تربیع دایره
ذخیره مقاله با فرمت پی دی اف
تربیع دایره، مسئلهای در
هندسه درباره ترسیم مربعی که مساحتش با مساحت دایرهای مفروض برابر باشد و به زبان امروزی، مسئله تربیع دایره، یافتنِ رابطهای برای مساحت دایره، برحسب قطر یا شعاع آن است. این مسئله از مسائلی است که در
یونان باستان توسط ریاضیدانان یونانی مطرح بوده و بعدها در
جامعه اسلامی راه یافته و فیلسوفان اسلامی آنرا جزء مسائل فلسفی
هم دانسته و به نقد راهحلهای یونانیان پرداختهاند که قابل بررسی است.
تَرْبیعِ دایِره، یکی از مسائل دیرین هندسی، به زبان امروزی، مسئله تربیع دایره، یافتنِ رابطهای است برای مساحت دایره برحسب قطر یا شعاع آن، اما در نظر ریاضیدانان یونانی که مساحت هر شکل را معمولاً بر حسب مساحت شکلِ دادهشدهای بیان میکردند، تربیع دایره عبارت بود از یافتن مربعی که مساحت آن مساوی با مساحت دایرۀ مفروضی باشد. گذشته از این، ریاضیدانان یونانی، دست کم تا
قرن ۴قم میخواستند این مسئله را تنها با استفاده از خطکش و پرگار حل کنند. به این اعتبار، تربیع دایره، در کنار
تثلیث زاویه و
تضعیف مکعب، از مسائل لاینحلِ ریاضیات قدیم محسوب میشد. اما برخلاف آن دو مسئله، تربیع دایره تنها موضوع بحث ریاضیدانان نبوده، بلکه فلاسفه نیز از آن سخن گفتهاند. گذشته از این، مسئله تربیع دایره با یافتنِ نسبتِ محیط دایره به قطر آن (یعنی عدد π) نیز ارتباط دارد.
این مسئله، یکی از مسائل هندسی مشهور در یونان باستان و دوره اسلامی است. اگر بتوان شکلی محصور با پارهخطهای راست یافت که مساحتش با مساحت دایره مفروض برابر باشد، این مسئله حل شدنی است.
نسلهای متوالی از هندسهدانان
یونان با این مسئله و گونههای مختلف آن درگیر بودند. در حدود ۴۵۰ ق م
بقراط خیوسی نشان داد که به کمک خطکش و پرگار میتوان مربعی
هم مساحت با نوع خاصی ماهک (شکل هلالی محصور به دو کمان دایره) رسم کرد. او همچنین نشان داد که میتوان مربعی یافت که مساحتش با نوعی دیگر از ماهک به علاوه یک دایره برابر باشد، البته این کار منجر به حل مسئلة تربیع دایره نمیشود.
آنتیفونِ آتنی (ح ۴۰۰ ق م) متوجه شد که تربیع دایره بهطور تقریبی ممکن است، زیرا میتوان مربعهایی رسم کرد که مساحتشان با چندضلعیهای منتظم محاطی دارای چهار یا هشت یا شانزده... ضلع برابر باشد.
دینوستراتوس (میانه قرن چهارم پیش از میلاد) برای تربیع دایره از یک منحنی غیرجبری به نام مربع ساز استفاده کرد.
ارشمیدس (قرن سوم پیش از میلاد) ثابت کرد که مساحت دایره با مساحت مثلث قائم الزاویهای که قاعدهاش برابر با محیط دایره و ارتفاعش برابر با شعاع دایره باشد، برابر است، بنابراین، در صورتی که بتوان پاره خط راستی مساوی با محیط دایره رسم کرد، تربیع دایره ممکن است. ارشمیدس چنین پاره خطی را به کمک خط مماس بر یک مارپیچ رسم کرد. هیچیک از این راهحلها با ابزارهای متعارف در هندسه اقلیدسی (خطکش و پرگار) مقدور نیست و در واقع حل این مسئله با خطکش و پرگار ناممکن است.
