2.  ज्यामिति और ठोस ज्यामिति

आर्यभट ने sine के मानो की एक पूरी सूची दी जिसमे कि sine के सभी मान 90°/24 = 3° 45′ के अन्तराल पर दिये गये है| इसकी गणना के लिये उन्होने sin(n+1)x – sin nx का sin nx और sin (n-1)x के पदो मे एक सूत्र का प्रयोग किया| उन्होने versine (versin = 1 – cosine) को भी ज्यामिति मे शामिल किया|

वस्तुत: sine का यह नाम भी आर्यभट द्वारा दिये गये नाम का अपभ्रंश है| आर्यभट ने sine को अर्ध्-ज्या कहा, जिसे कि लोगों ने सरलता के लिये केवल ज्या (jya) कहना आरम्भ किया| जब उनके संस्कृत मे लिखी पुस्तक का अरबी मे अनुवाद हुआ तो इसे जिबा (jiba), ध्वन्यात्मक समानता के कारण, लिखा गया| हालांकि अरबी मे स्वरो का उच्चारण हटा दिया गया और इसे ज़्ब (jb) कहा जाने लगा| बाद के लेखको को लगा कि ज़्ब केवल एक लघुरूप है तो उन्होने इसे जाइब (jaib) कहा, क्योकि जिबा (jiba) का अरबी मे कोई अर्थ नहीं होता और जाइब का अर्थ होता है वक्र, अथवा कपड़े मे लिपटा हुआ (bundle, bosom, fold in a garment)| बाद मे 12 शताब्दी मे जब Gherardo of Cremona ने इन अरबी पुस्तकों को लैटिन मे अनुवाद किया तो उन्होने जाइब का लैटिन अनुवाद sinus से किया, जिसका लैटिन मे वही अर्थ होता है जो कि अरबी मे जाइब का| और सबसे अन्त मे लटिन का यह शब्द sinus अंग्रेजी मे sine बन गया| (http://www.etymonline.com/index.php?search=jaib&searchmode=none)

ज्यामिति मे आर्यभट का योगदान यहीं तक सीमित नहीं है| त्रिभुज का क्षेत्रफल निकालने के लिये वह स्पष्ट रूप से सूत्र देते है| गणितपाद मे उन्होने लिखा है-

आर्य२.६क/ त्रि-भुजस्य फल-शरीरम् सम-दल-कोटी-भुजा-अर्ध-संवर्गस्/

(for a triangle, the result of a perpendicular with the half-side is the area.)

आर्यभट ने जो सूत्र त्रिभुज और वृत्त का क्षेत्रफल निकालने के लिये दिये, वे तो पूर्णतः सही है, लेकिन, एक गोले और पिरामिड के आयतन के लिये दिये गये सूत्र को कई विद्वानो ने गलत बताया है| उदाहरण के लिये, गणितपाद (15) मे आर्यभट ने पिरामिड के आयतन के लिये V = Ah/2 सूत्र दिया है, जहाँ V = आयतन, A = त्रिकोणीय आधार का क्षेत्रफल, और, h = उँचाई| सही सूत्र V = Ah/3 है| इसी प्रकार गोले के आयतन के लिये भी उनका दिया सूत्र गलत लगता है| हालांकि, जैसा कि प्रायः होता है, कुछ भी सीधे सीधे नही कह कर, आर्यभट ने सब कुछ सुसज्जित श्लोको के माध्यम से कहा है, और K Elfering के अनुसार,आर्यभट ने सही सूत्र दिया था और उनके गलत होने का भ्रम गलत अनुवाद के कारण है| (K Elfering, The area of a triangle and the volume of a pyramid as well as the area of a circle and the surface of the hemisphere in the mathematics of Aryabhata I, Indian J. Hist. Sci. 12 (2) (1977), 232-236.)

3. बीजगणित: अनिश्चित समीकरण (Indeterminate Equations) -

भारतीय गणित मे प्राचीन काल से ही एक समस्या उच्च प्राथमिकता पर थी, और वह है ax+b=cy के प्रकार के समीकरणो का हल| इन्हे डायोफैंटीय समीकरण (diophantine euations) भी कहते है| Diophantine equation एक ऐसा अज्ञात पदो का बहुपदीय समीकरण है जिसमे पदो का मान केवल पूर्णांक ही हो सकता है| डायोफैंटस नामक यूनानी गणितज्ञ ने, जो संभवत: ईसा के पश्चात् तीसरी शताब्दी में रहा, बहुत से बहुपदीय अनिर्धारित समीकरणों (Undetermined Equations) का अध्ययन किया तथा पूर्णांकों में उनके हलों को ज्ञात किया। नीचे आर्यभटीय पर भास्कर की टिप्पणी का एक उदाहरण दिया गया है-

