A História Da Trigonometria 50636

Universidade do Estado do Pará Centro de Ciências Sociais e Educação Departamento de Matemática, Estatística e Informática Licenciatura Plena em Matemática Alunas: Cristiane do S. F. dos Santos; Keila dos S. Ferreira Orientador(a): Prof. Rose Jucá

A HISTÓRIA DA TRIGONOMETRIA

Belém/Pa 2009

Introdução A origem da trigonometria é incerta, mas indicações sugerem que foi na matemática grega, por volta do século IV ou V a. C. No entanto, como os outros ramos da Matemática, não foi obra de um só homem ou uma só nação. Ela surgiu devido as necessidades da Astronomia, a fim de prever as efemérides celestes, para calcular a localização e o tempo, e para ser utilizada na Navegação, na Agrimensura e na Geografia. Daí seu início se deu em triângulos esféricos. Mas para isso se fez necessário o desenvolvimento de parte da Trigonometria Plana. Foram os persas que realizaram o primeiro trabalho no qual a trigonometria plana apareceu como uma ciência por ela própria, desvinculada da Astronomia que posteriormente seria retomado na Europa estabelecendo assim a trigonometria como um ramo da Matemática. Neste trabalho falaremos um pouco da trigonometria esférica fazendo um esboço das raízes da trigonometria desde as tabelas de sombras.

A HISTÓRIA DA TRIGONOMETRIA Antes de iniciar nosso estudo sobre a origem da trigonometria devemos perceber o significado dessa palavra. A palavra trigonometria vem do grego tri – três, gono – ângulo e metrien – medida, significando medida de triângulos. Trata-se, assim, do estudo das relações entre os lados e os ângulos de um triangulo. Para considerar a gênese, devemos discutir qual o significado que daremos ao termo Trigonometria. Se o tomarmos como a ciência analítica estudada

atualmente,

teremos

a

origem

no

século

XVII,

após

o

desenvolvimento do simbolismo algébrico. Mas, se o considerarmos para significar a geometria acoplada à astronomia, as origens remontarão aos trabalhos de Hiparco, no século II a.C., embora existam traços anteriores de seu uso. Se o considerarmos, ainda, para significar literalmente “medida do triângulo”, a origem será no segundo ou terceiro milênio antes de Cristo. A trigonometria, mais que qualquer ramo da matemática, desenvolveu-se no mundo antigo a partir de necessidades praticas, principalmente ligadas à Astronomia, Agrimensura e Navegação. Apresentaremos alguns povos que contribuíram para o surgimento da trigonometria. 1. As raízes da Trigonometria Os primeiros indícios de rudimentos de trigonometria surgiram, tanto no Egito quanto na Babilônia, a partir do cálculo de razões números

e

semelhantes.

entre No

lados Egito,

de isto

triângulos pode

ser

observado no Papiro Ahmes, conhecido como

Papiro

Rhind,

que

data

de

aproximadamente 1650 a.C., e contém 84 problemas, dos quais quatro fazem menção ao seqt de um triângulo.

Ahmes não foi claro ao expressar o significado desta palavra, mas, pelo contexto, pensa-se que seqt de uma pirâmide regular seja equivalente, hoje, à cotangente do ângulo OMV (ver figura abaixo).

Figura 1: O seqt Egípcio

Seja OV  40 e OM  80 , então o seqt 

80 , isto é: seqt  2 . 40

Na construção das pirâmides era essencial manter uma inclinação constante das faces, o que levou os egípcios a introduzirem o conceito de seqt, que representava a razão entre afastamento horizontal e elevação vertical. Além da utilização da trigonometria nas medições das pirâmides, apareceu no Egito (1500 a.C. aproximadamente) a idéia de associar sombras projetadas por uma vara vertical a seqüências numéricas, relacionando seus comprimentos com horas do dia (relógio de sol). Poderíamos dizer então que essas idéias estavam anunciando a chegada, séculos depois, das funções tangente e cotangente. Os predecessores da tangente e da cotangente, no entanto, surgiram de modestas necessidades de medição de alturas e distâncias. Como já foi mencionado, os primeiros vestígios de trigonometria surgiram não só no Egito, mas também na Babilônia. Os babilônios tinham grande interesse pela Astronomia, tanto por razoes religiosas, quanto pelas conexões com o calendário e as épocas de plantio. É impossível estudar as fases da Lua, os pontos cardeais e as estações do ano sem usar triângulos, um sistema de unidades de medidas e uma escala. Os babilônios foram excelentes astrônomos e influenciaram os povos posteriores. Eles construíram no século 28 a.C., durante o reinado de Sargon, um calendário astrológico e elaboraram, a partir do ano 747 a.C., uma tábua de eclipses lunares. Este calendário e estas tábuas chegaram até os nossos dias.