ارشمیدس روش دیگری
هم برای حل این مسئله عرضه کرد که در نهایت مفیدتر از کار در آمد. او با در نظر گرفتن ۹۶ ضلعیهای منتظم محاطی و محیطی نشان داد که نسبت محیط دایره به قطر آن ــ که اکنون با حرف یونان نشان داده میشود ــ بتقریب ۱۷ ۳ ۱۰۷۱ ۳ است.
ریاضیدانان دوره اسلامی نیز برای حل مسئله تربیع دایره، آن را از جنبه نظری و عملی یعنی بسط تقریبی و تکمیل روش دوم ارشمیدس، بررسی کردند. دانشمندان دوره اسلامی نخستین بار از طریق رساله تربیع الدائره ارشمیدس که
ثابت بن قُرّه آن را از یونانی به
عربی ترجمه کرد، با مسئلة تربیع دایره آشنا شدند. این رساله در دوره اسلامی به نامهای
تکسیر دایره، مساحة الدایره، و کتاب مساحة الدائره و تکسیرها نیز شناخته میشد.
ریاضیدانان یونانیِ قرنهای ۵ و۴قم، از ۳ راه برای تربیع دایره کوشیدهاند. یکی از این ۳ راه به بروسون فرزند هِرُدُروسِ هِراکْلِئایی منسوب است که تاریخ زندگیاش معلوم نیست، اما احتمالاً معاصرِ
افلاطون بوده است. دیگری راه حلِ بقراط خیوسی ریاضیدانِ قرن ۵قم است. راه حل سوم از
آنتیفون سوفسطایی (همان قرن) است که درباره او نیز اطلاع اندکی داریم.
اوتوکیوس عسقلانی در شرح خود بر «تکسیر دایره» ارشمیدش، از کسانی که پیش از ارشمیدس سعی در تربیع دایره داشتهاند ــ و ازجمله از بقراط خیوسی و آنتیفون ــ نام برده است.
اطلاع ما از این ۳ راه حل عمدتاً از راه بحثهایی است که در آثار
ارسطو و شارحان او و فیلسوفان اسلامی درباره آنها شده است، زیرا از همان آغاز به نظر میآمد که دستکم مشکل برخی از این ۳ راه حل بیش از آنکه هندسی باشد، فلسفی است.
ارسطو میگوید که هرچند رد تربیع دایره از راه استفاده از «پارهها» کار هندسهدانان است، اما رد استدلال آنتیفون کار ایشان نیست و تلویحاً دلیل این امر را این میداند که در این استدلال از مقدمات طبیعی استفاده شده است. (ارسطو، فیزیک، گ ۱۸۵ a، سطرهای ۱۴-۲۰) عموماً منظور ارسطو از تربیع دایره با استفاده از پارهها را همان استدلال بقراط خیوسی میدانند
اما، چنانکه خواهیم دید، فیلسوفان درباره این راه حل نیز بحث کردهاند.
ارسطو در «تحلیلهای دومین» و «رد بر سفسطهگران» به راهحل بروسون ــ که در جای دیگری او را سوفسطایی خوانده ــ اشاره کرده است. وی وارد جزئیات اثبات بروسون نمیشود، بلکه بر او ایراد میگیرد که این قضیه را بر مبنای مقدمات بیش از اندازه کلی اثبات کرده است، به این معنی که مقدماتی که در اثبات خود به کار برده، اختصاص به هندسه نداشته است، در حالی که به نظر ارسطو، «نمیتوان چیزی را جز از روی مبانی (خاص) آن ثابت کرد». منظور ارسطو از این تذکرْ درست روشن نیست. احتمالاً او مقدمات استدلال بروسون را واجد دیگر شرایطی که مقدمات برهان باید داشته باشند، میدانسته است و تنها به این سبب بر او ایراد گرفته که مقدماتی که به کار برده، مختص هندسه نبوده است.
اجمال سخن ارسطو باعث شده است که مفسرانِ او و فلاسفه دیگر در اینباره بسط سخن دهند.
فارابی مقدماتی را که بروسون به کار برده بوده، غیر ذاتی و کلی دانسته، و از اینرو، بیان او را جدلی شمرده، و گفته است که هندسهدانان به اینگونه بیانها توجهی ندارند.
