علم حساب المثلثات

علم حساب


المثلثات


، هو أحد فروع علم الرياضيات، الذي يهتم بوظائف الزوايا وتطبيقاتها في الحسابات، من خلال مجموعة من قوانين حساب المثلثات، والتي تضم ستة قوانين أساسية للزاوية تم تسميتها بشكل مختصر باسم جيب الزاوية أو الدوال المثلثية، والتي توضح خصائص زاوية محددة داخل مثلث بطريقة مستقلة عن باقي الشكل الهندسي.

قوانين حساب المثلثات

قوانين حساب المثلثات تضم ستة قوانين مشهورة تسمى جيب الزاوية أو الدوال المثلثية، قديمًا تم حساب قيم هذه القوانين للعديد من الزوايا وعمل جدول لها، قبل ابتكار جهاز الكمبيوتر الذي سهل الأمر بشكل كبير.

فأصبح من السهل معرفة خواص الزوايا المثلثية، والحصول على مسافات لم تكن معروفة داخل الأشكال الهندسية، عن طريق قوانين حساب المثلثات التالية

1. جيب الزاوية sine وتختصر على هيئة (Sin).
2. جيب التمام cosine وتختصر على هيئة (Cos).
3. ظل الزاوية tangent وتختصر على هيئة (tan).
4. ظل التمام cotangent وتختصر على هيئة (cot) .
5. القاطع secant وتختصر على هيئة (sec).
6. قاطع التمام cosecant وتختصر على هيئة(csc).

استخدامات قوانين حساب المثلثات

تستخدم قوانين حساب المثلثات في مجموعة من العلوم المختلفة، منها ما يستخدم لحساب خواص الزوايا والمسافات الهندسية في نطاق بعد واحد أو نطاق ثلاثة أبعاد، ومنها ما يلي

1. علم الفلك.
2. علوم المساحة وصنع الخرائط.
3. العلوم العسكرية، مثل حساب نطاق المدفعية.
4. علوم الفضاء، ولكونه ثلاثي الأبعاد، لذلك يستخدم فيه قوانين حساب المثلثات الكروي.

تاريخ علم حساب المثلثات

ظهر علم حساب المثلثات في


الحضارات القديمة


، وعلى وجه الخصوص الحضارات المصرية والبابلية والهندوسية والصينية، والتي كانت لها معرفة كبيرة بالهندسة المعمارية، وقد ساهمة قوانين حساب المثلثات بشكل كبير في تطور الشكل المعماري لهذه الحضارات.

قوانين حساب المثلثات في الحضارة المصرية

تم اكتشاف بردية مصرية قديمة سميت Rhind، تحتوي على 84 مسألة حسابية في فروع الجبر والهندسة، والتي يرجع تاريخها إلى سنة 1800 قبل الميلاد، كما أنها حوت خمس مسائل رياضية فيما يخص seked.

ويكشف التحليل الدقيق للنصوص والأشكال التي تحويها هذه البردية، أن كلمة seked تعني ميل الانحدار، والتي كانت أساس لبناء مشاريع معمارية ضخمة ومنها الأهرامات، والتي كانت الأساس لوضع قوانين حساب المثلثات.

مسألة حسابية عن الهرم

اكتشف العلماء وجود مسألة حسابية في بردية seked، تبين لهم من خلالها معرفة المصريين القدماء لكيفية حساب ظل تمام الزاوية بين قاعدة ووجه المثلث، أو ما يسمى نسبة “الجري إلى الارتفاع” “run-to-rise”، وهو ما يطلق عليه حديثًا اسم المنحدر، وكان ذلك بشكل دقيق.

وهو يمثل أحد قوانين حساب المثلثات السنة الأساسية، مما يثبت أن المصريين القدماء كانوا على معرفة بالحسابات داخل المثلث، والذي يمكن اعتباره علم حساب المثلثات الأولي.

علم حساب المثلثات الكلاسيكي

تم استخدام كلمة حساب المثلثات نسبة إلى الكلمة اليونانية trigonon، والتي تعني المثلث حتى القرن السادس عشر تقريبًا، وكان يستخدم هذا العلم لحساب قيم الأجزاء المفقودة من المثلث، أو أي شكل هندسي يمكن تقسيمه إلى مجموعة مثلثات.

وتم اعتبار هذا النوع من الحسابات، على أنه علم المثلثات الكلاسيكي، وهو يختلف عن علوم الهندسة كونها تهتم بالعلاقات النوعية بشكل أساسي، لكن كان يعتبر من العلوم الهندسية حتى تم الفصل بينهما، وأصبحوا فرعان منفصلان في بداية القرن السابع عشر.