Parece ter existido uma relação entre o conhecimento matemático dos egípcios e dos babilônios. Ambos, por exemplo, usavam as frações de numerador 1. Também é plausível supor que os povos posteriores tivessem conhecimento da trigonometria primitiva egípcia. Um importante conceito no desenvolvimento da Trigonometria é o conceito de ângulo e de como efetuar sua medida, uma vez que ele é fundamental em diversas situações, como na compreensão das razões trigonométricas em um triângulo retângulo (números que dependem dos ângulos agudos do triangulo e não da particular medida dos lados). Existem evidências de tentativas de medi-los, em datas muito remotas, pois chegaram até nossos dias fragmentos de círculos que parecem ter feito parte de astrolábios primitivos, provavelmente usados com propósito de medições. Uma trigonometria primitiva também foi encontrada no Oriente. Na China, no reinado de Chóupei Suan-King, aproximadamente 1110 a.C., os triângulos retângulos eram freqüentemente usados para medir distâncias, comprimentos e profundidades. Existem evidencias tanto no conhecimento das relações trigonométricas quanto do conceito de ângulo e a forma de medi-los, mas, infelizmente não temos registro de como eram feitas as medições e quais as unidades de medida usadas. Na literatura chinesa encontramos certa agem que podemos traduzir por: “O conhecimento vem da sombra, a sombra vem do gnômon”, o que mostra que a trigonometria plana primitiva já era conhecida na China no segundo milênio a.C. No mundo Ocidental, o saber dos egípcios foi seguido pelo dos gregos. É reconhecido que, se os egípcios foram seus mestres, não tardou para que estes fossem superados pelos discípulos. Na Grécia a Matemática teve um grande desenvolvimento, e a civilização grega ou a servir de preceptora a todas as outras nações. Antes de prosseguir nosso estudo sobre a origem da trigonometria, em especial a plana, vale fazer um resumo do que vem ser a trigonometria esférica.

A trigonometria Esférica A trigonometria surgiu devido as necessidades da Astronomia de prever as efemérides celestes, para calcular a localização e o tempo, e para ser utilizada na Navegação, na Agrimensura e na Geografia. Daí seu início se deu em triângulos esféricos. A astronomia esférica, ou astronomia de posição, diz respeito fundamentalmente às direções na qual os astros são vistos, sem se preocupar com sua distância. É conveniente expressar essas direções em termos das posições sobre a superfície de uma esfera - a Esfera Celeste. Essas posições são medidas unicamente em ângulos. Dessa forma, o raio da esfera, que é totalmente arbitrário, não entra nas equações.

Definições básicas: Se um plano a pelo centro de uma esfera, ele a dividirá em dois hemisférios idênticos, ao longo de um grande círculo, ou círculo máximo. Qualquer plano que corta a esfera sem ar pelo seu centro a intercepta em um círculo menor ou pequeno. Quando dois círculos máximos se interceptam em um ponto, formam entre si um ângulo esférico. A medida de um ângulo esférico é igual á medida do ângulo plano entre as tangentes dos dois arcos que o formam. Um

ângulo

esférico

também

é

medido

pelo

arco

esférico

correspondente, que é o arco de um círculo máximo contido entre os dois lados do ângulo esférico e distantes 90º de seu vértice. A medida de um arco esférico, por sua vez, é igual ao ângulo que ele subentende no centro da circunferência.

Triângulos esféricos

Um triângulo esférico não é qualquer figura de três lados sobre a esfera; seus lados devem ser arcos de grandes círculos, ou seja, arcos esféricos. Denotamos os ângulos de um triângulo esférico por letras maiúsculas (A,B,C), e os seus lados por letras minúsculas (a,b,c). Propriedades dos triângulos esféricos: 1) A soma dos ângulos de um triângulo esférico é sempre maior que 180º, e menor do que 540º, e não é constante, dependendo do triângulo. De fato, o excesso a 180º é diretamente proporcional à área do triângulo. 2) A soma dos lados de um triângulos esférico é maior do que zero e menor do que 180º. 3) Os lados maiore estão opostos aos ângulos maiores no triângulo. 4) A soma de dois lados do triângulo é sempre maior do que o terceiro lado, e a diferença é sempre menor. 5) Cada um dos lados do triângulo é menor do que 180º, e isso se aplica também aos ângulos. Ao contrário da trigonometria plana, não é suficiente conhecer dois ângulos para resolver o triângulo. É sempre necessário conhecer no mínimo três elementos: ou três ângulos, ou três lados, ou dois lados e um ângulo, ou um ângulo e dois lados.

2. A trigonometria na Grécia Segundo o historiador Heródoto (490-420 a.C.), foram os gregos que deram o nome gnômon ao relógio de sol que chegou até eles através dos babilônios, embora já tivesse sido utilizado pelos egípcios antes de 1500 a.C.

O mais antigo gnômon que temos conhecimento é que chegou até nossos dias, está no museu de Berlim. Ele evidencia e reforça a hipótese de que a trigonometria foi uma ferramenta essencial para observação dos fenômenos astronômicos pelos povos antigos, uma vez que a documentação relativa a esse período é praticamente inexistente.