ابنسینا نیز، در سفسطۀ
شفا به برهان بروسون اشاره کرده، و آنرا به این دلیل که در آن از مقدمات «خارجی غیر مناسب» استفاده شده، «قیاس خارجی جدلی» خوانده و گفته است که در کتاب
برهانِ شفا نیز از این موضوع سخن گفته است. وی از راهحل آنتیفون نیز در حل این مسئله یاد کرده، و آن را نیز به این دلیل که در آن از مقدمات خارجی استفاده شده، نادرست شمرده است.
با این حال، ابنسینا در کتاب برهانِ شفا، راه دیگری برای اثبات نادرستیِ استدلال بروسون عرضه میکند. وی نخست، منظور ارسطو را توضیح میدهد و میگوید که هرچند شاید قیاسی که بروسون برای تربیع دایره آورده، بر مقدمات صادق و بدیهی و کلی استوار بوده، اما برهان هندسی محسوب نمیشده است، زیرا این مقدمات مناسب نبودهاند. به نظر ابن سینا، بروسون چنین استدلال کرده بوده است که دایره را مثلاً میتوان به مثلثهایی تجزیه کرد و میتوان مربعی مساوی با هریک از این مثلثها پیدا کرد. بنابراین، مربعی میتوان یافت که مساوی مجموع این مثلثها باشد، و این مربع مساوی با دایره خواهد بود. به گفته ابن سینا، بروسون در توضیح منظور خود ۳ مقدمه آورده بوده است: ۱. دایره از هر چندضلعی محاط در آن بزرگتر است. ۲. دایره از هر چندضلعی محیط بر آن کوچکتر است. ۳. پس دایره مساوی با شکلی است که از هر چندضلعیِ محیط بر آن کوچکتر و از هر چندضلعیِ محاط در آن بزرگتر باشد. بنابراین، چندضلعیای مساوی با دایره یافت میشود.
ابنسینا تلویحاً اشکال ارسطو را ــ که خود او نیز در کتاب
سفسطه شفا بهاجمال تقریر کرده است ــ وارد نمیداند، زیرا به نظر او مقدماتی که بروسون در برهان خود به کار برده، بهخصوص مقدمه سوم، هرچند اختصاصی به مقادیر (یعنی کمّ متصل) ندارد، اما به جنس مقادیر (یعنی کمّ) مختص است و کاربردِ اینگونه مقدمات در علوم اشکالی ندارد. از جمله اینگونه مقدمات، ابنسینا به اصل پنجم از علوم متعارف هندسه اقلیدسی (کل از جزء بزرگتر است) اشاره میکند که
هم در مورد کمّ متصل صادق است و
هم در مورد کمّ منفصل و نتیجه میگیرد که «مبادیای که در علوم جزئی به کار میرود، منحصر به مبادیای نیست که محمولات آنها به موضوعات آن علوم اختصاص داشته باشد، بلکه محمولاتی نیز که مختص جنسهای آن موضوعات است، در این علوم به کار میرود» با این حال، در این کاربرد، باید نقل از عموم بهخصوص کرد، یعنی مقدمهای را که مثلاً
هم در مورد اعداد و
هم در مورد مقادیر صادق است، باید یکبار با تصریح به اعداد و بار دیگر با تصریح به مقادیر بیان کرد.
به نظر ابن سینا، این مقدمه با تصریح به اینکه کاربرد آن در مورد مقادیر است، درست میشود. اما اشکال استدلال به این صورت از میان نمیرود، زیرا هر حالتِ متناهی (یعنی هر دو چندضلعی محیطی و محاطی واقعی) را که در نظر بگیریم، بین آنها بینهایت چندضلعی وجود دارد که از یکی بزرگتر و از دیگری کوچکترند. از اینرو، دو اشکال دیگر بر استدلال بروسون وارد میشود. یکی در خـود استدلال است که در آن ــ ناگفته ــ از مفاهیم قوه و فعل استفاده شده است. در حالی که این مفاهیم نه از عوارض ذاتیِ مقادیر و اشکال است و نه از عوارض ذاتیِ جنسِ کم، بلکه از عوارض ذاتیِ موجود است و کاربرد آنها در علوم دیگر در صورتی مجاز است که اشیائی که این علوم از آنها سخن میگویند، بتوانند وجودِ بالقوه و بالفعل داشته باشند، مانند اموری که پذیرای تغییر و حرکتاند. در حالی که شکلهای هندسیْ مجرد از ماده فرض میشوند و در
وهم و
عقل به آنها به عنوان امور موجود، و نه بالقوه، اشاره میشود.
