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Posts Tagged ‘Carl Friedrich Gauss’

Karl Weierstrass ha sido descrito como el padre del análisis moderno. De hecho, sus rigurosos estándares de rigor se han incorporado a la disciplina moderna del análisis, y muchos de los métodos y temas se deben a él. Weierstrass también hizo contribuciones fundamentales al análisis complejo y la teoría de las funciones elípticas.

Karl Theodor Wilhelm Weierstrass nació el 31 de octubre de 1815 en Ostenfelde, Alemania. Su padre, Wilhelm Weierstrass, era un funcionario público altamente educado. La madre de Weierstrass se llamaba Theodora Vonderforst, y Weierstrass era el mayor de cuatro hijos. Cuando Weierstrass tenía ocho años su padre se convirtió en inspector de impuestos, lo que implicaba una constante reubicación. En 1827 murió su madre.

La familia se estableció en 1829 cuando el padre de Weierstrass consiguió un puesto más permanente en Paderborn, y Weierstrass asistió a la escuela secundaria local. Allí se destacó en matemática por encima de todas las materias, y desarrolló una facilidad inusual y amor por esta disciplina. Ya estaba leyendo el famoso Journal de Crelle en 1834 cuando ingresó a un programa de finanzas en la Universidad de Bonn. La carrera de finanzas no era elección de Weierstrass sino de su padre; en rebeldía y con espíritu de aflicción Weierstrass desperdició sus años universitarios con exceso de alcohol y mucho tiempo de dedicación a la esgrima. Aunque no asistía a la mayoría de sus clases, Weierstrass continuó con sus clases privadas.

En 1840, Weierstrass aprobó sus exámenes con excelentes resultados, habiendo demostrado una cierta derivación de Niels Henrik Abel a partir de una ecuación diferencial; su examinador pensó que la prueba era digna de publicación. Weierstrass pasó a enseñar en la escuela secundaria de Münster, y escribió tres artículos entre 1841 y 1842 sobre variables complejas. En estos documentos reformuló el concepto de función analítica en términos de series de potencias convergentes, en oposición al típico enfoque a través de la diferenciación. Mientras tanto, enseñó una variedad de temas, como historia, geografía e incluso gimnasia, y se aburrió por completo. La carga de trabajo era bastante pesada, porque realizaba investigaciones sobre matemática teórica en cada momento libre. Este ajetreo puede haber causado sus problemas de salud posteriores, que comenzaron en 1850: sufrió ataques de mareos, seguidos de náuseas.

Weierstrass trabajó en Brauensberg desde 1848, pero después de la publicación en 1854 de su Toward the Theory of Abelian Functions, que fue ampliamente aclamado por los matemáticos, recibió varias ofertas de universidades destacadas. Este artículo esbozaba la representación de funciones abelianas como series de potencias convergentes, y la Universidad de Königsberg le confirió un doctorado honorario en 1854. Ernst Eduard Kummer intentó conseguir un puesto para Weierstrass en la Universidad de Breslau, pero este intento fracasó. Weierstrass permaneció como profesor titular en Brauensberg hasta 1856, cuando aceptó el trabajo de sus sueños en la Universidad de Berlín. Mientras tanto, publicó un seguimiento de su artículo de 1854, que daba todos los detalles de su método de inversión de integrales hiperelípticas.

El mandato de Weierstrass en Berlín, junto con Kummer y Leopold Kronecker, convirtió a esa escuela en la meca matemática de Alemania en ese momento. Las concurridas conferencias de Weierstrass de los próximos años dan una idea de la diversidad y la profundidad de su investigación matemática: en 1856 discutió la teoría de las funciones elípticas aplicadas a la geometría y la mecánica, en 1859 abordó los fundamentos del análisis y en 1860 impartido conferencias sobre cálculo integral. Sus investigaciones produjeron una función continua que no era diferenciable en ninguna parte; la existencia de una función tan extraña destrozó la excesiva dependencia de la mayoría de los analistas en la intuición, ya que hasta ese momento los matemáticos solo podían concebir la no diferenciabilidad que ocurre en puntos aislados. El curso de Weierstrass de 1863 fundó la teoría de los números reales, un área en la que otros matemáticos como Richard Dedekind y George Cantor, también trabajarían. Él demostró que los números complejos son la única extensión algebraica conmutativa de los números reales, un resultado que Carl Friedrich Gauss declaró anteriormente pero nunca probó.

Los problemas de salud de Weierstrass continuaron y experimentó un colapso total en 1861; se tomó el año siguiente para recuperarse, pero nunca fue el mismo. A partir de ese momento, tuvo un asistente para escribir sus conferencias, y los dolores crónicos en el pecho reemplazaron su mareo.

