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La storia della
curva cicloide non é facile da riassumere
in poche linee. La sua invenzione risalirebbe all'inizio del XVII
secolo, secondo quanto afferma Carlo Dati nella Lettera a Filaleti
di Timauro Antiate. Della vera storia della cicloide, e della
famosissima esperienza dell'argento vivo, pubblicata a Firenze
nel 1662. Galileo, sempre secondo Dati, avrebbe studiato questa curva,
di cui egli stesso per primo avrebbe avuto l'idea, intorno agli anni
1600. Questa priorità è confermata, come vedremo, dallo stesso
Galileo: la scoperta si situerebbe nell'ultimo decennio del XVI secolo.
Dati cita uno scritto di Stefano Degli Angeli del 1661, De superficie ungulae,
nel quale l'autore attribuisce a Galileo il merito d'aver immaginato e studiato per primo
questa curva particolare e a Torricelli quello di aver calcolato per primo il valore
esatto della superficie compresa fra un arco completo di cicloide e la retta fissa. Degli
Angeli fonda la sua asserzione su una lettera (di cui egli possiede copia) inviata da
Bonaventura Cavalieri a a Galileo il 14 febbraio 1640. Mi sono stati mandati da parigi
- scrive Cavalieri - due quesiti da quei matematici circa dei quali temo di farmi poco
onore. Fra i quesiti, alcuni concerno appunto la cicloide. Era stato Jean François
Niceron a sottometerglieli, in occasione di un soggiorno in Italia. La risposta di
Galileo, del 24 febbraio dello stesso anno, chiarisce alcuni punti: Dei quesiti
mandatigli di Francia - spiega Galileo - non so che sia stato dimostrato alcuno.
Gli ho con lei per difficili molto a essere sciolti. Questa linea arcuata (i.e. la
cicloide, N.d.R. ) sono più di 50 anni che mi venne in mente di
descriverla [...] per adattarla agli archi di un ponte [...]. Parvemi da
principio che lo spazio potesse essere triplo del cerchio che lo descrive, ma non fu
così, benchè la differenza non sia molta [...] Ebbi circa un anno fa una
scrittura di un padre Mersenno dei Minimi di San Francesco di Paola mandatami da Parigi,
ma scrittami in caratteri tali che tutta l'Accademia di Firenze non ne potesse intender
tanto che se ne potesse trar costrutto alcuno [...] io risposi all'amico che me
la mandò che facesse intendere al detto padre che mi scrivesse in caratteri più
intelligibili.
Dati critica violentemente il
contenuto di una pubblicazione (dovuta a Blaise Pascal N.d.R.) apparsa in Francia
nell'ottobre del 1658, l'Histoire de la Roulette, appelée autrement la Trochoide ou
la Cycloide, in cui si sostiene che il padre Marin Mersenne sia stato il primo ad
immaginare, verso il 1615, la curva cicloide en considérant le roulement des roues.
Dopo aver chiesto la soluzione a Galileo, Mersenne si sarebbe rivolto a Gilles Personnier
de Roberval nel 1634 e questi avrebbe dimostrato che l'espace cycloidal est 3pr 2. Secondo
l'autore dell'Histoire, Roberval avrebbe chiesto a Marsenne di scrivere a tutti i
matematici per dir loro che la soluzione era stata trovata (da Roberval), senza tuttavia
comunicarla. Più tardi, nel 1635, Mersenne avrebbe inviato la soluzione di Roberval a
diversi matematici, chiedendo loro di dimostrarla. Le due sole risposte ricevute, fra di
loro diverse, sarebbero state quelle di Pierre de Fermat e di René Descartes. Nel 1638,
sempre secondo l'autore dell'Histoire, Jean de Beaugrand avrebbe inviato a
Galileo quel che egli sapeva della soluzione, facendo in modo da apparire egli stesso come
l'autore delle cose dette. Dopo la morte di Galileo, avvenuta nel gennaio del 1642,
Torricelli avrebbe ritrovato, nelle carte lasciate dal Maestro, la soluzione inviata da
Beaugrand nel 1638. Questa asserzione contrasta con quanto indicato da Galileo nella
lettera del 24 febbraio 1640 citata.