“ऐसी संख्या ज्ञात करे जिससे कि, जब उसे 8 से भाग दिया जाय तो 5 शेष बचे, और, जब 9 से भाग दिया जाय तो 4 शेष बचे, और, जब 7 से भाग दिया जाय तो 1 शेष बचे|”

उपरोक्त समस्या को इस प्रकार भी लिखा जा सकता है- N = 8x+5 = 9y+4 = 7z+1. इससे निकाला जा सकता है कि N का छोटा से छोटा से मान 85 है| सामान्यतः डायोफैंटीय समीकरणो को बहुत ही कठिन माना जाता है| इनका भारतीय प्राचीन गणित मे विशेष रूप से अध्ययन किया गया| शुल्व-सूत्रो मे भी इन्हे देखा जा सकता है, जो कि आर्यभट से भी प्राचीन माने जाते है, लगभग 800 BCE के आसपास| आर्यभट ने इन समीकरणो को हल करने के लिये कुक्कुट विधि दी| कुक्कुट का अर्थ होता है छोटे छोटे भागो मे विभक्त करना| यह विधि, आर्यभट के, गणित मे सर्वश्रेष्ठ योगदानो मे से एक है| आर्यभट ने इस विधि का प्रयोग एक घात वाले डायोफैंटीय समीकरणो को हल करने मे किया, जो कि खगोल विज्ञान मे बहुत ही आवश्यक है| यही विधि, 6ठीं शताब्दी मे भास्कर के विस्तार के बाद, आज, डायोफैंटीय समीकरणो को हल करने के लिये संसार मे मानक विधि है, और इसे कई स्थानो पर Aryabhata algorithm (http://en.wikipedia.org/wiki/Aryabhata_algorithm) भी कहा जाता है|

4. खगोल विज्ञान:

ऊपर आर्यभटीय मे दिये गये गणित के बारे मे बताया गया है, परन्तु आर्यभटीय वस्तुतः खगोल विज्ञान का एक ग्रन्थ है, अतः इसमे दिये गये खगोल विज्ञान की भी चर्चा आवश्यक है| हालांकि इसके बारे मे विस्तार से पिछले लेख मे चर्चा की गयी है|
आर्यभट्ट ने अंतरिक्ष मे ग्रहो की स्थिति का एक व्यवस्थित तरीका दिया। उन्होने पृथ्वी की परिधि 24835 मील बताया, जो कि लगभग सही (वास्तविक मान 24902 मील है) बताया| पृथ्वी गोल है और अपने अक्ष पर घूमती है, यह तथ्य गैलीलियो और कापरनिकस के बहुत पहले ही उन्होने आर्यभटीय मे लिख दिया|

आर्यभट्ट ने ग्रहो की कक्षाओ की त्रिज्याओ को भी पृथ्वी/सूर्य के कक्षा के त्रिज्या के पदो मे निकाल। उनका विश्वास था कि चन्द्रमा और ग्रह परावर्तित सूर्य-किरणो के कारण चमकते है, आश्चर्यजनक रूप से उन्हे विश्वास था कि ग्रहो की कक्षाये दीर्घवृत्त होती है। उन्होने सूर्य और चन्द्र ग्रहण के कारणो की एकदम सही सही व्याख्या की। एक वर्ष का काल उन्होने 365 दिन 6 घण्टे 12 मिनट और 30 सेकेण्ड जो कि अधिगणना थी क्योकि वास्तविक मान 365 दिन 6 घण्टे से कम है।

विरासत:

आर्यभट के कार्यो का भारतीय खगोल वैज्ञानिक परंपरा में काफी प्रभाव पड़ा, और अनुवाद के माध्यम से कई पड़ोसी संस्कृतियों को प्रभावित किया| इस्लामी स्वर्ण युग (ca. 820) के दौरान किया गया अरबी अनुवाद, विशेष रूप से प्रभावशाली था| आर्यभटीय ने दिये गये निष्कर्षो में से कुछ को अल-ख्वारिज्मी द्वारा उद्धृत किया गया, और 10 वीं शताब्दी के अरबी विद्वान अल-बरूनी ने अल-ख्वारिज्मी का संदर्भ लिया है| अल-बरूनी के अनुसार आर्यभट के अनुयायियो का विश्वास था कि पृथ्वी अपने अक्ष पर घूमती है| उन्होने sine (ज्या) परिभाषा तो दी ही, साथ ही साथ cosine (कोज्या), versine (उक्रमज्या), invers sine (व्युत्क्रम ज्या) को भी परिभाषित किया| त्रिकोणमिति के जनक आर्यभट ही है| वस्तुतः इसका अंग्रेजी नाम Trigonometry (ट्रिगोनोमेट्रि) संस्कृत शब्द त्रिकोणमिति का ही अपभ्रंश है| वह पहले व्यक्ति थे जिन्होने sine और versine (1-cosX) के 0° से 90° के बीच 3.75° के अन्तराल पर मानो की सूची दी, जो कि दशमलव के 4 स्थानो तक सही है|