Figura 2: O Gnômon

O gnômon era uma vareta (GN na figura 2) que se espetava no chão, formando com ele um ângulo de 90°, e o comprimento de sua sombra (AN) era observado, num horário determinado: meio dia. Uma observação dos limites da sombra permitia medir a duração do ano e o movimento lateral do ponto A permitia medir a duração do dia. Como o tamanho do gnômon era constante, ou seja, usava-se sempre a mesma vareta, na mesma posição, o comprimento de AN ao meio dia variava com ângulo A. Para não significa uma colocação de AN, ou

AN como uma GN

“função” do ângulo A, nos dias de hoje denominada cotangente. Porém, não temos nenhum vestígio do nome no período. Sabemos que os diversos ramos da Matemática não se formaram nem evoluíram da mesma maneira e ao mesmo tempo. O desenvolvimento da trigonometria está intimamente ligado ao da geometria. Neste campo, a Grécia produziu grandes sábios; entre eles Thales (625 - 546 a.C.), com seus estudos de semelhança que embasam a trigonometria, e seu discípulo Pitágoras (570 495 a.C.). Conjectura-se que este último tenha feito a primeira demonstração do teorema que leva seu nome: “Em todo triângulo retângulo a área do quadrado construído sobre a hipotenusa é igual à soma das áreas dos

quadrados construídos sobre os catetos”. Deste teorema deriva a relação fundamental da trigonometria. A Escola Pitagórica, fundada no século V a.C., foi responsável por descobertas na acústica, elaborando uma lei de intervalos musicais. Essa lei relacionava os diapasões de notas emitidas por cordas distendidas, sob tensões iguais, aos comprimentos das cordas. Podemos tomar a lei dos intervalos musicais como um prenúncio do aparecimento das funções seno e cosseno no osciloscópio do futuro, para se estudar o som. A primeira amostra documentada de contribuição grega para o estudo da trigonometria apareceu por volta de 180 a.C. quando Hipsícles, influenciado pela cultura babilônica, dividiu o zodíaco em 360 partes. Essa idéia foi posteriormente generalizada por Hiparco para qualquer círculo.

Por volta do ano 200 a.C. os astrônomos gregos estavam muito interessados em calcular a distância entre dois pontos da superfície terrestre e também o raio da Terra. Foi Eratóstenes de Cirene (276 - 196 a.C.), contemporâneo de Arquimedes

(287 - 212 a.C.) e

Aristarco (310 - 230 a.C) que produziu a mais notável medida da Antiguidade para a circunferência da Terra, usando

semelhança

de

triângulos

e

razões

trigonométricas, o que o levou a perceber a necessidade de relações mais sistemáticas entre ângulos e cordas. Salientamos que, para tornar possível o trabalho de Eratóstenes, foi determinante na época o conhecimento do conceito de ângulo e de como medi-lo. O tratado “Sobre a medida da Terra” resume as conclusões a que ele chegou, mas, infelizmente, esses escritos se perderam e tudo o que conhecemos sobre o assunto chegou até nós pelos relatos de Ptolomeu e Heron. Concluímos que na Grécia, durante os dois séculos e meio compreendidos entre Hpócrates e Eratóstenes, a trigonometria esteve “engatinhando”, o que nos leva a concordar com a afirmativa de Boyer (1974), “de Hipócrates a Eratóstenes os gregos estudaram as relações entre retas e

círculos e as aplicaram na Astronomia mas disso não resultou uma trigonometria sistemática” (pág. 118). Surgiu então, na segunda metade do século dois a.C., um marco na história da trigonometria: Hiparco de Nicéia (180 - 125 a.C.). Fortemente influenciado pela matemática da Babilônia, ele acreditava que a melhor base de contagem era a de 60. Não se sabe exatamente quando se tornou comum dividir a circunferência em 360 partes, mas isso parece dever-se a Hiparco, assim como a atribuição do nome arco de 1 grau a cada parte em que a circunferência ficou dividida. Ele dividiu cada arco de 1° em 60 partes obtendo o arco de 1 minuto. Sua trigonometria baseava-se em uma única “função”, na qual a cada arco de circunferência de raio arbitrário, era associada à respectiva corda. Hiparco construiu o que foi presumivelmente a primeira tabela trigonométrica com os valores das cordas de uma série de ângulos de 0º a 180°, em cuja montagem utilizou interpolação linear. Ele observou que num dado circulo a razão do arco para a corda diminui quando o arco diminui de 180° para 0°. Resolveu então associar a cada corda de um arco o ângulo central correspondente, o que representou um grande avanço na Astronomia e por isso ele recebeu o titulo de “Pai da Trigonometria”. Em linguagem moderna, esse resultado seria: lim x 0

sen x 1 x

Hiparco foi uma figura de transição entre a astronomia babilônica e o grande Cláudio Ptolomeu, (Klaudius Ptolemaios) autor da mais importante obra da trigonometria da Antiguidade, surgida no séc. II de nossa era, em Alexandria, a “Syntaxis Mathemática”, composta de treze volumes. Ela ficou conhecida como Almagesto, que significa em árabe “A maior” = Al magest, pois os tradutores árabes a consideravam a maior obra existente na época, em Astronomia. As obras de Autolico, Euclides, Ipsicle e Aristóteles em Astronomia, juntas formavam a Coleção Menor de Astronomia. O Almagesto é um marco, um modelo de Astronomia que perdurou até Copérnico, no século

XVI.

