Parallèlement à ses observations astronomiques, Abu l-Wafa s'intéresse à la géométrie, la trigonométrie, l'algèbre et correspond avec les autres scientifiques de son époque.
Contributions
Astronomie
Abu l-Wafa s'intéresse aux mouvements de la lune. Il observe en particulier, à Bagdad, l'éclipse de lune du concomitamment avec al-Biruni situé à Kath, permettant ainsi de préciser la différence de longitude entre les deux villes. Il corrige les tables lunaires de son époque mettant en évidence ce que Tycho Brahe appellera la troisième variation.
Trigonométrie
Dans son livre La révision de l'Almageste[2] (par référence à l'Almageste de Ptolémée), il complète les tables trigonométriques de ses prédécesseurs notamment sur la tangente, en utilisant des méthodes géométriques comparables à nos formules de trigonométrie (voir par exemple la démonstration ci-dessous pour la détermination du sinus de la différence de deux arcs)[3].
Démonstration
Figure utilisée par Abul l-Wafa pour déterminer le sinus de la différence de deux angles
Considérons la figure ci-contre. Soit un cercle de rayon [OB] (qu'on peut supposer de longueur 1), et deux arcs BA et BC dont on connaît les sinus BT et BH. Il s'agit de déterminer le sinus de l'arc AC, différence des arcs BA et BC.
Soit D tel que l'arc BD soit le double de l'arc BC, et Z tel que l'arc BZ soit le double de l'arc BA. On a donc l'arc DZ qui est le double de l'arc AC et le sinus de AC est la moitié de la longueur de la corde [DZ]. Comme T et H sont les milieux de [BZ] et [BD], le théorème de Thalès permet de conclure que le sinus cherché est la longueur TH.
Les triangles TOB et HOB étant rectangles en T et H, ils sont inscrits dans le même cercle de diamètre [OB] (non représenté). Les angles inscrits HOB et HTB portés par le segment [HB] sont donc égaux. Il en est de même des angles TOH et TBH, portés par [TH].
Si on pose N le projeté orthogonal de B sur (TH), il en résulte que les triangles BNT et BHO sont semblables, ayant leurs angles égaux. On a donc :
De plus, les angles NBT et HBO de ces deux triangles sont égaux. Si l'on retranche l'angle HBT, on a donc les angles NBH et TBO égaux. les deux triangles rectangles NBH et TBO ont donc leurs angles égaux, donc sont isométriques. On a donc :
On peut en déduire TN et HN, puis TH = TN - HN. On reconnaît alors la formule donnant le sinus de la différence de deux arcs. En effet :
On lui doit la notion de cercle trigonométrique, celles de sécante et cosécante. On lui attribue aussi la formule des sinus en trigonométrie sphérique :
Géométrie
Abu l-Wafa commente les œuvres d'Euclide, Diophante et al-Khwarizmi (ces commentaires ont disparu). Dans son livre Sur l'indispensable aux artisans en fait de construction, il développe des constructions approchées à la règle et au compas de polygones réguliers à cinq, sept ou neuf côtés. Il s'intéresse en particulier aux constructions réalisables avec un compas d'écartement constant. Il propose une construction de la parabole. Il propose des constructions mécaniques de trisections d'angles et de duplication du cube. Il s'intéresse au problème de la division d'un carré en somme de plusieurs carrés et propose une première solution à la trisection du carré[4]. Également démonstration du théorème de Pythagore[5], il utilisera cette preuve par dissection pour expliquer le théorème de Pythagore aux artisans[6].
Triangle équilatéral AEF inscrit dans le carré ABCD
Il est connu pour une solution du problème géométrique suivant. Soit ABCD un carré de centre O. Le problème est : construire un pointE sur le segmentBC et son symétriqueF par rapport à la droite(AC) de telle façon que le triangleAEF soit équilatéral.
La solution proposée par Abu l-Wafa est la suivante :
Construire un second cercle, de centre C et passant par O.
Noter U et V les deux points auxquels ces cercles se coupent.
On peut alors prouver que les droites (AU) et (AV) coupent le carré en deux points qui sont les points E et F recherchés.
Le Livre sur les constructions géométriques nécessaires aux artisans d'Abu l-Wafa est un recueil d'une centaine de constructions géométriques. Leur comparaison à celles qui apparaissent dans les traités mathématiques de la Renaissance montre des ressemblances frappantes. Toutefois, ces similitudes n'ont pas été jugées concluantes, parce qu'elles pourraient aussi bien résulter de reconstructions indépendantes. La descendance de ce traité dans l'Europe latine est toujours débattue[7].
Arithmétique
Dans son livre Ce qui est nécessaire en arithmétique pour les comptables et les hommes d'affaires, il développe des mathématiques en même temps théoriques (fraction, multiplication, division, mesures) et pratiques (calculs de taxes, unités de monnaies, paiement de traitements). Bien que connaissant la numération indienne, il ne l'utilise pas dans cet ouvrage adressé au grand public. Il développe cependant une théorie sur les nombres négatifs les associant à l'image d'une dette : 3 - 5 représentant par exemple une dette de 2. Il accepte de multiplier ces nombres négatifs par des positifs et de les incorporer dans des calculs.
Optique
Abu l-Wafa s'intéresse aussi à l'optique et publie un livre sur les miroirs ardents, miroirs dont tous les rayons réfléchis convergent en un même point, permettant ainsi d'obtenir en ce point une chaleur suffisante pour enflammer un objet.
Écrits
Abu l-Wafa a écrit de nombreux livres dont certains ont disparu :
Kitab fi ma yahtaj ilayh al-kuttab wa'l-ummal min 'ilm al-hisab (Ce qui est nécessaire en arithmétique pour les comptables et les hommes d'affaires) entre 961 et 976 ;
Kitab al-Handasa (Sur l'indispensable aux artisans en fait de construction) ;
Al-Kitab al-Kamil (Le livre complet), une révision de l'Almageste ;
une théorie sur la Lune (disparu) ;
El Wadih (des tables trigonométriques, disparu) ;
un traité sur les coniques (disparu) ;
Kitab al-maraya al-muhriqa (Livre sur les miroirs ardents).
↑Baron Carra de Vaux, « L'Almageste d'Abû'lwefa Albûzdjâni », Journal asiatique, 8e série, t. 19, (lire en ligne)
↑Baron Carra de Vaux, « L'Almageste d'Abû'lwefa Albûzdjâni », Journal asiatique, 8e série, t. 19, , p. 417 (lire en ligne)
↑Reza Sarhangi, Slavik Jablan (2006). Elementary Constructions of Persian Mosaics. Towson University and The Mathematical Institute. pages.towson.edu
↑Alpay Özdural (1995). Omar Khayyam, Mathematicians, and “conversazioni” with Artisans. Journal of the Society of Architectural 'www.jstor.org)
↑(en) Alpay Özdural, « Mathematics and Arts: Connections between Theory and Practice in the Medieval Islamic World », Historia Mathematica, vol. 27, no 2, , p. 171-201 (DOI10.1006/hmat.1999.2274)
↑Dominique Raynaud (2012) Abū al-Wafāʾ Latinus? A Study of Method, Historia Mathematica 39-1: 34-83 (DOI 10.1016/j.hm.2011.09.001