आर्यभट्ट की खगोलीय गणनाएं भी बहुत प्रभावशाली थे| त्रिकोणमितीय सूची के साथ, वे व्यापक रूप से इस्लामी दुनिया में इस्तेमाल किया जाने लगे, और कई अरबी खगोलीय सारणी (zijes) की गणना मे प्रयोग किये गये| विशेष रूप से, अरबी स्पेन (स्पेन का वह भाग जो पहले अरब मे था) के वैज्ञानिक अल-ज़ारक़ाली (Al-Zarqali (11th c.)) के द्वारा दी गयी खगोलीय सारणी का लैटिन में अनुवाद किया गया Tables of Toledo (12th c.), और यूरोप मे सदियों तक सबसे सटीक Ephemeris (खगोलीय स्थितियो के लिये कैलेण्डर) माना गया|

आर्यभट्ट और अनुयायियों के द्वारा किये गये कैलेण्डर की गणनायें शताब्दियों से भारत मे पंचांग (हिन्दू कैलेण्डर) के निर्धारण के लिये प्रयुक्त की जाती रही है| ये इस्लामी दुनिया मे भी गये और वहाँ के जलाली कैलेण्डर (Jalali Calendar)का मुख्य आधार बना जिसे 1073 मे ओमर खय्याम (Omara Khayyam) और कुछ अन्य खगोलशास्त्रियो के द्वारा बनाया गया था| इसी के रूप (1925 मे संशोधित) आज ईरान और अफगानिस्तान के राष्ट्रिय कैलेण्डर हैं| जलाली कैलेण्डर मे तिथियाँ वास्तविक सौर पारगमन (solar transit) के आधार पर निकाली गयी है, ठीक उसी प्रकार जैसे आर्यभट्ट के कैलेण्डर(और पहले के सिद्धांत कैलेंडर) मे है| कैलेंडर मे इस प्रकार तिथि की गणना के लिए एक Ephemeris (खगोलीय स्थितियो के लिये कैलेण्डर) की आवश्यकता होती है| हालांकि तिथियों की गण्ना कठिन है, परन्तु मौसम की गणना मे त्रुटि, जलाली कैलेण्डर मे ग्रेगोरियन कैलेण्डर की तुलना मे कम है|

भारत के पहले उपग्रह आर्यभट को यह नाम उनके नाम पर दिया गया था| चंद्रमा गड्ढा आर्यभट्ट (lunar crater Aryabhata) का भी यह नाम उनके सम्मान में है| खगोल विज्ञान, खगोल भौतिकी और वातावरणीय विज्ञान में अनुसंधान के लिए भारत मे नैनीताल के निकट संस्थापित एक संस्थान को आर्यभट्ट रिसर्च इन्स्टीट्यूट आफ आब्जर्वेशनल साइंस (Aryabhatta Research Institute of observational sciences (ARIES)) नाम दिया गया|

संदर्भ -

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Aryabhata
2. http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Aryabhata_I.html
3. ARYABHATA I, HIS LIFE AND HIS CONTRIBUTIONS by S. M. Razaullah Ansari
4. http://www.aryabhatta.net/
5. http://www.scribd.com/doc/20912413/The-Aryabhatiya-of-Aryabhata-English-Translation

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आर्यभट को उनके 400 वर्षों पश्चात एक अन्य आर्यभट से अलग करने के लिये आर्यभट प्रथम के नाम से जाना जाता है| हांलाकि अल्-बरूनी ने उनके बारे मे भ्रम पैदा किया कि एक ही समय पर दो आर्यभट थे| परन्तु 1926 मे बी दत्ता ने यह भ्रम दूर किया और यह बताया कि अल्-बरूनी के दोनो आर्यभट एक ही व्यक्ति थे|

आर्यभट ने खगोल विज्ञान और गणित बहुत से ग्रन्थ लिखे, परन्तु उनमे से कुछ लुप्त हो गये है| उनका सबसे बडा़ कार्य आर्यभटीय है, जो कि गणित और खगोल विज्ञान का समन्वय है| इस पुस्तक को भारतीय गणित के इतिहास मे सबसे महत्वपूर्ण माना जाता है| इसके गणितीय भाग मे अंकगणित, बीजगणित, त्रिकोणमिति, तल ज्यामिति, और ठोस ज्यामिति के बहुत से महत्वपूर्ण सिद्धान्त दिये गये हैं|