Ptolomeu,

compilou

no

na

verdade,

Almagesto

sistematizou

uma

série

e de

conhecimentos bastante difundidos em sua época e a maior parte da obra é baseada no trabalho do astrônomo e matemático grego Hiparco, cujos livros se perderam. Isto aparece num comentário sobre trabalhos mais antigos, de Teon de Alexandria, que viveu dois séculos após e foi um dos matemáticos que pesquisaram as descobertas anteriores dos gregos. Ele menciona que Hiparco escreveu doze livros sobre calculo de cordas, incluindo uma tabua de cordas. O Almagesto sobreviveu e, por isso temos suas tabelas trigonométricas e também uma exposição dos métodos usados nas construções, o que é de grande importância para nós, visto que tanto daquela época se perdeu. Dos treze livros que compõem o Almagesto, o primeiro contém as informações matemáticas preliminares, indispensáveis na época, para uma investigação dos fenômenos celestes, tais como proposições sobre geometria esférica, métodos de cálculo, uma tabua de cordas e explicações gerais sobre os diferentes corpos celestes. Os demais livros são dedicados à Astronomia. Ptolomeu desenvolveu o estudo da trigonometria nos capítulos dez e onze do primeiro livro do Almagesto. O capitulo 11 consiste numa tabela de cordas e o capitulo 10 explica como tal tabela pôde ser calculada. Na verdade, não existe no Almagesto nenhuma tabela contendo as “funções” seno e cosseno, mas sim a função corda do arco x, ou crd x, embora naturalmente estes termos não apareçam. A “função” corda do arco x era definida como sendo o comprimento da corda que corresponde a um arco de x graus em um círculo cujo raio é 60. Assim, na tabela de cordas de Ptolomeu existiam três colunas: a primeira listando os arcos, a segunda, o comprimento da corda correspondente a cada arco e a terceira que dava o aumento médio de crd x correspondente a um acréscimo de um minuto em x. Esta coluna era usada para interpolações, isto é, para achar o valor de crd x se x estivesse entre duas entradas na coluna de arcos. No Almagesto temos: (a) uma tabela mais completa que a de Hiparco, com ângulos de meio em meio grau, de 0° a 180º;

(b) o uso da base 60, com a circunferência dividida em 360 graus e o raio em 60 partes e frações sexagesimais, não só para expressar ângulos, mas para qualquer tipo de calculo, com exceção dos de medida de tempo. (c) o resultado que ou a ser conhecido como Teorema de Ptolomeu: Se ABCD é um quadrilátero convexo inscrito num círculo, então a soma dos produtos dos lados opostos é igual ao produto das diagonais.

Figura 3: Teorema de Ptolomeu

A partir desse resultado, operando com as cordas dos arcos, Ptolomeu chegou a um equivalente das fórmulas de seno da soma e da diferença de dois arcos, isto é sen (a + b) e sen (a - b). Especialmente a formula para a corda da diferença foi usada por ele para a construção da tabela trigonométrica. (d) o uso, também baseado nas cordas, do seno do arco metade: 1     1  cos    2  2

sen2 

Parece-nos que a mais importante contribuição do Almagesto foi tornar evidente a possibilidade de uma descrição quantitativa dos fenômenos naturais pela Matemática. Outro matemático grego, Menelau de Alexandria, por volta de 100 d.C., produziu um tratado sobre cordas num círculo, em seis livros, porém vários deles se perderam. Felizmente o seu tratado Sphaerica, em três livros, se preservou numa versão árabe e é o trabalho mais antigo conhecido sobre trigonometria esférica. 3. A contribuição dos hindus No século IV da nossa era, a Europa Ocidental entrou em crise com as invasões dos bárbaros germânicos e com a queda do Império Romano. O centro da cultura começou a se deslocar para a Índia, que revolucionou a trigonometria com um conjunto de textos denominados Siddhanta, que significa sistemas de Astronomia.