اشکالی
هم که بر نتیجه این استدلال وارد میشود این است که ضلع مربعی که، بنا بر استدلال بروسون، معادل دایره است، قابل اشاره بالفعل نیست، بلکه وجود بالقوه دارد. ابن سینا با این استدلالِ بدیع نتیجه میگیرد که استدلال بروسون هندسی نیست، بلکه جدلی یا منطقی است و از اینرو ست که خارجی بهشمار میآید.
استدلال بقراط خیوسی برای تربیع دایره با استدلال بروسون متفاوت بوده است. ظاهراً بقراط چون به تربیع برخی از هلالوارهها، یعنی برخی از اشکالی که به خطوط مستقیم و کمان یا کمانهایی از دایره محصورند، موفق شده بوده است، و چون هلالوارهها بخشهایی از دایرهاند، دایره را نیز قابل تربیع شمرده بوده است
استدلال بقراط در تربیع هلالوارهها از طریق سیمپلیکوس به دست ما رسیده است و او نیز آن را از یکی از آثار گمشده اسکندر افرودیسی نقل کرده است
بقراط در تربیع هلالوارهها از این قضیه استفاده کرده بوده است که نسبت مساحت دو مثلث مثل نسبت مربع شعاعهای آنها ست، اما ظاهراً اثبات دقیق این قضیه را نمیشناخته، زیرا این اثبات را که در قضیه دوم از مقاله دوازدهم اصول اقلیدس آمده، نخستینبار اِئودُکْسوس پس از بقراط عرضه کرده است.
ابنسینا در قیاسِ شفا، آنجا که درباره استقرا سخن میگوید، بدون تصریح به نام بقراط خیوسی این استدلال را مثال میآورد و آن را نمونه استدلالی میشمارد که به نظر میآید در آن از استقرا استفاده شده است، درحالی که چنین نیست. به نظر ابن سینا این استدلال بر دو مقدمه استوار بوده است:
۱. دایره مساوی مجموعهای از شکلهای مستقیمالخط است.
۲. هرچه مساوی شکلهایی مستقیمالخط باشد، قابل تربیع است، پس دایره قابل تربیع است. اما این دو مقدمه بدیهیاند، زیرا میتوان دایره را به شکلهای هلالی تقسیم کرد و هریک از این شکلهای هلالی مساوی مربعی است، پس دایره مساوی مربعی است.
به نظر ابنسینا دو چیز میتواند این استدلال را از لحاظ استقرایی بیاعتبار کند. یکی اینکه دایره به تمامی به شکلهای هلالی تجزیه نمیشود و شکلی غیر هلالی از آن باقی میماند. ابن سینا میگوید: این اشکال با تعریف استقرا ناسازگار نیست، زیرا استقرا با در نظر گرفتنِ بیشتر موارد تمام میشود، هرچند از مواردی غفلت شده باشد. با این حال، ابن سینا میگوید: استقراکننده که احتمالاً در این مورد همان بقراط خیوسی است، مدعی بوده که همه موارد را در نظر گرفته است.
ایراد مهمتری که ابن سینا بر استقرایی بودنِ این برهان میگیرد، این است که استقرا روی جزئیاتی که تحت یک کلی قرار میگیرند، انجام میپذیرد، در حالی که نسبت هلالوارهها به دایره مثل نسبت جزء به کل است، نه نسبت جزئی به کلی، یعنی هلالوارهها اجزاء دایرهاند، نه دایرههایی که تحت نوع کلیِ دایره قرار بگیرند.
ابن سینا در جای دیگری
هم راه حل بقراط را شرح داده، و آنرا به این دلیل که دایره را نمیتوان به هلالوارهها تقسیم کرد، نادرست شمرده است.