आर्यभट-सिद्धान्त, उनके द्वारा रचित एक अन्य ग्रन्थ था जिसमे खगोलीय गणनायें दी गयी थी| परन्तु अब यह ग्रन्थ लुप्त हो गया है| इसकी जानकारी वाराहमिहिर, ब्रह्मगुप्त, और भास्कर प्रथम के लेखों से मिलती है| यह ग्रन्थ प्राचीन सूर्य-सिद्धान्त पर आधारित प्रतीत होता है जिसमे अर्ध-रात्रिका (जिसमे दिन का आरम्भ अर्ध-रात्रि से माना जाता है) का प्रयोग किया गया था इस ग्रन्थ मे बहुत से खगोलीय यंत्रो के बारे मे जानकारी दी गयी थी, जैसे “शंकु-यंत्र” (gnomon), “छाया-यंत्र” (a shadow instrument), कोण मापने के यंत्र, “धनुर्यंत्र”/”चक्र-यंत्र” (semicircular and circular), “यस्ति-यंत्र” (a cylindrical stick), “छत्र-यंत्र” (an umbrella-shaped device), कम से कम दो प्रकार (चक्राकार, और धनुषाकार) के जल घडी़ (water clocks) इत्यादि|

एक तीसरा ग्रन्थ अरबी अनुवाद में बचा रह गया – अल्-नत्फ, जिसे आर्यभट के किसी ग्रन्थ का अनुवाद माना जाता है, हालांकि इसके मूल संस्कृत ग्रन्थ का नाम नही पता चल पाया है|

आर्यभटीय:

आर्यभट का सर्षश्रेष्ठ ग्रन्थ आर्यभटीय है जो कि 108 श्लोको का एक खगोलीय लघु ग्रन्थ है, और जिसमे उस काल तक का भारतीय गणित समाया है| इसके गणितीय भाग मे 33 श्लोको मे 66 गणितीय सिद्धान्त दिये गये, परन्तु उनकी विधियाँ नही दी गयी है| आर्यभटीय मे 13 श्लोको का परिचय, 33 श्लोको मे गणित, 25 श्लोको मे समय और ग्रहीय सिद्धांतो की गणनायें, और अन्तिम 50 श्लोको मे गोलो और ग्रहण के सिद्धान्त दिये गये है|

हालांकि ऊपर दिये गये प्रारूप में कुछ भ्रम है जिसे Van der Waerden ने दूर किया| उनके अनुसार आरम्भ का परिचय (13 श्लोक) को बाद मे जोडा़ गया है| इन 13 श्लोको और बाकी के भागो मे एकरूपता नही है| पुनः इसे “दशगीतिका” नाम दिया गया है जबकि इसमे कुल 13 श्लोक (11 गीति श्लोक और 2 आर्य श्लोक) है| Van der Waerden का मानना है कि ये श्लोक और बाकी पुस्तक के भी कुछ श्लोक (जिन्हे Van der Waerden ने पहचाना है) आर्यभट के बाद कुसुमपुरा मे आर्यभट विद्यालय के सदस्यो के द्वारा लिखे गये है|

इस पुस्तक का यह नाम भी बाद के टिप्पणीकारो ने दिया| आर्यभट ने सम्भवतः इसे कोई नाम नही दिया था| आर्यभट के अनुगामी भास्कर प्रथम ने इसे “अश्मक-तंत्र“ कहा| कुछ स्थानो पर इसे “आर्य-शत-अष्ट” (आर्यभट के 108) भी कहा गया है| इसे सूत्रों की भांति लघु श्लोको मे लिखा गया है, जिसे प्राचीन काल मे कण्ठस्थ करने की परम्परा थी| व्याख्या के अभाव मे टिप्पणीकारो ने इसकी अपनी अपनी व्याख्यायें दी| पूरा ग्रन्थ और 13 श्लोको का परिचय चार पादो मे विभक्त है-

1. गीतिकापाद(13 श्लोक): इसमे आर्यभट के युग सिद्दान्त को दिया गया है| कल्प, मन्वन्तर, युग इत्यादि, समय के बड़े मात्राओ की अवधारणा इसमे दी गयी है जो कि पूर्व मे लगध के “वेदांग ज्योतिष” (ca. 1st c. BCE) से अलग है| एक श्लोक मे ज्या (sine) के विभिन्न मानो की सम्पूर्ण सूची दी गयी है| ग्रहो की गति के सम्बन्ध मे एक महायुग को 4.32 मिलियन वर्ष (43 लाख 20 हजार वर्ष) बताया गया है|

2. गणितपाद (33 श्लोक): इसमे क्षेत्र-व्यवहार (mensuration), अंकीय और ज्यामितीय अनुक्रम (arithmetic and geometric progressions), शंकु-छाया (gnomon/shadows), साधारण, द्विघात, द्विवर्ण, और अनिश्चित समीकरणो ( simple, quadratic, simultaneous, and indeterminate equations) को हल करने के लिय कुक्कुट विधि दी गयी है|

3. कालक्रियापाद (25 श्लोक): इसमे समय के विभिन्न मात्रक,किसी दिन विशेष को किसी ग्रह की स्थिति ज्ञात करने की विधी, अधिकमास की व्याख्या और गणना, क्षाया-तिथि, सात दिनों का सप्ताह, और सप्ताह के सातो दिनो के नाम प्रस्तुत किये गये है|