Da sottolineare, infine, che il 23 aprile 1643 Cavalieri scrive a Torricelli e si
congratula con lui per la soluzione trovata. Finalmente ho sentito - scrive
Cavalieri - nell'ultima sua la misura dello spazio cicloidale con molta mia
maraviglia, essendo stato sempre stimato problema di molta difficoltà, che straccò già
il Galileo; ed io pure, parendomi assai difficile lo lasciai andare; ond'ella avrà non
poca lode di questo, oltre le tante sue maravigliose invenzioni, che le daranno eterna
fama. Non resterò poi di dirle intorno a questo, che il Galileo mi scrisse una volta
d'averci applicato 40 anni fa, e che non aveva potuto trovar niente; e che s'era persuaso
che il detto spazio fosse triplo del circolo suo genitore, ma che poi li pareva che non
fosse precisamente, se mal non ricordo, poiché per quanto abbi cercato nelle mie
scritture, non ho mai potuto tal lettera ritrovare.
Torricelli fu, senza alcun dubbio,
il primo ad aver pubblicato a Firenze nel 1644 la soluzione del problema
(in Opera Geometrica, «De dimensione Parabolae, solidique
Hyperbolici problemata duo...», p. 85-90). Tre dimostrazioni si trovano
in appendice al capitolo indicato, attraverso le quali dimostreremo
- scrive Torricelli - con l'aiuto di Dio che [lo spazio cicloidale]
é triplo [del cerchio generatore]. La prima e la terza dimostrazione
sono condotte con il metodo degli indivisibili, la seconda alla
maniera degli antichi, per doppia riduzione all'assurdo. [Torricelli,
Opere, a cura di G. Loria e G. Vassura, Faenza 1919, I (1), p. 174;
tr. it. a cura di L. Belloni, Torino, UTET, 1975, p. 423]
[in Torricelli,Opere,
a cura di G. Loria e G. Vassura, Faenza 1919, I (1), pp. 163-169).
Torricelli indica innanzi tutto i primi
tentativi empirici per misurare gli "spazi materiali" (spatijs figurarum
materialibus) delimitati dalla curva cicloidale, e quindi il metodo per costruire la
curva stessa.
Diamo qui di seguito il testo italiano del
preambolo torricelliano nella traduzione di L. Belloni (cfr. Torricelli, Opere,
Torino, UTET,1975, pp. 410-412).
APPENDICE SULLA MISURA DELLA
CICLOIDE
Mi piace qui aggiungere, come
appendice, la soluzione di un problema interessante che, a prima vista, sembra
difficilissimo se se ne considera l'argomento e l'enunciazione. Esso tormentò e sfuggì,
molti anni or sono, ai primi matematici del nostro secolo. Infatti, la dimostrazione
invano cercata sfuggì dalle loro mani a causa della fallacia dell'esperienza. Appesi
infatti ad una libra, costruita a mano, gli spazi materiali delle figure, non sò per
quale destino, quella proporzione che in realtà é tripla, risultò sempre meno che
tripla. Avvenne allora che, sospettando trattarsi di grandezze incommesurabili (come credo
io) piuttosto che disperando della soluzione, la ricerca intrapesa venne da quei
matematici abbandonata.

Si facciano le seguenti supposizioni. Si immagini su una retta fissa AB, il
circolo AC, tangente alla retta AB nel punto A. E si fissi il
punto A, sulla periferia del circolo. Allora si immagini di far ruotare il
circolo AC sulla retta fissa AB, con moto insieme circolare e
progressivo verso B, ed in modo che, negli istanti sucessivi, tocchi sempre la
linea retta AB con un suo punto, finché il punto fissato di nuovo non torni al
contatto con la linea, ad esempio in B. È certo che il punto A, fisso
sulla periferia del circolo rotante AC, descriverà qualche linea, dapprima
ascendente a partire dalla linea sottostante AB, poi culminante verso D,
e, in ultimo, prona e discendente verso il punto B.
Tale linea é stata chiamata cicloide dai nostri predecessori, sopratutto da
Galileo già 45 anni orsono. La retta AB é stata chiamata base della
cicloide, ed il circolo AC, il generatore della cicloide.
Discende dalla natura della cicloide la proprietà che la sua base AB sia eguale
alla periferia del circolo generatore AC. E questo poi non é così oscuro.