O que chegou até nos foi o Surya Siddhanta, que quer dizer Sistemas do Sol e é um texto épico, de aproximadamente 400 d.C., escrito em versos e em sânscrito. Os hindus diziam que o autor do texto foi Sarya, o deus do Sol. Esta obra contém poucas explicações e nenhuma prova, pois, afinal, tendo sido escrita por um Deus, seria muita pretensão exigir provas. (Boyer, 1974). A importância do Surya para nós é que ele abriu novas perspectivas para a Trigonometria por não seguir o mesmo caminho de Ptolomeu, que relacionava as cordas de um circulo com os ângulos centrais correspondentes. Nas aplicações da “função” corda, na Astronomia, era necessário dobrar o arco antes de usá-lo na tabua de cordas. Naturalmente, era mais conveniente ter uma tabua na qual o próprio arco fosse a variável independente. No Surya, a relação usada era entra a metade da corda e a metade do ângulo central correspondente, chamada por eles de jiva. Isto possibilitou a visão de um triângulo retângulo na circunferência, como na figura 4.

Figura 4: O “Jiva” Hindu

jiva

 catetooposto  2 hipotenusa

sen

 c/2 c 1    .crd 2 r 2r 2r

Definiam o jiva como sendo a razão entre o cateto oposto e a hipotenusa. A metade da corda dividida pelo raio do circulo é o seno da metade do arco (ou da metade do ângulo central correspondente a todo o arco). Com

os

hindus,

as

principais

“funções”

trigonométricas

foram

introduzidas e os métodos de tabulação se aperfeiçoaram, particularmente os de interpolação quadrática e linear. Por volta de 500 d.C., o matemático hindu Aryabhata já calculava semi cordas e usava também o sistema decimal, desenvolvido aproximadamente em 600 d.C. Ao surgirem, os numerais hindus continham nove símbolos e não havia símbolo para o zero.

Quando os hindus introduziram os conceitos de semi corda e de seno, demonstraram

algumas

identidades,

de

modo

que

encontramos

em

Varahamihira, no ano 505 d.C., o equivalente verbal de sen²  cos ²  1 Após os hindus, foram os árabes e os persas a dar sua contribuição à trigonometria. 4. A trigonometria dos Árabes e Persas

O Império Mulçumano ou Árabe, além da expansão econômica, viveu extraordinário avanço nos diversos campos das artes e da ciência do fim do século VIII até o século XI, com destaque ao século IX. A expansão do saber muçulmano deveu-se, sobretudo, à difusão da língua árabe, que substituiu o grego na condição de língua internacional. O emprego do árabe permitiu a fixação e a preservação de obras antigas, que foram traduzidas e assim difundidas entre os intelectuais muçulmanos. Podemos dizer que a influencia árabe começou com a fundação da Escola de Bagdad, no século IX, e um dos seus maiores expoentes foi o príncipe da Síria Mohamed-ben-Geber, conhecido como AL Battani (aproximadamente 850 a 929 d.C.), ou Albategnius, nas traduções latinas, chamado o Ptolomeu de Bagdad. Os estudos de AL Battani ficaram entre o Almagesto e Siddhanta e foi por sua influencia que a trigonometria hindu foi adotada pelos árabes, principalmente a partir de sua genial idéia de introduzir o circulo de raio unitário e com isso demonstrar que a razão jiva é valida para qualquer triangulo retângulo, independentemente do valor da medida da hipotenusa.

Figura 5: A Idéia do Raio 1 de AL Batani

jiva  sen

cateto oposto B  1 1

 BC  2 1

Se um triângulo retângulo tem um ângulo agudo

 então, quaisquer que 2

sejam as medidas do cateto oposto e da hipotenusa podemos afirmar que: ABC  AB1C1 No ABC temos sen

 jiva  2 1

Pelo Teorema de Tales, temos: jiva BC B1C1   1 AB AB1 Logo sen

 B1C1 jiva   2 AB1 1

Figura 6: Fórmula Usada para Construir a Tabela de Al Battani

Com esta formula pôde-se construir uma tabela de senos, apesar deste nome não ter sido usado para designá-la. Al-Battani estava interessado em calcular a altitude do sol, para o que foi necessário usar as razoes trigonométricas e construir tabuas mais precisas que as existentes na época. Depois de Al-Battani, digno de nota entre os matemáticos árabes foi Abû ´l Wêfa que, em 980, iniciou uma sistematização de provas e teoremas de trigonometria. Destacamos também o astrônomo persa Nasîr Ed-dên al-Tûsî autor, em 1250, do primeiro trabalho no qual a trigonometria plana apareceu como uma ciência por ela própria, desvinculada da Astronomia. Isto seria retomado na Europa, no século XV, quando Regiomontanus estabeleceu a trigonometria como um ramo da Matematica. Quando a Escola de Bagdad entrou em declínio, o centro das atividades intelectuais deslocou-se para o sul da Europa, para a Península Ibérica, e com

ele o estudo da trigonometria, particularmente nos triângulos esféricos necessários aos estudos astronômicos. A cidade de Toledo tornou-se o mais importante centro de cultura a partir de 1085, quando foi libertada pelos cristãos do domínio mouro. Isto ocorreu porque para ela afluíram os estudiosos ocidentais, visando a adquirir o saber muçulmano. O século XII na História da Matemática foi, então, um século de tradutores dos quais citamos Platão de Tivoli, Gerardo de Cremona, Adelardo de Bath e Robert de Chester. Com isso, a Europa teve o à matemática árabe e à herança grega que havia sido conservada, na medida do possível, por eles. 5. A influência do Conhecimento Árabe sobre os Europeus