4. गोलापाद (50 श्लोक): ब्रह्माण्ड के ज्यामितीय और त्रिकोणमितीय परिप्रेक्ष्य, ग्रहण का सिद्धान्त, ग्रहो की (भू)मध्य रेखा, पृथ्वी का आकार, दिन और रात होने के कारण, क्षितिज पर राशिचक्र का उदय इत्यादि इस भाग मे दिये गये है|

आर्यभट ने गणित और खगोल विज्ञान मे बहुत से महत्वपूर्ण और साहसिक कार्य किये, जिनका प्रभाव शताब्दियो बाद भी देखा जा सकता है| भास्कर प्रथम ने भाष्य (ca 600) और नीलकान्त सोमायजी ने आर्यभटीय भाष्य (1465) मे आर्यभटीय को महत्वपूर्ण विस्तार दिया है|

आर्यभट द्वारा प्रस्तुत कुछ महानतम गणितीय उपल्ब्धियाँ प्रस्तुत की जा रही है-

1. अंकगणित -

स्थानमान पद्धति और शून्य-

संख्याओं के लिये स्थानमान पद्धति, जिसे सर्वप्रथम भक्षली पाण्डुलिपि मे देखा गया, निस्संदेह आर्यभट की उपलब्धि थी| हालांकि उन्होने संख्याओ के लिये प्रतीको का प्रयोग नही किया, लेकिन फ्रांसीसी गणितज्ञ Georges Ifrah के अनुसार, आर्यभट के स्थानमान सिद्धान्त मे शून्य एक स्थान और दस के घात के रूप मे, शून्य गुणांक के साथ विद्यमान है|

हालांकि आर्यभट ने ब्राह्मी संख्याओं का प्रयोग नहीं किया, और वैदिककाल से चले आ रहे संस्कृत परम्परा को आगे बढाया| उन्होने संख्याओ और अन्य मात्राओ (जैसे sine के मानो की सूची) के लिये संस्कृत अक्षरो का प्रयोग किया|
इस प्रकार देवनागरी लिपि के 33 व्यंजनो का प्रयोग गणित मे 1, 2, 3, 4, …, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 संख्याओ के लिये किया गया| आगे की संख्याओ (1000, 10000,…) के लिये व्यंजन के आगे एक स्वर लगा दिया गया| इस प्रकार की व्यवस्था मे 10^18 तक की संख्याओ को व्यक्त किया जा सकता है| फ्रांसीसी गणितज्ञ Georges Ifrah ने आर्यभट की विद्वता के बारे मे लिखा है-

“… it is extremely likely that Aryabhata knew the sign for zero and the numerals of the place value system. This supposition is based on the following two facts: first, the invention of his alphabetical counting system would have been impossible without zero or the place-value system; secondly, he carries out calculations on square and cubic roots which are impossible if the numbers in question are not written according to the place-value system and zero. “

आर्यभट के द्वारा दिये गये अन्य नियमो मे n पूर्णांको का योग, इनके वर्गो का योग, और इनके तृतीय घातो (cubes) का भी योग दिया गया है|

पाई (pi) एक परिमेय (irrational) संख्या है-

आर्यभट ने पाई (pi) का मान निकालने मे महत्वपूर्ण कार्य किया, और निस्संदेह यह पाया होगा कि यह एक परिमेय संख्या है| आर्यभटीय के गणितपाद मे उन्होने लिखा है-

आर्य२.१०क/ चतुर्-अधिकम् शतम् अष्ट-गुणम् द्वाषष्टिस् तथा सहस्राणाम्/
आर्य२.१०ग/ अयुत-द्वय-विष्कम्भस्य आसन्नस् वृत्त-परिणाहस्//

“Add four to 100, multiply by eight and then add 62,000. By this rule the circumference of a circle of diameter 20,000 can be approached.”

इस श्लोक के अनुसार किसी वृत्त के परिधि काऔ सके व्यास से अनुपात ((4+100)×8+62000)/20000 = 3.1416 होता है, जो पांच अंको तक शुद्ध मान है| वास्तव मे π = 3.14159265 (8 अंको तक शुद्ध मान) होता है|

यदि यह एक आश्चर्यजनक तथ्य है कि आर्यभट को π का शुद्ध मान ज्ञात था, तो उससे भी आश्चर्यजनक तथ्य यह है कि उन्होने इस मान का प्रयोग करने के बजाय √10 = 3.1622 का प्रयोग किया है| आर्यभट ने इस शुद्ध मान को कैसे पाया, इसकी जानकारी वह नही देते है| परन्तु अहमद ( A Ahmad, On the pi of Aryabhata I, Ganita Bharati 3 (3-4) (1981), 83-85.) के अनुसार 256 भुजाओ वाले बहुभुज, जो कि एक वृत्त के अन्दर बना है, के अर्धपरिमाप की गणना है| हालांकि Bruins (E M Bruins, With roots towards Aryabhata’s pi-value, Ganita Bharati 5 (1-4) (1983), 1-7.) के अनुसार यह परिणाम, भुजाओ की संख्या को दुगुना करने पर नही निकलता है| एक अन्य लेखक पी झा, आर्यभट के π के बारे मे लिखते है -

