่งที่เท่ากัน เมื่อถูกหักออกด้วยสิ่งที่เท่ากัน ผลย่อมเท่ากัน

A4  สิ่งที่ทุกอย่างร่วมกันย่อมเท่ากัน

A5  ส่วนรวมย่อมใหญ่กว่าส่วนย่อย

P1  ลากเส้นตรงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้

P2  ต่อเส้นตรงที่มีความยาวจำกัดออกไปเรื่อย ๆ

P3  เขียนวงกลมได้เมื่อกำหนดจุดศูนย์กลางและระยะทางใด ๆ

P4  มุมฉากทุกมุมย่อมเท่ากัน

P5  ถ้าเส้นตรงเส้นหนึ่ง ผ่านเส้นตรง 2 เส้น ทำให้มุมภายในที่อยู่ด้านเดียวกันรวมกันน้อยกว่า 2 มุมฉาก แล้วเส้นตรงสองเส้นจะตัดกันทางด้านที่มีมุมรวมกันน้อยกว่า 2 มุมฉาก ถ้าลากเส้นนั้นต่อไปเรื่อยๆ^[2]

จากข้อตกลงทั้ง 10 ประการนี้ ยุคลิดสามารถนำไปสร้างทฤษฎีบทได้ 465 ทฤษฎี โดยใช้วิธีการที่เรียกว่า “การสังเคราะห์” ด้วยการนำบทนิยามหรือทฤษฎีที่รู้แล้ว ประกอบกับการให้เหตุผลเชิงตรรกศาสตร์ ไปสร้างข้อสรุปหรือทฤษฎีบทใหม่ที่มีความซับซ้อนมากขึ้น ต่อจากนั้นจึงได้ใช้วิธีการวิเคราะห์พิสูจน์ข้อสรุปหรือทฤษฎีบทเหล่านั้นว่าเป็นจริง

2. ยุคลิดให้นิยามคำศัพท์ทุกคำที่ต้องใช้ในหนังสือ Elements เช่น คำว่าจุด เส้น ระนาบ เป็นต้น

3. การพิสูจน์ที่ปรากฏในหนังสือ Elements ยุคลิดได้พยายามใช้หลักเกณฑ์อย่างเคร่งครัด นอกจากนี้การพิสูจน์ทฤษฎีบทบางบท จัดได้ว่าเป็นวิธีการให้เหตุผลเชิงคณิตศาสตร์ที่สละสลวยและสวยงาม จนถือเป็นแบบฉบับมาจนทุกวันนี้ เช่น การพิสูจน์ว่า จำนวนเฉพาะมีจำนวนไม่จำกัด เป็นต้น^[3]

หนังสือ Elements มีทั้งหมด 13 เล่ม ซึ่งมีเนื้อหาส่วนใหญ่เกี่ยวกับเรขาคณิต แต่ก็มีการกล่าวถึงพีชคณิต เรขาคณิตเชิงพีชคณิตเบื้องตน และทฤษฎีจำนวนเบื้องต้น เนื้อหาส่วนใหญ่เป็นผลงานของคนอื่น แต่ทว่ายุคลิดได้นำผลงานของนักปราชญ์คนอื่น ๆ ในสมัยก่อน ๆ มารวบรวมเข้าด้วยกันอย่างมีระบบ และเป็นลำดับเหตุผลต่อเนื่องกัน ซึ่งเนื้อหาของทั้ง 13 เล่ม มีรายละเอียดโดยสังเขปดังนี้

เล่ม 1  ประกอบไปด้วยบทนิยาม 13 นิยาม สัจพจน์ 10 ข้อ ยุคลิดเรียกสัจพจน์ 5 ข้อแรกว่า Postulates และ 5 ข้อหลังเรียกว่า Common notion และทฤษฎีบทอีก 48 ทฤษฎีบท ซึ่งรวมถึงทฤษฎีปีทาโกรัสและบทกลับเอาไว้ด้วย

เล่ม 2  เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูป พื้นที่ของรูปต่าง ๆ และพีชคณิตเชิงเรขาคณิตของปีทาโกรัส

เล่ม 3  เป็นทฤษฎีบทเกี่ยวกับวงกลม คอร์ด เส้นสัมผัสวงกลมและการวัดมุมต่าง ๆ

เล่ม 4   เป็นการอภิปรายผลงานของโรงเรียนปีทาโกเรียน เรื่อง การสรางรูปหลายเหลี่ยมด้านเท่าโดยใช้วงเวียนและสันตรง

เล่ม 5 ยุคลิดนำแนวคิดของยูโดซุสมาอธิบายเรื่องทฤษฎีสัดส่วนได้อย่างดีเยี่ยม และนำการประยุกต์ในการหาขนาด ซึ่งแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นจากการค้นพบจำนวนอตรรกยะ

เล่ม 6 นำทฤษฎีสัดส่วนของยูโดซุสมาใช้กับเรขาคณิตในระนาบเกี่ยวกับทฤษฎีบทของรูปสามเหลี่ยมคล้าย

เล่ม 7 ทฤษฎีจำนวน: การจำแนกจำนวนเป็นจำนวนคู่ จำนวนคี่ จำนวนเฉพาะ และจำนวนนสมบูรณ์ (Perfect Number) ตัวหารร่วมมาและตัวคูณร่วมน้อย

