Feeds:
Entradas
Comentarios

Archive for 25 abril 2018

El siglo XVIII fue testigo del desarrollo de varias ideas matemáticas del siglo XVII: el cálculo fue un ejemplo importante. Leonhard Euler fue excepcional entre sus pares no solo por la amplitud y profusión de su obra, sino también por su gran originalidad; fundó gran parte de la teoría de números, definió el concepto moderno de función y formuló una teoría general para el cálculo de variaciones. Su renombre y virtuosismo fueron tales que el siglo XVIII a veces se conoce como la “Era de Euler”. 

Leonhard Euler nació en Basilea el 15 de abril de 1707. Su padre, Paul Euler, era un ministro protestante, y su madre, Margarete Brucker, era hija de un ministro; esta base religiosa permaneció con Euler a lo largo de su vida. El padre de Euler, que se había interesado en la matemática al haber asistido a las conferencias de Jakob Bernoulli en la Universidad de Basilea, educó a su hijo en sus primeros años. Debido a que su Gymnasium no enseñaba matemática, Euler estudió en privado con un matemático aficionado, y mostró un talento notable para alguien de su edad. En 1720 ingresó en la Universidad de Basilea y pronto estuvo bajo la guía de Johann Bernoulli. En 1722 recibió su licenciatura en artes, y un año más tarde su maestría en filosofía; a los 16 años, se unió al departamento de teología. 

Sin embargo, la fuerza de Euler estaba en la matemática, y pronto abandonó su ambición de ser ministro. Por esta época comenzó su propia búsqueda en la matemática y publicó un artículo sobre trayectorias recíprocas algebraicas. Había pocas oportunidades en Suiza para matemáticos jóvenes, por lo que Euler aceptó una oferta para unirse a la nueva Academia de Ciencias de San Petersburgo en 1727. Su nombramiento oficial fue como adjunto de fisiología, aunque se le permitió trabajar en matemática. Euler se convirtió en profesor de física en 1731 y en profesor de matemática en 1733; la atmósfera en la joven academia fue estimulante para Euler, quien interactuó con Jakob Hermann, Daniel Bernoulli y Christian Goldbach. 

La vida de Euler estuvo marcada por su notable diligencia y actividad. Su investigación matemática fue informada en las sesiones de la academia; mientras tanto, participó en la formación de científicos rusos, así como en el estudio del territorio ruso (Euler ayudó en la construcción de mapas geográficos) y en el desarrollo de nueva tecnología (Euler estudió problemas de construcción naval y de navegación). Pero sus contribuciones a la matemática fueron prolíficas: Euler preparó más de 80 obras en sus primeros 14 años en San Petersburgo. 

Muchas de sus mejores ideas fueron formuladas en su juventud, incluso en Basilea, y se desarrollaron mucho después. Debido a su voluminosa correspondencia con otros científicos, los descubrimientos de Euler a menudo se hicieron públicos antes de que fueran publicados; esto le trajo una gran cantidad de fama. En 1733 se casó con Katharina Gsell, y pronto tuvo dos hijos. Su tranquila vida fue estropeada solamente por la pérdida de la visión de su ojo derecho en 1738; según Euler, esto se debió a la sobrecarga de su trabajo cartográfico. Sin embargo, en 1740 la situación política en Rusia se volvió inestable, y Euler aceptó una oferta para trabajar en la Sociedad de Ciencias de Berlín. 

Euler se quedó en Berlín durante 25 años, tiempo durante el cual fue bendecido con muchos más hijos. Durante este período, trabajó en las academias de Berlín y San Petersburgo. Fue director de la Sociedad de Ciencias de Berlín, que transformó en gran medida. Además de las numerosas tareas administrativas, se ocupó de varios problemas prácticos, como la corrección del nivel del canal de Finow. Consultó con el gobierno sobre problemas de seguros, pensiones e hidráulica, e incluso organizó algunas loterías estatales. Mientras tanto, Euler recibió una pensión de la Academia de San Petersburgo y, a cambio, editó el diario de la academia, le informó sobre nuevas ideas científicas y supervisó competiciones. Euler recibió 12 premios de la Académie des Sciences de París de 1738 a 1772. 