راهحل آنتیفون برای تربیع دایره با دو راه حل دیگر متفاوت بوده است و هیث آنرا در تکوین راهحل ارشمیدسی تربیع دایره و محاسبه عدد π مؤثر شمرده است ظاهراً وی بر این اعتقاد بوده است که اگر مربعی را در دایره محاط کنیم و سپس وسطهای کمان متناظر به هر ضلع مربع را به دو سر آن کمان وصل کنیم و این کار را به اندازه کافی ادامه دهیم، به جایی میرسیم که اضلاع چندضلعی منتظمی که از این راه به دست میآید، به اندازهای کوچک میشوند که بر دایره منطبق میگردند و میان دایره و چندضلعی منتظم تفاوتی باقی نمیماند
و چون هر چندضلعی منتظم تربیعپذیر است، پس دایره نیز تربیعپذیر است. گویا وی در این اعتقاد متأثر از پروتاگوراس سوفسطایی بوده که معتقد بوده است خطِ مماس بر دایره آن را در یک نقطه قطع نمیکند بلکه، همانطور که بهچشم میبینیم، دایره و خط مماس چندین نقطه مشترک دارند. شاید نیز آنتیفون از اتمیستها که به نقطه هندسی قائل نبودند و فیالمثل سطح خارجی مخروط را متشکل از اجزاء لایتجزی و بنابراین، پلهپله میدانستند، متأثر بوده است. حتی حدس زده میشود که دموکریتوس فرمولهای حجممخروط و هرم را ــ که ارشمیدس در رساله «روش...»، کشف آنها را از او دانسته است
ــ از این راه به دست آورده باشد.
در دوران اسلامی، تنها ریاضیدان بزرگی که تربیع دایره را ممکن شمرده،
ابنهیثم است. رساله او بهنام
مقالة فی تربیع الدائره، اگر از روی شمار نسخ موجود آن داوری کنیم، بیش از هر اثر او استنساخ شده است
و در آن
از
رسالة مساحة الدایره ارشمیدس یاد کرده است و در بسیاری از مجموعههای کتب متوسطات نسخهای از این رساله نیز موجود است.
ابن هیثم این رساله را در جریان پژوهشهای خود درباره هلالوارهها و پس از فی الهلالیات و پیش از مقالة مستقصاة فی الاشکال الهلالیه نوشته است. استدلال ابن هیثم بر این پایه است که دایره و مربع دو کمیتِ (مقدارِ) همجنساند و بنابراین میان آنها نسبتی هست. ابن هیثم سعی میکند که مقدار این نسبت را به دست آورد، اما استدلال او دوری است، به این معنی که ترسیمیکه وی از آن سخن میگوید، به شناخت مقداری وابسته است که خود آن تابعی از π است. با این حال، این رساله را میتوان بیشتر به فلسفۀ ریاضی متعلق شمرد و محتوای آن را تأملی در رابطه میان وجود موجودات هندسی و ترسیمپذیر بودن آنها دانست. در یادداشتی کـه در پایان برخی از نسخ این رساله موجود است ــ و از
ابنرضوان مصری یا از ریاضیدانی به نام سُمَیساطی است ــ از ابن هیثم به همین سبب انتقاد شده است که اثبات وجود چیزی مسئله ترسیمپذیری آنرا حل نمیکند.
سوتر، مقالة فی تربیع الدایرة را به آلمانی ترجمه کرد و متن عربی را به همراه ترجمة آلمانی در ۱۸۹۹ در برلین به چاپ رساند. این رساله به فرانسوی
نیز ترجمه شده است. ابن هیثم همچنین مسئله تربیع دایره را بهطور نظری با مسئله کلیتر تربیع ماهکها مقایسه کرده که تقریباً همان روش
بقراط خیوسی برای تربیع ماهکهاست. ابن هیثم
استدلال کرده است که اگر بتوان ماهکها را تربیع نمود، امکان تربیع دایره نیز وجود خواهد داشت. او دو رسالة مقالة مختصرة فی الاشکال الهلالیه و مقالة مستقصاة فی الاشکال الهلالیه
را درباره تربیع شکلهای هلالی (ماهکها) تألیف کرده بوده که در مقالة فی تربیع الدایرة خود
از آنها یاد کرده است. مقالة مختصره باقی نمانده است ولی از مقالة مستقصاه چند نسخه وجود دارد.