Diversos dos astrônomos árabes se deslocavam para a Espanha para trabalhar e ar a difundir o saber. Os mais importantes escritores foram os astrônomos Ibrâhîm ibn Yahyâ AL Naqqâsh (conhecido como Abû Ishâq ou Ibn al-Zarqâla ou, nas traduções latinas como Arzachel, e que viveu em Córdoba), autor de um conjunto de tabuas trigonométricas em 1050, e Jabir ibn Aflah (conhecido como Jeber ibn Aphla, tendo vivido em Sevilha), cujos estudos astronomicos de 1145 se mostraram tão interessantes que, séculos mais tarde (1543), foram publicados em Nuremberg. O matemático europeu mais habilidoso do século XIII foi Fibonacci (1170-1250). Ele estudou no norte da África e depois viajou pelo Oriente como mercador, com isso sofrendo grande influencia dos árabes. Sua obra “Practica Geometriae”, de 1220, é uma aplicação da trigonometria árabe na Agrimensura. O rei Alfonso X de Castela ordenou, no ano 1250, a estudiosos (cristãos, mouros e judeus) de Toledo que traduzissem

os

livros

de

Astronomia

e

modernizassem

as

tabuas

trigonométricas árabes. Em 1254 foram concluídas as Tábuas Afonsinas, que junto com Os Libros Del Saber de Astronomia, foram considerados de grande valia, uma vez que a cultura astronômica preservada na Península Ibérica foi o esteio da arte portuguesa de navegar, no século XV. 6. A trigonometria na Europa a partir do século XIV

Na Europa do século XIV alguns importantes os foram dados para ao desenvolvimento da Matemática. Pela primeira vez as noções de quantidade variáveis e de funções são expressas e, tanto na Escola de Filosofia Natural do Merton College de Oxford quanto na Escola de Paris, chega-se a conclusão de que a Matemática é o principal instrumento para o estudo dos fenômenos naturais. Com o inicio do estudo da velocidade instantânea ou pontual e a atenção especial dada ao movimento, tornou-se necessário desenvolver um e matemático para ele. Paralelamente ao desenvolvimento da trigonometria, que já vinha ocorrendo na Europa desde o século XI com a retomada do conhecimento árabe, ocorreu o desenvolvimento das funções. No século XIV, Purbach, na Inglaterra, retomou a obra de Ptolomeu e computou uma nova tabua de senos, muito difundida entre os estudiosos europeus. Purbach foi o mestre de Regiomontanus (1436-1475), uma dos maiores matemáticos do século XV, cujo trabalho teve grande importância, estabelecendo a trigonometria como uma ciência independente da Astronomia. Regiomontanus escreveu um ”Tratado sobre triângulos”, em cinco livros, contendo uma trigonometria completa. A invenção posterior dos logaritmos e alguns dos teoremas demonstrados por Napier (1550-1617) mostram que a Trigonometria de Regiomontanus não diferia basicamente da que se faz hoje em dia. No “Tratado” ele calculou novas tabuas trigonométricas, aperfeiçoando a de senos de Purbach, e introduziu na trigonometria européia o uso das tangentes, incluindo-as em suas tábuas. Podemos dizer que foi ele quem lançou as fundações para os futuros trabalhos na trigonometria plana e esférica. Copérnico (1473-1543) também contribuiu ao completar,em 1520, alguns trabalhos de Regiomontanus, que incluiu em um capitulo de seu “De Lateribus ET Angulis Triangulorum”, publicado separadamente por seu discípulo Rhaeticus em 1542. Com o advento da imprensa a cultura se difunde e, a partir daí, nenhum grupo nacional conserva a liderança. Na antiguidade foi a Grécia a sobrepujar os outros povos do Ocidente, na Idade Média o Mundo Árabe, mas, do século

XV em diante, com o desenvolvimento do Racionalismo, a atividade matemática desloca-se repetidamente para diversos países. O primeiro trabalho impresso em trigonometria provavelmente foi a “Tabula Directionum” de Regiomontanus, publicado em Nuremberg certamente antes de 1485, pois a segunda edição data desse ano, em Veneza. As seis funções trigonométricas foram definidas como funções do ângulo em vez de funções do arco e subentendidas como razões, pela primeira vez, no “Canon DoctrinaeTriangulorum” de Joachim Rhaeticus em Leipzig, em 1551, embora ele não tenha dado nomes para seno, cosseno ou cossecante, exceto perpendiculum, basis e hypotenusa. Rhaeticus (1514-1576) retomou, um século depois, as tabuas de Regiomontanus de 1464, com maior rigor nos cálculos. Aumentou a precisão para onze casas decimais e os senos, cossenos, tangentes e secantes foram calculados de minuto em minuto para os arcos do primeiro quadrante, e de dez em dez segundos para os arcos de 1º. Ele foi o primeiro a adotar a organização das tabuas em semiquadrantes, dando os valores dos senos, cossenos e tangentes de ângulos até 45º e completando a tabela com o uso da     x . Deve-se também a Rhaeticus a introdução  2 