El período de Berlín fue fructífero, ya que Euler produjo más de 380 obras, algunas de las cuales fueron extensas, sobre temas como el cálculo de variaciones, el cálculo de órbitas, balística, análisis, movimiento lunar y cálculo diferencial. Sus famosas Lettres à une princesse d’Allemagne sur buts sujets de physique et de philosophie (Cartas a una princesa alemana sobre diversos temas de física y filosofía) se escribieron de manera popular y se convirtieron en un gran éxito en Europa. Euler participó en muchos debates académicos sobre temas como la religión de la razón pura expuesta por Gottfried Leibniz, y el principio de mínima acción. 

Después de 1759, la relación de Euler con el rey Federico de Prusia se deterioró, y finalmente regresó a San Petersburgo en 1766. Poco después de su regreso, una breve enfermedad lo dejó completamente ciego; esto dificultó su capacidad de investigar, pero con la ayuda de asistentes pudo dictar sus pensamientos y así continuar su trabajo. El único cambio parece ser que sus artículos se volvieron más concisos, y la mitad del total de sus obras se produjo después de 1765. Su memoria (podía recitar literalmente la Eneida de Virgilio) permaneció impecable, y continuó teniendo ideas originales. La actividad de Euler en la academia no disminuyó cuando murió el 18 de septiembre de 1783, de una hemorragia cerebral.   

Euler fue uno de los matemáticos más importantes desde Sir Isaac Newton. Estaba profundamente interesado en las aplicaciones, pero desarrollaría la matemática pertinente a niveles profundos de abstracción y generalidad. Su tema principal fue el análisis, contribuyendo al cálculo de variaciones, la teoría de las ecuaciones diferenciales, las funciones de una variable compleja y la teoría de funciones especiales. Se le deben muchas convenciones y notaciones modernas, como el símbolo f(x) para el valor de una función y i para la raíz cuadrada de -1. 

En teoría de números, a Euler le preocupaba la teoría de la divisibilidad, introduciendo la llamada función de Euler, que cuenta la cantidad de divisores de un entero dado. Estos estudios lo llevaron al descubrimiento de la ley de la reciprocidad cuadrática, cuya prueba completa fue luego establecida por Carl Friedrich Gauss. Euler investigó las descomposiciones de números primos como combinaciones lineales de cuadrados, y trabajó en el análisis diofántico a través de fracciones continuas. Sus métodos eran algebraicos, pero Euler fue el primero en introducir métodos analíticos a la teoría de números, en particular, dedujo una famosa identidad que relacionaba sumas de cuadrados recíprocos con un producto de números primos, que fue un primer paso en el estudio de la función zeta de Riemann. Euler estudió varias constantes matemáticas, como e y pi, así como la constante de Euler (que surge en el estudio de la serie armónica divergente). 

Euler enunció el teorema que dice que un polinomio algebraico de grado n tiene n raíces de la forma a+bi, que ahora se conoce como el teorema fundamental del álgebra. Su prueba de 1751 tuvo algunas omisiones, que luego fueron corregidas por Gauss. Euler también intentó derivar una fórmula exacta para las raíces del polinomio de quinto grado, y sus fallas lo llevaron a métodos de aproximación de análisis numérico. 

Aunque muchos matemáticos habían estudiado series infinitas, Euler fue inusualmente exitoso en su cálculo, obteniendo fórmulas simples para sumas de recíprocos de potencias pares de enteros. A través de estos estudios, Euler estudió funciones especiales (como las funciones de Bessel) y descubrió la constante de Euler para la aproximación de la serie armónica. Hizo un gran uso de las series de potencias e introdujo series trigonométricas antes que Jean Baptiste Joseph Fourier como herramienta analítica. Euler creía que las series divergentes podían ser útiles, y este esfuerzo llegaría a buen término mucho más tarde, en el siglo XX. 

Euler presentó la idea de que el análisis matemático es el estudio de las funciones; para este fin, definió más claramente el concepto de función, que se aproxima mucho a la noción moderna. A través de la consideración del logaritmo de los números negativos, Euler llegó a un entendimiento de la exponenciación de números imaginarios, derivando muchos hechos elementales cruciales. Avanzó en el conocimiento de los números complejos, descubriendo las ecuaciones diferenciales que relacionan las partes real e imaginaria de una función analítica. Euler aplicó sus técnicas al cálculo de integrales reales.  

También realizó numerosos descubrimientos en el cálculo diferencial e integral, derivando reglas de sustitución, validando el intercambio de derivadas parciales y fundando el concepto de integrales múltiples. Como resultado de los muchos casos especiales y técnicas de integración que empleó, se descubrieron las funciones beta y gamma, que son útiles en física. Euler hizo grandes contribuciones al campo de las ecuaciones diferenciales, incluido el método de variación de constantes, así como el uso de curvas características. Algunas de las aplicaciones de este trabajo incluyen problemas de cuerdas vibrantes, hidrodinámica y el movimiento del aire en las tuberías. 