Weierstrass organizó sus diversas conferencias en cuatro cursos principales: funciones analíticas, funciones elípticas, funciones abelianas y el cálculo de variaciones. Los cursos eran frescos y estimulantes, ya que gran parte del material era su propia investigación innovadora. Es un testimonio del legado de su estilo que los cursos modernos de análisis siguen la progresión de temas de Weierstrass, incluido el concepto de serie de potencia de una función, continuidad y diferenciabilidad y continuación analítica.

Weierstrass colaboró con Kummer y Kronecker de manera rentable durante muchos años, pero luego él y Kronecker se separaron de las ideas radicales de Cantor; Weierstrass apoyaba las ideas innovadoras de Cantor en teoría de conjuntos, pero Kronecker no podía aceptar las construcciones patológicas. Weierstrass tuvo muchos estudiantes excelentes, algunos de los cuales se convirtieron en matemáticos famosos, como Cantor, Sophus Lie y Felix Klein. Instruyó en privado a Sofia Vasilyevna Kovalévskaya, a quien no se le permitió inscribirse formalmente debido a su género. Weierstrass tuvo una gran relación intelectual con esta mujer, a quien ayudó a encontrar un puesto adecuado.

Weierstrass estaba muy preocupado por el rigor matemático. Sus altos estándares quedaron impresos para la generación siguiente y provocaron una intensiva investigación sobre los fundamentos de la matemática, como la construcción del sistema de números reales. Los estudios de convergencia de Weierstrass lo llevaron a distinguir diferentes tipos, lo que provocó la investigación en varias topologías para espacios de funciones. Estudió el concepto de convergencia uniforme, que preserva la continuidad, e ideó varias pruebas para la convergencia de series y productos infinitos. Su enfoque de publicación fue cuidadoso y metódico, por lo que sus publicaciones fueron pocas pero extremadamente profundas y exactas.

Weierstrass continuó enseñando hasta 1890. Sus últimos años se dedicaron a publicar los trabajos recopilados de Jakob Steiner y Carl Jacobi. Murió de neumonía el 19 de febrero de 1897 en Berlín, Alemania. Sus contribuciones a la matemática, en particular al análisis real y complejo, fueron extensas y de gran alcance, lo que le valió el epíteto de “padre del análisis moderno”. Su influencia también se extendió a través de la gran cantidad de estudiantes talentosos a quienes dirigió y que además desarrolló sus ideas en varias nuevas direcciones. Desde sus humildes comienzos como profesor de secundaria, Weierstrass logró grandes cosas para el campo de la matemática.

 


Fuente bibliográfica:

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

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Pocos matemáticos pueden compararse con Bernhard Riemann en términos de creatividad y profundidad de conocimiento. No solo encontró la nueva disciplina de la geometría riemanniana que se volvería tan importante para la teoría de la relatividad general un siglo más tarde, sino que también avanzó significativamente en otros campos de la matemática, incluido el análisis complejo, la teoría de funciones elípticas, las ecuaciones diferenciales y la teoría de la integración y topología. Es quizás más famoso por descubrir la función zeta de Riemann, que es importante para la teoría analítica de números. Como las de muchos genios, las ideas de Riemann eran tan avanzadas que pocos podían aceptarlas inmediatamente; después de su temprana muerte, el impacto de su investigación comenzó a apreciarse.

Georg Friedrich Bernhard Riemann nació el 17 de septiembre de 1826 en Breselenz, Alemania. Su madre fue Charlotte Ebell, y su padre Friedrich Bernhard Riemann. Riemann mantuvo una estrecha relación con su padre, un ministro luterano, durante toda su vida. Fue el segundo de seis hijos. Su padre lo educó personalmente hasta que tenía 10 años, y en 1842 el niño ingresó en el Johanneum Gymnasium en Lüneburg. Era un buen alumno, pero aún no mostraba un talento extraordinario en la matemática. Aunque sus estudios principales fueron clásicos y teológicos, se interesó por la matemática después de devorar rápidamente un libro de teoría de números de Adrien-Marie Legendre.

En 1846, Riemann se matriculó en la Universidad de Göttingen, donde siguió estudiando matemática. Aunque Carl Friedrich Gauss enseñaba allí en ese momento, no reconoció el talento de Riemann, al igual que algunos de sus otros maestros. Al año siguiente, Riemann se trasladó a la Universidad de Berlín, donde pudo estudiar con Carl Jacobi y Peter Lejeune Dirichlet; este último fue especialmente influyente en Riemann, quien adoptó su enfoque intuitivo y no computacional para las ideas matemáticas. Gran parte del trabajo de Riemann carecía del rigor preciso común en ese momento: centró sus energías en desarrollar conceptos y marcos correctos para comprender la matemática. Durante este tiempo formuló los principios básicos de su teoría de variables complejas.