desigualdade senx  cos 

das secantes na trigonometria européia e os cálculos do sen(n) em termos de sen , retomados e aprimorados por Jacques Bernoulli, em 1702. Neste relato histórico não se pode deixar de mencionar Viète (1540-1603), pois foi ele quem adicionou um tratamento analítico à trigonometria, em 1580. Foi o primeiro matemático a usar letras para representar coeficientes gerais, o que representou grande progresso no campo

da

Álgebra.

Também

construiu

tabuas

trigonométricas e calculou o sen1' com treze casas decimais. Viète iniciou o desenvolvimento sistemático do calculo de medidas de lados e ângulos nos triângulos planos e esféricos, aproximados até minutos, e com a ajuda de todas as seis funções trigonométricas. Alem disso, foi ele quem introduziu métodos gerais de resolução em matemática. É dele a idéia de decompor em triângulos retângulos oblíquos para determinar todas as medidas

dos seus lados e ângulos. Isto está em sua obra “Canon Mathematicus”. No livro “Variorum de rebus mathematicis” aparece um equivalente da nossa lei

das tangentes:

tg  A  B  tg  A  B 



ab com A e B ângulos e a e b os arcos ab

respectivos. Na verdade, esta relação só foi publicada pelo matemático dinamarquês Thomas Fincke, no seu “Geometria Rotundi”, em Basel 1583, apesar de ser devida a Viète. A próxima figura notável na trigonometria foi Pitiscus que publicou um tratado, em 1595, no qual corrigiu as tabuas de Rhaeticus e modernizou o tratamento do assunto. A palavra trigonometria aparece pela primeira vez, como titulo de um livro seu. Depois de Pitiscus destaca-se o britânico Napier, que estabeleceu regras para triângulos esféricos. Suas considerações sobre os triângulos esféricos

foram

publicadas

postumamente

no

“Napier Analogies”, do

“Constructio” no ano de 1619, em Edinburgh. Outro grande expoente em trigonometria foi Oughtred. Em seu trabalho de 1657 preocupou-se em desenvolvê-la do ponto de vista simbólico. No entanto, como o simbolismo algébrico estava pouco avançado para tornar isto possível, a idéia não foi aceita até que Euler exercesse sua influencia neste sentido no século XVIII. John Newton (1622-1678) publicou, em 1658, o tratado “Trigonometria Britannica” que, embora baseado nos trabalhos de Gellibrand e outros escritores, era o mais completo livro do tempo. Newton e Gelibrand anteciparam a tendência atual de introduzir divisões centesimais do ângulo nas tabuas trigonométricas. O próximo importante o em trigonometria foi dado por John Wallis (1616-1703) ao expressar fórmulas usando equações em vez de proporções e por trabalhar com séries infinitas. Sir Isaac Newton (1642-1727) também deu sua contribuição à trigonometria, pois, paralelamente aos seus estudos de calculo infinitesimal apoiados fortemente na geometria do movimento, trabalhou com séries infinitas, tendo expandido arc sen x em

séries e, por reversão, deduzido a série para sen x . Alem disso, comunicou a Leibniz a formula geral para sen(n) e cos(n) tendo, com isso, aberto a perspectiva para o senx e cosx surgirem como números e não como grandezas, sendo Kastner, em 1759, o primeiro matemático a definir as funções trigonométricas de números puros. Finalizando, vale mencionar que Thomas-Fanten de Lagny foi o primeiro matemático a evidenciar a periodicidade das funções trigonométricas, em 1710, e a usar a palavra “goniometry”, em 1724, embora mais num sentido etimológico do que como medida de ângulo, como agora é o caso. A trigonometria ganha a sua forma atual quando Euler (1707-1783) adota a medida do raio de um circulo como unidade e define funções aplicadas a um número e não mais a um ângulo como era feito até então, em 1748. A transição das razões trigonométricas para as funções periódicas começou com Viète no século XVI, teve novo impulso com o aparecimento do Cálculo Infinitesimal no século XVII e culminou com a figura de Euler.