Sus estudios en el cálculo de variaciones lo llevaron a la ecuación diferencial de Euler, y su exposición del tema se convirtió en un clásico. Euler fue el primero en formular los principales problemas de este tema y los principales métodos de solución. En geometría, Euler investigó la trigonometría esférica y fundó una teoría de líneas sobre una superficie, uno de los pasos iniciales hacia el moderno tema de la geometría diferencial. Analizó la curvatura de una superficie en términos de la curvatura de las curvas principales embebidas e introdujo las coordenadas gaussianas, que se usaron ampliamente en el siglo XIX. 

Euler también fue el primer autor en topología, resolviendo el famoso enigma de siete puentes de Königsberg; estudió poliedros, obteniendo lo que más tarde se conocería como la característica de Euler, una fórmula que relaciona su número de aristas, caras y vértices. 

Además de estas contribuciones a la matemática pura, Euler trabajó en mecánica, astronomía y óptica. Euler sistematizó la mecánica, introduciendo métodos analíticos que simplificaron enormemente el tema. Estudió mecánica celeste y elasticidad, derivando la famosa fórmula de pandeo de Euler, utilizada para determinar la fuerza de las columnas. En mecánica de fluidos, estudió las posiciones de equilibrio y presentó tres obras clásicas sobre el movimiento de los fluidos incompresibles; Euler también mejoró el diseño de la turbina hidráulica. 

En astronomía, Euler estaba interesado en la determinación de órbitas de cometas y planetas, en la teoría de la refracción y en la naturaleza física de los cometas. Presentó una extensa teoría lunar, que permitía un cálculo más preciso de la posición longitudinal de un barco en el mar. Euler ayudó a la física matemáticamente (es decir, al introducir muchas técnicas de análisis para comprender mejor ciertos problemas). De hecho, se le acredita como fundador de la física matemática. Estudió también la óptica, construyendo una teoría de la luz no como partícula que veía la iluminación como el producto de ciertas oscilaciones en el éter ambiental.  

Euler fue un hombre humilde, pero también uno de los mejores científicos y matemáticos de todos los tiempos, y especialmente del siglo XVIII; fue reconocido por sus compañeros como un genio sobresaliente. Su investigación matemática ha estimulado una enorme cantidad de actividad posterior, y muchas de sus ideas se adelantaron a su tiempo.

 


Fuente bibliográfica:

  • McElroy, Tucker (2005) A to Z of Mathematicians. Facts On File, Inc.
Anuncios

Read Full Post »

Nuestra teoría moderna de números reales es esencial para la solución de ecuaciones algebraicas y en todo el análisis matemático; y sin embargo, para muchos griegos, no existía el concepto de número irracional. Eudoxo, que creó una base matemática rigurosa para los números reales a través de su teoría de proporciones, eliminó este bloque conceptual. Como resultado, la matemática griega pudo continuar avanzando. 

Eudoxo nació en Cnido en el año 408 a.C., hijo de Aischines. Cuando aún era un hombre joven, estudió geometría con Arquitas de Tarento, y sus investigaciones filosóficas bien pueden haber sido inspiradas por Platón, a cuyas conferencias asistió mientras estudiaba en Atenas. Después de regresar a su ciudad natal, Eudoxo se fue de viaje a Egipto, pasando parte de su tiempo con los sacerdotes de Heliópolis. Él compuso su ciclo calendárico de ocho años, que probablemente incluyó los ascensos y configuraciones de las constelaciones. Después de un año en Egipto, se estableció en Cícico y fundó una escuela (que probablemente se ocupaba de matemática y filosofía), y más tarde hizo una segunda visita a Atenas. Parece que tuvo alguna interacción adicional con Platón en este momento, aunque Platón no ejerció mucha influencia sobre la filosofía de Eudoxo. Regresó a Cnido, donde dio conferencias, escribió libros de texto y proporcionó leyes para los ciudadanos. 