“Aryabhata I’s value of π is a very close approximation to the modern value and the most accurate among those of the ancients. There are reasons to believe that Aryabhata devised a particular method for finding this value. It is shown with sufficient grounds that Aryabhata himself used it, and several later Indian mathematicians and even the Arabs adopted it. The conjecture that Aryabhata’s value of π is of Greek origin is critically examined and is found to be without foundation. Aryabhata discovered this value independently and also realised that π is an irrational number. He had the Indian background, no doubt, but excelled all his predecessors in evaluating π. Thus the credit of discovering this exact value of π may be ascribed to the celebrated mathematician, Aryabhata I.”

आर्यभट ने “आसन्न (appeoaching) शब्द का प्रयोग किया है, जो कि यह प्रदर्शित करता है कि यह मान एक अनुमान है, साथ ही यह भी बताता है कि यह मान अतुलनीय (incommensurable : impossible to measure) है, अर्थात परिमेय (irrational) है| यही तथ्य युरोप मे 1761 मे Lambert ने सिद्ध किया|

जब आर्यभटीय का अरबी मे अनुवाद हुआ, अल्-ख्वारिज़्मी ने इस मान को अपनी बीजगणित की पुस्तक मे भी स्थान दिया|

-क्रमशः

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Geometry

The Shulva Sutras explain a large number of simple geometrical constructions — constructions of squares, rectangles, parallelograms and trapezium. These and others involve the following theorems

• The diagonal of a rectangle divides it into two equal parts.
• The diagonals of a rectangle bisect each other and the opposite areas are equal.
• The perpendicular through the vertex of an isosceles triangle on the base divides the triangle into equal halves.
• A rectangle and a parallelogram on the same base and between the same parallels are equal in area.
• The diagonals of a rhombus bisect each other at right angles.
• The famous theorem known after the name of Pythagoras.
• Properties of similar rectilinear figures.

These cover roughly the first two books and the sixth book of Euclid. How these theorems were actually obtained is a matter for which no definite answer is available. The Baudhayana Shulva sutra gives the construction of geometric shapes such as squares and rectangles. It also gives sometimes approximate, geometric area-preserving transformations from one geometric shape to another. These include transforming a square into a rectangle, an isosceles trapezium, an isosceles triangle, a rhombus, and a circle, and transforming a circle into a square. In these texts approximations, such as the transformation of a circle into a square, appear side by side with more accurate statements.

Pythagoras theorem before Pythagoras

“Pythagorean theorem” is the rule for the lengths of sides of right triangles (now written as a²+b²=c²) . The sutras contain discussion and non-axiomatic demonstrations of cases of the Pythagorean theorem and Pythagorean triples. It is also implied and cases presented in the earlier work of Apastamba and Baudhayana, although there is no consensus on whether or not Apastamba’s rule is derived from Mesopotamia.

In Shulva Sutra, it was expressed as “the cord stretched in the diagonal of a rectangle produces both areas which the cords forming the longer and the shorter side of a rectangle produce separately.” (Baudhayana 74). In other words, the sum of the squares of the two different sides of the rectangle equals the square of its diagonal. (“Squares” probably meant the area of actual squares drawn on the three sides of the triangle formed.). In Baudhayana, the other rules related to this right angle theorem are given as follows:

• 1.9. The diagonal of a square produces double the area [of the square].
• 1.12. The areas [of the squares] produced separately by the lengths of the breadth of a rectangle together equal the area [of the square] produced by the diagonal.
• 1.13. This is observed in rectangles having sides 3 and 4, 12 and 5, 15 and 8, 7 and 24, 12 and 35, 15 and 36.

“Pythagorean triplets”, sets of side lengths that can be expressed as integers (for example 3,4,5 and 5,12,13), were used as a sort of proof of that proposition, and were also used to make right angles. Pythagorean triples are found in Apastamba’s rules for altar construction. They were used for the construction of right angles. The complete list is:

• (3,4,5)
• (5,12,13)
• (8,15,17)
• (7,24,25)
• (12,35,37).

However, since these triples are easily derived from an old Babylonian rule, Mesopotamian influence is not unlikely.

Carl B Boyer says “we find rules for the construction of right angles by means of triples of cords the lengths of which form Pythagorean triages, such as 3, 4, and 5, or 5, 12, and 13, or 8, 15, and 17, or 12, 35, and 37. However all of these triads are easily derived from the old Babylonian rule; hence, Mesopotamian influence in the Shulva sutras is not unlikely. Aspastamba knew that the square on the diagonal of a rectangle is equal to the sum of the squares on the two adjacent sides, but this form of the Pythagorean theorem also may have been derived from Mesopotamia. [...] So conjectural are the origin and period of the Shulva sutras that we cannot tell whether or not the rules are related to early Egyptian surveying or to the later Greek problem of alter doubling. They are variously dated within an interval of almost a thousand years stretching from the eighth century B.C. to the second century of our era.” [ref: Boyer (1991). "China and India". p. 207.]