Simbologia para razões trigonométricas O nome seno vem do latim sinus que significa seio, volta, curva, cavidade. Muitas pessoas acreditam que este nome se deve ao fato de o gráfico da função correspondente ser bastante sinuoso. Mas, na verdade, sinus é a tradução latina da palavra árabe jaib, que significa dobra, bolso ou prega de uma vestimenta que não tem nada a ver com o conceito matemático de seno. Trata-se de uma tradução defeituosa que dura até hoje. Quando os autores europeus traduziram as palavras matemáticas árabes em latim, eles traduziram jaib na palavra sinus. Em particular, o uso de Fibonacci do termo sinus rectus arcus rapidamente encorajou o uso universal de seno. Uma justificativa para esse erro de tradução seria o fato de que em árabe, como em hebraico, é freqüente escrever-se apenas as consoantes das palavras, cabendo ao leitor a colocação das vogais. Além de jiba e jaib terem as mesmas consoantes, a primeira dessas palavras era pouco comum, pois tinha sido trazida da Índia e pertencia ao idioma sânscrito.

Os capítulos do livro de Copérnico, mostrando toda a importância da Trigonometria para a Astronomia, foram publicados em 1542 por Rheticus. Este também produziu tabelas importantes de senos e cossenos que foram publicadas após a sua morte. O termo seno certamente não foi aceito imediatamente como a notação padrão por todos os autores em tempos, quando a notação matemática era por si mesma uma nova idéia, muitos usaram a sua própria notação. Edmund Gunter foi o primeiro a usar a abreviação sen em 1624 em um desenho. O primeiro uso de sen em um livro foi em 1634 pelo matemático francês Hérigone, enquanto Cavalieri usava Si e Oughtred S. Por sua vez, o cosseno seguiu um curso semelhante no que diz respeito ao desenvolvimento da notação. Viète usou o termo sinus residuae para o cosseno, Gunter em 1620, sugeriu co-sinus. A notação Si.2 foi usada por Cavalieri, s co arc por Oughtred e S por Wallis. Viète conhecia as fórmulas para sen nx em termos de sen x e cos x. Ele deu explicitamente as fórmulas relativas ao seno e ao cosseno do arco triplo A função tangente era a antiga função sombra, que tinha idéias associadas a sombras projetadas por uma vara colocada na horizontal. A variação na elevação do Sol causava uma variação no ângulo que os raios solares formavam com a vara e, portanto modificava o tamanho da sombra. Assim,

a

tangente

e

a

cotangente vieram por um caminho diferente daquele das cordas que geraram o seno. Foram conceitos desenvolvidos juntos e não foram primeiramente

associados

a

ângulos, sendo importantes para calcular o comprimento da sombra que é produzida por um objeto. O comprimento

das

sombras

foi

também de importância no relógio de sol. Tales usou os comprimentos das sombras para calcular as alturas das pirâmides através da semelhança de triângulos. As primeiras tabelas de sombras conhecidas foram produzidas pelos árabes por volta de 860. O nome tangente foi primeiro usado por Thomas Fincke, em 1583. O termo cotangente foi primeiro usado por Edmund Gunter, em 1620. As notações para a tangente e a cotangente seguiram um desenvolvimento semelhante àquele do sen e cos. Cavalieri usou Ta e Ta.2, Oughtred usou t arc e co arc, enquanto Wallis usou T e t. A abreviação comum usada hoje é tan (ou tg) sendo que a primeira ocorrência desta abreviação é devida a Albert Girard em 1626, com tan escrito por cima do ângulo; cot foi primeiro usada por Jonas Moore em 1674. A secante e a cossecante não foram usadas pelos antigos astrônomos ou agrimensores. Estas surgiram quando os navegadores por volta do século XV começaram a preparar tabelas. Copérnico sabia da secante que ele chamou a hipotenusa. Viète conhecia os resultados

e

.

As abreviações usadas por vários autores foram semelhantes para as funções trigonométricas já discutidas. Cavalieri usou Se e Se.2, Oughtred usou se arc e sec co arc, enquanto Wallis usou s e σ. Albert Girard usou sec, escrito por cima do ângulo como ele fez para a tan. O século XVIII viu as funções trigonométricas de uma variável complexa sendo estudadas. Johann Bernoulli achou a relação entre 1702.

De

Moivre

publicou em

forneceu a fórmula

.

1722,

seu enquanto

famoso Euler,

e log z em teorema em

1748,

Conclusão Enfim, a trigonometria, no início uma auxiliar da Agrimensura e da Astronomia, tornou-se primeiramente autônoma e por fim transformou-se em uma parte na Análise Matemática. Foi um longo caminho da Humanidade para chegar até a trigonometria que hoje ensinamos aos nossos alunos. Cremos que o professor deve refletir ao ensinar trigonometria e também deve discutir com seus alunos fazendo estes perceberem que o conhecimento matemático não surgiu pronto e acabado e que talvez a evolução possa ser acompanhada e alguma parte do caminho feita por eles.

Referências BOYER, Carl B. História da Matemática. 2ª Edição. São Paulo: Edgard Blucher, 2000. KENNEDY, Edwards S. Tópicos de história da matemática para uso em sala de aula. Vol 5. São Paulo: Atual, 1992.

LOBO DA COSTA, Nielce M. A história da trigonometria. SBEM. Ano 10 – nº13, março de 2003, pág.60 a 68.