เล่ม 8 สัดส่วนต่อเนื่อง

เล่ม 9   เกี่ยวกับทฤษฎีจำนวนต่อจากเล่ม 7 และ 8 ทฤษฎีที่มีชื่อเสียงของเล่มนี้คือ จำนวนเฉพาะมีจำนวนไม่จำกัด

เล่ม 10    เกี่ยวกับเรขาคณิตที่เกี่ยวกับจำนวนอตรรกยะ

เล่ม 11    ความรู้เกี่ยวกับเรขาคณิตสามมิติที่สมนัยกับเล่ม 1

เล่ม 12    เรื่องปริมาตรและทฤษฎีบทของยูโดซุสเกี่ยวกับระเบียบวิธีเกษียณ (Method of exhaustion) ซึ่งเป็นพื้นฐานนำไปสู่เรื่องลิมิต (Limit)

เล่ม 13    เกี่ยวกับการสร้างรูปทรงสามมิติ

บรรณานุกรม

• "Euclid (Greek mathematician)". Encyclopædia Britannica, Inc. 2008. สืบค้นเมื่อ 2008-04-18.
• Artmann, Benno (1999). Euclid: The Creation of Mathematics. New York: Springer. ISBN 0-387-98423-2.
• Ball, W.W. Rouse (1960) [1908]. A Short Account of the History of Mathematics (4th ed.). Dover Publications. pp. 50–62. ISBN 0-486-20630-0.
• Boyer, Carl B. (1991). A History of Mathematics (2nd ed.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-54397-7.
• Heath, Thomas (ed.) (1956) [1908]. The Thirteen Books of Euclid's Elements. Vol. 1. Dover Publications. ISBN 0-486-60088-2. {{cite book}}: |first= มีชื่อเรียกทั่วไป (help)
• Heath, Thomas L. (1908), "Euclid and the Traditions About Him เก็บถาวร 2010-01-27 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน", in Euclid, Elements (Thomas L. Heath, ed. 1908), 1:1–6, at Perseus Digital Library เก็บถาวร 2010-01-27 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน.
• Heath, Thomas L. (1981). A History of Greek Mathematics, 2 Vols. New York: Dover Publications. ISBN 0-486-24073-8 / ISBN 0-486-24074-6.
• Kline, Morris (1980). Mathematics: The Loss of Certainty. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-502754-X.
• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Euclid of Alexandria", MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews
• Proclus, A commentary on the First Book of Euclid's Elements, translated by Glenn Raymond Morrow, Princeton University Press, 1992. ISBN 978-0-691-02090-7.
• Struik, Dirk J. (1967). A Concise History of Mathematics. Dover Publications. ISBN 486-60255-9. {{cite book}}: ตรวจสอบค่า |isbn=: length (help)

หนังสืออ่านเพิ่ม

• DeLacy, Estelle Allen (1963). Euclid and Geometry. New York: Franklin Watts.
• Knorr, Wilbur Richard (1975). The Evolution of the Euclidean Elements: A Study of the Theory of Incommensurable Magnitudes and Its Significance for Early Greek Geometry. Dordrecht, Holland: D. Reidel. ISBN 90-277-0509-7.
• Mueller, Ian (1981). Philosophy of Mathematics and Deductive Structure in Euclid's Elements. Cambridge, MA: MIT Press. ISBN 0-262-13163-3.
• Reid, Constance (1963). A Long Way from Euclid. New York: Crowell.
• Szabó, Árpád (1978). The Beginnings of Greek Mathematics. A.M. Ungar, trans. Dordrecht, Holland: D. Reidel. ISBN 90-277-0819-3.
• มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ บางเขน. ภาควิชาคณิตศาสตร์. (2530). ประวัตินักคณิตศาสตร์. กรุงเทพฯ: สมาคมคณิตศาสตร์แห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์.
• มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช. สาขาศึกษาศาสตร์. (2543). เอกสารการสอนชุดวิชาคณิตศาสตร์ 4 หน่วยที่ 1–8 = Mathematics 4. พิมพ์ครั้งที่ 7. นนทบุรี: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช.
• สมพร เรืองโชติวิทย์. (2523). รากฐานเรขาคณิต. กรุงเทพฯ: ภาควิชาคณิตศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ บางเขน.
• อัควีร์ มัธยมจันทร์. (2544, พฤศจิกายน). “เปิดปูมประวัติคณิตศาสตร์,” อัปเดต. 17(171): 34–37.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Euclid's Elements, All thirteen books, with interactive diagrams using Java. Clark University
• Euclid's Elements เก็บถาวร 2014-04-19 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, with the original Greek and an English translation on facing pages (includes PDF version for printing). University of Texas.
• Euclid's Elements, books I-VI, in English pdf, in a Project Gutenberg Victorian textbook edition with diagrams.
• Euclid's Elements, All thirteen books, in several languages as Spanish, Catalan, English, German, Portuguese, Arabic, Italian, Russian and Chinese.
• Elementa Geometriae 1482, Venice. From Rare Book Room.
• Elementa 888 AD, Byzantine. From Rare Book Room.
• Euclid biography by Charlene Douglass With extensive bibliography.
• Texts on Ancient Mathematics and Mathematical Astronomy PDF scans (Note: many are very large files). Includes editions and translations of Euclid's Elements, Data, and Optica, Proclus's Commentary on Euclid, and other historical sources.