The Satapatha Brahmana and the Taittiriya Samhita were probably also aware of the Pythagoras theorem. Seidenberg (1983) argued that either “Old Babylonia got the theorem of Pythagoras from India or that Old Babylonia and India got it from a third source”.[6] Seidenberg suggested that this source might be Sumerian and may predate 1700 BC.

We see various applications of this theorem in Shulva Sutras for different geometrical constructions. For example- construction of a square equal (in area) to the sum, difference, of two given squares, or to a rectangle, or to the sum of n squares. These construction unconditionally involve application of algebraic identities, such as (a±b)²=a²+b²±2ab, a²-b²=(a+b)(a-b), ab=((a+b)/2)²-((a-b)/2)², and na²=((n+1)/2)2a²-((n-1)/2)2a² etc.

value of pi

Another of their most famous problems is that of getting a square and circle to be equal in area. Two authors used very different constructions (neither of which actually uses pi) which both lead to a value of pi very close to 3.08831 (pi is actually about 3.14159). What’s remarkable is the similarity of the two values, but one must wonder how this particular value was reached. (It might be noted that only one of the authors showed knowledge that his method was an approximation.)

As an example, the statement of circling the square is given in Baudhayana as:

2.9. If it is desired to transform a square into a circle, [a cord of length] half the diagonal [of the square] is stretched from the centre to the east [a part of it lying outside the eastern side of the square]; with one-third [of the part lying outside] added to the remainder [of the half diagonal], the [required] circle is drawn.

Fig: Circling a square

and the statement of squaring the circle is given as:

2.10. To transform a circle into a square, the diameter is divided into eight parts; one [such] part after being divided into twenty-nine parts is reduced by twenty-eight of them and further by the sixth [of the part left] less the eighth [of the sixth part].

2.11. Alternatively, divide [the diameter] into fifteen parts and reduce it by two of them; this gives the approximate side of the square [desired].

Kim Plofker say, “The “circulature” and quadrature techniques in 2.9 and 2.10, the first of which is illustrated in figure 4.4, imply what we would call a value of π of 3.088, [...] The quadrature in 2.11, on the other hand, suggests that π = 3.004 (where s = 2r·13/15), which is already considered only “approximate.” In 2.12, the ratio of a square’s diagonal to its side (our √2is considered to be 1 + 1/3 + 1/(3·4) – 1/(3·4·34) = 1.4142 .” [ref: Plofker, Kim (2007). p. 391.&392]

arithmetic

The essentially arithmetical background of the Shulva mathematics must be contrasted with the essentially geometrical background characteristic of Greek mathematics. Simple fractions and operations on them are available in the Shulvas.

Along with the “simple” mathematics involved in altar-building, there were very complicated problems to decide what math to use where. One of these problems can be understood just by the fact that the most basic altar was in the form of a falcon! However, all of the bricks retained a square, rectangular, triangular, or circular shape. So the precise dimensions and area of every brick had to be calculated, after the specific design was decided upon. Usually, the total area was 7-1/2 units, because that was convenient for the falcon shape. But to make matters exponentially “worse”, when two or more altars were made for the same purpose, subsequent ones usually had to be one unit bigger than the last; and the areas of each brick had to stay proportional. As you can infer, this was one heck of a math problem! And it had to be done twice for each altar, because a different design was needed for alternating layers, so that spaces between bricks weren’t directly over each other.[Ref: Thibaut, George. Mathematics in the Making in Ancient India. Calcutta: K.P. Bagchi, 1984.]

Fractions

We meet with fractions like 3/8 (Thri Ashtama), 2/7 (Dwi Saptama), 3/4 (Chaturbhagona). These are not unit fractions only, as were used in ancient Egypt, Babylonia and China. Apasthamba gives the area of a square of side 1-1/2 purushas as 2-1/4, and that of a square of side 2-1/2 as 6-1/4.. If the area is 7-1/9 sq. purushas, the side of the square is 2-2/3 (Bodhayana).

Surds

Surds of the form √2, √3 etc. are called Karanis, thus √2 is dwi-karani, √3 = trikarani, √1/3=triteeya karani, √1/7=saptama karani, √18 = ashtadasa karani.

area of – a trapezium

The shape of the Ashwamedhiki Vedika is an isosceles trapezium whose head, foot and altitude are respectively 24√2, 30√2, 36√2 prakramas. Its area is stated to be 1944 prakramas (sq. is to be understood).