علم حساب المثلثات الحديث

ظهرة قوانين حساب المثلثات في شكلها الحديث في اليونان، وتم التعبير عنها بعبارات هندسية بحتة، على يد هيبارخوس Hipparchus وكان ذلك في سنة (120-190 قبل الميلاد)، فهو من أنشأ أول جدول لقيم الدوال المثلثية، حيث كان يعتبر أي مثلث على أنه موجود داخل دائرة، فبذلك يصبح أي ضلع في المثلث وتر للدائرة.

وحيث أن أي خط مستقيم يربط بين نقطتين واقعتين على منحي الدائرة يسمى وتر، ومن هنا يمكن حساب القيم المفقودة لهذا المثلث، فقد كان هيبارخوس Hipparchus مهتم بعلم الفلك، وحصل على هذه الفكرة من المثلث الخيالي الذي ترسمه ثلاثة نجوم في سماء الكرة الأرضية.

علم حساب المثلثات في أوروبا

كان Almagest المجست لبطليموس أول عمل يصل إلى قارة أوروبا من علم حساب المثلثات، وكان ذلك سنة (100-170 م)، حيث كان يعيش في مدينة الإسكندرية المصرية، حيث كانت المركز الفكري للعالم الهلنستي Hellenistic.

ولم يعرف عن


بطليموس


الكثير، رغم كتابته العديدة وأعماله المختلفة، فقد كان لبطليموس أعمال في مختلف العلوم، منها الرياضيات والجغرافيا والبصريات، لكن ظل أشهرها المجست Almagest.

Almagest المجست لبطليموس

هو مجموعة من الكتب عن علم الفلك، تتألف من 13 كتاب، والتي كانت الصورة الأساسية لهذا العلم حيث كان يعتبر الأرض هي مركز الكون، حتى ظهر نظام نيكولاس كوبرنيكوس الذي وضع نظرية مركزية الشمس في منتصف القرن السادس عشر.

وكان يحاول بطليموس تطوير علم الفلك من خلال استخدام قوانين حساب المثلثات وقد وضع جدول لقيم الدوال المثلثية، وكان تصوره عن الكون، وجود الأرض في المنتصف ويدور حولها الشمس ومعها خمس كواكب، وهو العدد الذي تم اكتشافه في ذلك الوقت.

حساب المثلثات في الهند والعالم الإسلامي

جاءت المساهمات الفاعلة التالية في علم حساب المثلثات على يد الهند، وتم استخدام النظام الستيني، والذي توصل العلماء من خلاله إلى


النظام العشري


، وعند تطبيقه على جدول بطليموس، ظهرت قوانين الجيب في شكلها الحديث.

وقد انتقلت هذه المساهمات إلى العالم الإسلامي، بينما كانت أوروبا تقبع في فترة من الظلام في العصور الوسطى، قام المسلمون بنقل هذا العلم لهم من خلال وجودهم في اسبانيا (الأندلس)، والعراق وبلاد فارس، والذي كان بدايات لظهور الآلة الحاسبة.

علم حساب المثلثات الكروي

نتيجة لهيمنة علم الفلك على العلوم الطبيعية، حتى القرن السادس عشر، كان علم المثلثات الكروي هو الذي يهتم به العلماء، ويوجد العديد من الاختلافات بين المثلثات المسطحة والمثلثات الكروية، ومنها

1. تطابق المثلثين الكرويين في الحجم وكذلك في الشكل، لكن يكونوا متشابهان فقط في الحالة المستوية.
2. مجموع زوايا المثلث الكروي دائمًا أكبر من 180 درجة، وتكون الزوايا في المثلث المستوي تساوي 180 درجة.

مصطلح المثلث الكروي

ظهر مصطلح المثلث الكروي لأول مرة في كتاب رقم 1 من Sphaerica، والذي يتكون من ثلاث كتب من Menelaus في مدينة الإسكندرية المصرية سنة 100 ميلادية، حيث قام بتطوير المعادلات الرياضية الكروية لعروض Euclid الخاصة بالمثلثات المستوية.

تم وصف المثلث الكروي، على أنه يعني شكلًا هندسيًا، مكون من ثلاث أقواس، من الدوائر الكبيرة الموجودة على سطح كرة، وهذه الدوائر تتطابق مركزها مع مركز الكرة، لذلك يختلف عن المثلث المستوي في القوانين وقيم الزوايا.

ساهمت قوانين حساب المثلثات بشكل كبير في التطور العلمي الحديث، الذي وصل إليه العلم الآن، فقد كانت السبب في وجود الفنون المعمارية الرائعة في العصور القديمة، وبدأت بها معرفة علوم الفلك واكتشاف الكون، كما أنها أثبتت الترابط الوثيق بين العلوم المختلف، واعتماد كلا منهما على الأخر، وأظهر فضل الحضارات القديمة على عالمنا الحديث.