El pensamiento matemático de Eudoxo se encuentra detrás de gran parte del material de los Libros V, VI y VII de los Elementos de Euclides de Alejandría. Como ninguna de las obras escritas de Eudoxo existe, podemos confiar únicamente en el relato de Euclides. Eudoxo volvió a buscar la proporción matemática, dando por primera vez una definición sensible y rigurosa del concepto (que todavía está en uso hoy en día). También investigó el método de agotamiento (una idea de protocalculo, utilizada para calcular áreas y volúmenes), y se interesó en el desarrollo axiomático de la matemática (este enfoque influyó mucho en Euclides, quien cuidadosamente planteó varios postulados y axiomas de la geometría en los Elementos). Eudoxo pudo haber sido el primero en abordar la matemática de esta manera sistemática. 

Antes de la teoría de la proporción de Eudoxo, la matemática griega estaba inmovilizada por los números irracionales: los pitagóricos ya habían descubierto raíces cuadradas, pero a su modo de pensar estas cantidades no existían realmente. Sólo los números racionales (proporciones de enteros) existían para estos griegos anteriores. Para avanzar en la teoría de números y las soluciones de ecuaciones (y también en la geometría), era necesario incluir números irracionales; la teoría de proporciones de Eudoxo dio una definición rigurosa de los números reales, mostrando en particular la existencia de cantidades irracionales. Es interesante que las definiciones modernas de los números reales, como las propuestas por Richard Dedekind  y Karl Weierstrass, sean prácticamente idénticas a la antigua formulación de Eudoxo. 

Eudoxo trabajó en el viejo “problema de Delos” de duplicar el cubo. Según Arquímedes, Eudoxo probó que el volumen de una pirámide es un tercio del volumen del prisma que lo contiene, con resultados similares para el cono. Aunque Demócrito de Abdera ya conocía estos hechos, Eudoxo fue el primero en probarlos. Parece que también descubrió fórmulas para el área y el volumen de círculos y esferas, respectivamente. Estas proposiciones se dan en el Libro XII de los Elementos, que refleja gran parte del trabajo de Eudoxo en este campo. 

Otro aspecto importante de su trabajo fue la aplicación de la geometría esférica a la astronomía. Eudoxo, en su trabajo Sobre velocidades, expone un sistema astronómico geocéntrico que involucra esferas giratorias. Aunque el modelo estaba altamente idealizado, teniendo un ajuste pobre a los datos de observación conocidos, Aristóteles tomó la idea literalmente y la popularizó a través de su propio trabajo. Eudoxo tenía su propio observatorio y observaba cuidadosamente los cielos como parte de sus propios estudios; publicó sus resultados en el Enoptron y el Phaenomena, que fueron referencias muy utilizadas durante dos siglos. Eudoxo también era conocido como un gran geógrafo, y su Vuelta a la Tierra dio una descripción sistemática del mundo conocido, que incluye información política, histórica y etnográfica. 

Eudoxo fue sin duda uno de los mejores intelectuales de su tiempo, aunque su trabajo se conoce hoy sólo a través de relatos de segunda mano. Su contribución a la matemática a través de la formulación del sistema de los números reales no puede exagerarse; este trabajo permitió un mayor desarrollo de la matemática griega a través de personas como Arquímedes y Eratóstenes.

 


Fuente bibliográfica:

  • McElroy, Tucker (2005) A to Z of Mathematicians. Facts On File, Inc.

Read Full Post »

La actividad matemática de la antigua Grecia no estaba tan organizada como en los tiempos modernos, ya que había poca uniformidad de notación o esfuerzo. A Euclides de Alejandría se le atribuye la organización del vasto material de teoremas conocidos pero incoherentes y su recopilación en la única obra conocida como los Elementos. Aunque hizo algunas contribuciones propias, Euclides se distingue principalmente por reunir la gran cantidad de información geométrica producida en su tiempo. 

Solo sabemos que Euclides vivió en Alejandría durante la primera parte de la vida de esa ciudad, estando activo en los años comprendidos entre el año 325 aC. y el 265 a.C. Trabajó después del tiempo de los discípulos de Platón, pero antes del surgimiento de Arquímedes de Siracusa. Vivió en Alejandría durante el reinado del primer Ptolomeo y fundó una próspera escuela de matemática en esa ciudad. 

Euclides pudo haber sido un platónico, ya que era amigo de los asociados de Platón, Eudoxo de Cnido y Teeteto de Atenas. Cuando un estudiante le preguntó sobre el uso de la geometría, Euclides respondió dándole tres óbolos (las monedas de ese momento), ya que “debe sacar provecho de lo que aprende”. Euclides es descrito como un hombre justo, no dado a jactancia. Es probable que asistiera a la Academia en Atenas cuando era joven, donde habría estudiado matemática, y luego fue invitado a Alejandría durante la fundación de su famosa biblioteca. 