Area=36√2 x 1/2*(24√2 + 30√2) = 1944

This indicates a knowledge of the method of finding the area of – a trapezium, and simple operations on surds.

approximation to √2 and irrational numbers

Altar construction also led to an estimation of the square root of 2 as found in three of the sutras. In the Baudhayana sutra it appears as:

2.12. The measure is to be increased by its third and this [third] again by its own fourth less the thirty-fourth part [of that fourth]; this is [the value of] the diagonal of a square [whose side is the measure].[9]

This approximation to √2 occurs also in Shulvas Apasthamba and Katyayana.

√2 = 1 + 1/3 + 1/(3*4) – 1/(3*4*34)=577/408

This gives √2 = 1.4142156 , whereas the true value is 1.414213. The approximation is thus correct to five decimal places, and is expressed by means of simple unit fractions. The problem evidently arises in the construction of a square double a given square in area.

It is also interesting to note that three approximations of √2 are given.

[latex]\sqrt 2 = 7 / 5[/latex]
[latex]\sqrt 2 = 17 / 12[/latex]
[latex]\sqrt 2 = 577 / 408[/latex]

Now the continued fraction for √2 = 1 + 1/2 + 1/2+ …

The third, fourth and eight convergent of this are exactly the approximations given above. This gives no clue to the method used in Shulva Sutras, but the coincidence is noteworthy.

The Shulvas contain no clue at all as to the manner in which this remarkable approximation was arrived at. Many theories or plausible explanations have been proposed.

One conjecture about how such an approximation was obtained is that it was taken by the formula:

√(a²+r)≈a+{r/(2a)}-[{r/(2a)²}/{2(a+r/(2a))}] with a = 4 / 3 and r = 2 / 9. which is an approximation that follows a rule given by the twelfth century Muslim mathematician Al-Hassar. The result is correct to 5 decimal places. This formula is also similar in structure to the formula found on a Mesopotamian tablet from the Old Babylonian period (1900-1600 BCE): √2 = 1 + 24/60 + 51/(60)² – 10 /(60)³=1.41421297 which expresses √2 in the sexagesimal system, and which too is accurate up to 5 decimal places (after rounding). Indeed an early method for calculating square roots can be found in some Sutras, the method involves the recursive formula: √x≈√(x-1)+1/(2√(x-1)) for large values of x, which bases itself on the non-recursive identity √(a²+r) ≈ a+r/(2a) for values of r extremely small relative to a.

The Manava Shulva gives the following:

40² + 40² = 56²
4² + 4² = (5-2/3)²
36² + 90² = 97²
5² + 6² = (7-5/6)²

The above facts make it clear that the Indians were the first to use irrational numbers. The Greeks also used irrational numbers. If AB is a given segment, Pythagoras and others described the methods of constructing segments of length √2 AB, √3 AB,√5 AB, etc. But no rational approximations to √2, √3 etc., are found in Greek mathematics, nor are there any problems involving arithmetical operations on irrational numbers. This is easily explained, because the requisite knowledge of arithmetic was not available to the Greeks. It will also be borne in mind that according to unprejudiced estimates, the Shulva Sutras are about two or three centuries prior to Pythagoras.

Conclusion

We all know that Euclid’s geometry is based upon certain axioms and postulates, and the proofs involve a strict logical application of these. The logical methods of Greek geometry are certainly not discernible in Hindu geometry. No book on Hindu mathematics explains the system of axioms and postulates assumed, and this itself should go some way in refuting the concocted claim that Hindu mathematics is borrowed from the Greeks. At the same time, it may not be correct to conclude that the above theorems were asserted as a matter of experience and measurement. The people who could make out and solve complicated problems of arithmetic, algebra and spherical trigonometry should be credited with some amount of logic in their work. The Sulvas are not formal mathematical treatises. They are only adjuncts to certain religious works.

Further Readings

· Seidenberg, A. 1983. “The Geometry of the Vedic Rituals.” In The Vedic Ritual of the Fire Altar. Ed. Frits Staal. Berkeley: Asian Humanities Press.
· Sen, S.N., and A.K. Bag. 1983. The Sulbasutras. New Delhi: Indian National Science Academy.
· A Seidenberg, The Origin of Mathematics in Archives for History of Exact Science
· Plofker, Kim (2007). “Mathematics in India”. The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam: A Sourcebook. Princeton University Press. ISBN 9780691114859.
· Boyer, Carl B. (1991). A History of Mathematics (Second Edition ed.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0471543977.
· Cooke, Roger (1997). The History of Mathematics: A Brief Course. Wiley-Interscience. ISBN 0471180823.
· Cooke, Roger (2005), written at New York, The History of Mathematics: A Brief Course, Wiley-Interscience, 632 pages, ISBN 0471444596
· Joseph, G. G. 2000. The Crest of the Peacock: The Non-European Roots of Mathematics. Princeton University Press. 416 pages. ISBN 0691006598. page 229.
· [ref: Thibaut, George. Mathematics in the Making in Ancient India. Calcutta: K.P. Bagchi, 1984]

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