اگر تربیع دایره را به معنای یافتن فرمولی برای مساحت دایره بگیریم، تاریخ این مسئله بسیار قدیم است. این اندیشه که نسبت محیط دایره به قطر آن مقدار ثابتی است، بسیار کهن است. در برخی از آیات
تورات، این نسبت تلویحاً ۳ فرض شده است، در نخستین متن ریاضیات چینی ــ که به احتمال زیاد در
قرن ۸ قم نوشته شده ــ برای این نسبت همین مقدار آمده است.
اما اقوام دیگر مقدار این نسبت را دقیقتر میشناختند. هرچند دلیلی در دست نیست که مصریان باستان در ساختن اهرام از مقدار دقیقی برای π استفاده کرده باشند
با این حال، از متونی که از نیمۀ هزارۀ دوم پیش از میلاد به دست ما رسیده است، معلوم میشود که ریاضیدانان مصری و بینالنهرینی و ایرانی مقادیر دقیقتری برای π میشناختهاند.
در پاپیروس مصری «اَحمِس»، که تاریخ آن در حدود ۱۶۵۰قم است، مقدار π برابر با اختیار شده است
در میان الواحی که باستانشناسان فرانسوی در ۱۹۳۶م در
شوش کشف کردند، جدولی هست که در آن مقادیر ثابت مربوط به چندضلعیهای منتظم درج شده است. از مقایسه مقادیری که در این جدول برای محیط ششضلعی منتظم و دایره داده شده با رابطه مقدار تقریبی به دست میآید
همچنین ریاضیدانان چینی نیز از حدود قرن ۱م مقادیر دقیقتری برای π به کار بردهاند. در «نُه فصل در فن ریاضی» که در اوایل دوران میلادی تألیف شده، و یکی از مهمترین متون ریاضیات چینی است، مقدار ۱۴/۳=π آمده است
تسو چونگ چیه (۴۳۰-۵۰۱م) مقدار ۱۴/۳=π را غیردقیق دانسته، و به جای آن مقدار را پیشنهاد کرده که بسیار دقیقتر است.
بعضی دانشمندان دورة اسلامی به موضوع تعیین نسبت محیط دایره به قطر آن پرداختند، از جمله
ابوریحان بیرونی حدس زد که این نسبت کمّیتی گُنگ است و
غیاثالدین جمشید کاشانی مقدار تقریبی آن را با استفاده از چندضلعیهای منتظم محاطی و محیطی دارای ۲۸ ۲، ۳ ضلع تا شانزده رقم دهدهی به دست آورد،
اما ریاضیدانان دوره اسلامی همچنان درباره حل شدنی بودن مسئلة تربیع دایره
تردید داشتند.
در مکتبهای مختلف ریاضی جهان کوششهایی شد تا مقدار دقیق که معادل حل مسئله تربیع دایره است، بویژه از طریق نمایش به صورت رشته، تعیین شود. ریاضیدانان چینی مقدار ۳۵۵۱۱۳ را برای یافتند که تا شش رقم دهدهی صحیح است.
در مکتب ریاضی مادهوه در کِرالا (
هندوستان) نیز از ۸۵۴/۱۴۵۰ به بعد نتایجی در این راه، بدون زیربنای نظری حساب دیفرانسیل و انتگرال، حاصل شد.
ریاضیدانان اروپایی نیز در قرن یازدهم/ هفدهم به نتایج مهمی دست یافتند، مثلاً
جان والیس ، ریاضیدان انگلیسی، حاصل ضرب بیپایان... ۷۶. ۵۶. ۵۴. ۳۴. ۳۲ ۴ را یافت. مثالِ دیگرِ تعیینِ مقدارِ به روش حسابی از گوتفرید ویلهلم لایبنیتس، فیلسوف و ریاضیدان آلمانی، به صورت... ۱۷ - ۱۵ + ۱۳ - ۱ برابر با ۴ است
این پیشرفت با پیدایش حساب دیفرانسیل و انتگرال در قرن یازدهم/ هفدهم مرتبط بود. با این حساب جدید، رشته های مشابه ولی پیچیدهتری برای تقریبزدن به شیوهای کارآمدتر از روش
ارشمیدس یافته شد و به کار رفت، مثلاً جان مکین، ریاضیدان انگلیسی، در ۱۱۱۸/ ۱۷۰۶ فرمول را یافت
امروزه به کمک رایانه مقدار تقریب تا چند میلیارد رقم دهدهی به دست آمده است.