Además de los Elementos, Euclides escribió algunos trabajos matemáticos menores: Datos, Sobre divisiones de figuras, Porismas, Loci de superficies y Libro de falacias. Estos tratan una variedad de temas, tales como magnitudes, análisis, divisiones de círculos, secciones cónicas y teoremas de locus. Los Elementos, obra escrita en 13 libros, ha influido mucho en el pensamiento humano durante más de dos milenios. El trabajo se ocupa principalmente de ciertos problemas geométricos, y se propone resolverlos en una serie de proposiciones con demostraciones. El método de Euclides siempre va de lo conocido a lo desconocido a través de pasos cuidadosamente razonados. Las diversas proposiciones se ubican en un orden majestuoso, por lo que resultados anteriores se utilizan en pruebas posteriores, en una especie de progresión matemática. Los libros también contienen varias definiciones esenciales, así como ciertos postulados y axiomas, que son supuestos que deben darse por sentados. Por ejemplo, da por sentada la existencia de puntos, líneas y círculos (así como la capacidad de construirlos), y desde aquí muestra cuántas otras figuras se pueden dibujar. 

Resultado de imagen para euclides

Es interesante observar que a partir de sus tres primeros postulados uno puede deducir que el espacio de la geometría de Euclides es infinito y continuo, abarcando tanto lo infinitamente grande como lo infinitamente pequeño. El quinto postulado ha llamado mucho la atención, especialmente en los últimos dos siglos, y establece que las líneas paralelas nunca se encuentran. Muchos matemáticos posteriormente intentaron deducir este quinto postulado de los otros cuatro, por lo que de lograrlo sería redundante; su falla ha resultado en las llamadas geometrías no euclidianas. 

El Libro I trata la geometría de puntos, líneas, triángulos, cuadrados y paralelogramos; esto incluye la proposición 47, más conocida como “teorema de Pitágoras”. El Libro II desarrolla la transformación de áreas, y el Libro III se ocupa de intersecciones de círculos. El Libro IV se refiere a la inscripción de figuras rectilíneas en círculos, con aplicaciones a la astronomía. A continuación, Euclides desarrolla una teoría general de la proporción, que ha sido elogiada por los matemáticos por su elegancia y precisión. Su definición de proporción en el Libro V nunca ha sido reemplazada como una formulación del concepto de proporción, y se reconoce como una maravillosa contribución a la matemática. 

A continuación, el Libro VI trata la teoría general de la proporción aplicada a figuras semejantes, ilustrando la importancia de la definición de proporción previamente discutida. Los siguientes tres libros tratan de aritmética; estos presentan un enfoque más bien anticuado al estudio de los números, que Euclides probablemente incluyó por deferencia a las doctrinas tradicionales. Los temas incluyen números primos y mínimo común múltiplo, así como progresiones geométricas de números. El Libro X trata magnitudes irracionales, ya que Euclides establece el “método de agotamiento” utilizado para calcular áreas y volúmenes. Sus últimos tres libros tratan geometría sólida, como paralelepípedos, pirámides, conos y esferas. Euclides termina con la consideración de las cinco figuras platónicas, llamadas pirámide, cubo, octaedro, dodecaedro e icosaedro, que habían sido objetos de estudio ferviente para los griegos. No solo determina sus ángulos, sino que también determina que estos son los únicos sólidos regulares posibles. 

De este gran cuerpo de trabajo, a Euclides se le atribuye principalmente la organización del material ya conocido de la época y la provisión de demostraciones simplificadas en algunos casos. La teoría de la proporción y el método de agotamiento se atribuyen a Eudoxo, y el conocimiento de cantidades irracionales se debe a Teeteto. Sin embargo, Euclides fue el inventor del postulado de las paralelas, dando una definición perspicaz del concepto de línea paralela. Los Elementos introdujeron nuevos estándares de rigor en el pensamiento matemático y también llevaron la matemática aún más a la arena de la geometría. La influencia de Euclides, por estas dos razones, fue profunda y duradera; numerosos matemáticos posteriores, como Sir Isaac Newton, también lanzaron sus ideas matemáticas en el riguroso molde geométrico que Euclides estableció hace tanto tiempo.

 


Fuente bibliográfica:

  • McElroy, Tucker (2005) A to Z of Mathematicians. Facts On File, Inc.

Read Full Post »

Older Posts »