Infatti tutta la periferia AC, nella sua rotazione, si é commisurata con la
retta fissa AB.
Si chiede ora che proporzione ha lo spazio cicloidale ADB al suo circolo
generatore AC. Dimostreremo (e ne siano rese grazie a Dio) che é triplo. Le
dimostrazioni saranno tre, e del tutto diverse fra loro. La prima e la terza procederanno
con la nuova geometria degli indivisibili, che a noi piace molto. Metre la seconda
procederà con la duplice posizione, secondo il metodo degli antichi, onde soddisfare i
fautori di entrambi i metodi. Del resto, io dico questo: quasi tutti i principi coi quali
si dimostra qualcosa nella geometria degli indivisibili, si possono ridurre alla solita
dimostrazione indiretta degli antichi. Ciò è stato da noi fatto, come in molti altri
casi, anche nel primo e nel terzo dei seguenti teoremi. Tuttavia per non abusare troppo
della pazienza del lettore, abbiamo ritenuto di tralasciare molte dimostrazioni e di darne
soltanto tre.
Ci
limitiamo a dare, sempre nella traduzione di Belloni ( cfr ibidem,
pp. 412-413), la prima dimostrazione fatta col metodo degli indivisibili.
Teorema I
Lo spazio compreso fra la
cicloide e la sua retta di base é triplo del circolo generatore. Ovvero é sesquialtero (Sesquialtero
= 1+1/2 N.d.R.) del triangolo, avente la sua stessa base ed altezza.
Sia data la cicloide ABC,
descritta dal punto C del circolo CDEF quando ruota sulla base fissa AF.
Consideriamo la semicicloide ed il semicircolo soltanto per evitare troppa confusione
nella figura. Dico che lo spazio ABCF é triplo del semicircolo CDEF.
Ovvero sesquialtero del triangolo ACF.
Si prendano due punti, H ed I, sul diametro CF, egualmente
distanti dal centro G. Tracciate HB, IL e CM parallele
a FA, passino per i punti B ed L i semicircoli OBP e MLN,
eguali a CDF, tangenti alla base nei punti P ed N.

È chiaro che le rette HD, IE, XB e QL sono eguali per
la proposizione 14 del libro III. Saranno eguali anche gli archi OB e LN.
Analogamente, essendo eguali CH e IF, saranno eguali CR e UA,
per le proprietà delle rette parallele. Tutta la periferia MLN, per la definizione stessa
della cicloide, é eguale alla retta AF. Analogamente, l'arco LN é
uguale alla retta AN per la medesima ragione, poiché l'arco LN si
distenderà sulla retta AN. L'arco restante LM sarà dunque eguale alla
retta restante NF. Per la medesima ragione, l'arco BP sarà eguale alla
retta AP, e l'arco BO alla retta PF.
Ora la retta AN é uguale all'arco LN, ovvero all'arco BO,
ovvero alla retta PF. Quindi, per le proprietà delle parallele, saranno eguali AT
e SC. Ora poiché erano eguali anche CR e AU, le rimanenti UT
e SR saranno eguali. Perciò, nei triangoli equiangoli UTQ e RSX,
saranno eguali i lati omologhi UQ e XR.
È chiaro, pertanto, che le due rette LU e BR, insieme prese, saranno
eguali alle due rette LQ e BX, cioé alle EI e DH. E
questo sarà sempre vero, ovunque si prendano i due punti H ed I,
purché siano egualmente distanti dal centro. Tutte le linee della figura A L B C A
saranno dunque eguali a tutte le linee del semicircolo CDEF. Perciò la figura
bilineare ALBCA sarà eguale al semicircolo CDEF.
Ma il triangolo ACF è duplo del semicircolo CDEF. Infatti,
il triangolo ACF è reciproco del triangolo della proposizione
I di Archimede della misura del circolo, essendo il lato
AF eguale alla semiperiferia, ed il lato FC eguale
al diametro. Di qui segue che il triangolo ACF é uguale all'intero
circolo di diametro CF. Dunque, componendo, l'intero spazio
cicloidale [ALBCFA] sarà sesquialtero del triangolo inscritto ACF,
e triplo del semicircolo CDEF. E questo ecc.
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