بهرغم نظر هیث، کوششهای کسانی چون آنتیفون در حل مسئلۀ تربیع دایره در یافتن فرمولی برای مساحت دایره تأثیر مستقیم نداشته است. در واقع نخستین فرمول دقیق برای مساحت دایره در قضیۀ دوم از مقالۀ دوازدهم اصول اقلیدس
آمده است. در این قضیه ثابت میشود که نسبت مساحت دو دایره مثل نسبت مربعهای قطرهای آنهاست. در این اثبات از قضیۀ اول از مقاله دهم
استفاده شده است که میگوید: اگر دو مقدارِ مساوی داشته باشیم و از مقدار بزرگتر بیش از نیم آن را برداریم و از باقیمانده نیز بیش از نیم آن را برداریم و این کار را به اندازه کافی ادامه دهیم، سرانجام به جایی میرسیم که باقیمانده از مقدار کوچکتر کمتر خواهد بود.
با این حال، اثری که در محاسبه مساحت دایره بیشترین تأثیر را داشته، رساله تکسیر دایره ارشمیدس است که به اعتقاد برخی از مورخان بخشی از یک رساله بزرگتر بوده که بهصورت اصلی خود باقی نمانده است.
اوتوکیوس در شرح خود بر این رساله، هدف ارشمیدس را از تألیف آن حل مسئله کهن تربیع دایره میداند. وی مینویسد: «ارشمیدس در واقع خواسته است ثابت کند که سطحِ
هم
ارز با دایره چیست، و این چیزی است که مدتها پیش از او فیلسوفان معروف در پی اثبات آن بودهاند. زیرا پیدا ست که بقراط خیوسی و آنتیفون در پی همین بودند، اما بعد از پژوهشهای دقیق به مغالطههایی که خوب میشناسیم... رسیدند»
این رساله شامل ۳ قضیه است:
در قضیه اول، ارشمیدس ثابت میکند که مساحت دایره مساوی با مساحت مثلث قائمالزاویهای است که یک ضلع مجاور به زاویه قائمه آن مساوی با محیط دایره و ضلع دیگر مساوی با شعاع دایره باشد.
روش ارشمیدس در اثبات این قضیه کاملاً غیرمستقیم است. وی با محاط کردن و محیط کردن چندضلعیهای منتظمی در دایره و بر دایره، و با استفاده از روشِ افنا، ثابت میکند که فرض اینکه مساحت دایره از مساحت مثلث بیشتر یا کمتر باشد، به تناقض میانجامد و بنابراین، نتیجه میگیرد که این دو مساحت مساویاند.
در قضیه دوم، ثابت میشود که نسبت مساحت دایره به مربع قطر آن مثل نسبت ۱۱ به ۱۴ است.
در قضیه سوم، ثابت میشود که نسبت محیط دایره به قطر آن از کوچکتر و از بزرگتر است. به عبارت دیگر، اگر قطر دایره را به d و محیط آن را به l نمایش بدهیم،. امروزه مقدار را به π نمایشمیدهیم. در قضیه سوم، ارشمیدس برای محاسبه تقریبی این مقدار، نخست ثابت میکند که هرگاه An، ضلعِ n ضلعیِ محیط بر دایره، و an، ضلعِ n ضلعیِ محاط در دایره، معلوم باشد، A۲n وa۲n را میتوان محاسبه کرد. آنگاه با معلوم بودن a۶=R و، مقادیرa۱۲ وA۱۲ را برحسب R (شعاعدایره) محاسبه میکند و این کار را تا a۹۶ و A۹۶ ادامه میدهد و آنگاه با استفاده از اینکه محیط دایره (l) از محیط ۹۶ ضلعیِ منتظمِ محیطی کوچکتر و از محیط ۹۶ ضلعیِ منتظمِ محاطی بزرگتر است (=π
[۴۹]
a Ver Eecke، P، v۲، p۱۳۰-۱۳۴، notes on Les Œuvres complètes d’Archimède suivies des Commentaires d’Eutocius d’Ascalon، Brugge، ۱۹۲۱، vol II.