Riemann regresó a Göttingen en 1849 para un trabajo de doctorado, y presentó su tesis, dirigida bajo la supervisión de Gauss, en 1851. Este trabajo presenta los objetos geométricos que se conocieron como superficies de Riemann. Fue influenciado por ideas de la física y la topología, y aplicó estas técnicas en su análisis de estas superficies, basándose en la teoría más básica de las variables complejas de Augustin-Louis Cauchy. Algunos de sus resultados se probaron utilizando una técnica variacional conocida como principio de Dirichlet (Riemann atribuyó el método a Dirichlet, aunque Gauss y otros lo habían desarrollado anteriormente). Esta tesis fue sorprendente por su originalidad, incluso el soberano Gauss quedó impresionado.

Para su trabajo postdoctoral, Riemann comenzó a investigar la representación de funciones en términos de una base de funciones trigonométricas (análisis de Fourier); en el curso de su investigación, desarrolló una rigurosa teoría de la integración, construyendo lo que más tarde se conocería como la integral de Riemann de una función. Estaba trabajando en Göttingen, y Gauss le exigió que diera una conferencia sobre geometría para completar su beca; la conferencia de Riemann sobre geometría más tarde se hizo muy famosa, ya que estableció los principios básicos y las ideas claves detrás de la teoría de la geometría diferencial. Esta conferencia de 1854 desarrolló conceptos generales de espacio, dimensión, líneas rectas, métricas, ángulos y lugares tangentes para superficies curvas. El resultado de esta exposición notablemente original fue el establecimiento de la geometría diferencial como un campo importante de investigación matemática (hubo trabajos anteriores sobre geometría diferencial, pero Riemann plantó las ideas principales que continuarían guiando el tema a lo largo del próximo siglo), que luego resultó tener una aplicación notable a la teoría general de la relatividad: Albert Einstein, a principios del siglo XX, describió la fuerza de la gravedad como esencialmente una curvatura del espacio, y la teoría geométrica de Riemann fue la base matemática perfecta para esta importante nueva rama de la física.

Esta conferencia probó el concepto fundamental de espacio con una profundidad notable, y pocos científicos y matemáticos pudieron apreciar el genio extraordinario del pensamiento penetrante de Riemann; quizás solo Gauss fue capaz de comprender verdaderamente el significado del nuevo paradigma. Riemann luego pasó a la teoría de las ecuaciones diferenciales parciales, tema sobre el que dio un curso con poca asistencia. Obtuvo una cátedra en Göttingen en 1857, el mismo año en que publicó la teoría de las funciones abelianas. Este trabajo investiga más a fondo las propiedades topológicas de las superficies de Riemann, así como los llamados problemas de inversión. Aunque otros matemáticos, incluido Karl Weierstrass, trabajaban en esta área, el trabajo de Riemann fue tan amplio que se convirtió en un pensador destacado en esta rama de la matemática. Riemann utilizó nuevamente el principio de Dirichlet para sus resultados, y Weierstrass declaró que no era válido para las aplicaciones de Riemann. La búsqueda de una prueba alternativa durante las siguientes décadas condujo a varios otros desarrollos algebraicos fructíferos; David Hilbert finalmente dio la formulación correcta y la prueba de los resultados de Riemann a finales de siglo. Como resultado de la correcta crítica de Weierstrass, muchos matemáticos abandonaron las teorías desarrolladas por Riemann, quien sostuvo que eran ciertas.

En 1858, Riemann recibió la visita de Enrico Betti, quien importó las ideas topológicas de Riemann a su propio trabajo. El año siguiente murió Dirichlet, y Riemann lo reemplazó como presidente de matemática en Göttingen; también fue elegido para la Academia de Ciencias de Berlín a través de las fuertes recomendaciones de Ernst Eduard Kummer y Weierstrass. La siguiente área de investigación de Riemann fue la teoría de números: exploró la función zeta, ya definida por Leonhard Euler, extendiéndola primero al plano complejo. Esta función zeta da la suma de varias series infinitas y ya se sabía que estaba relacionada con el conjunto de números primos. El trabajo de Riemann amplió enormemente el conocimiento de esta función, así como sus aplicaciones; la famosa hipótesis de Riemann, que sigue sin resolverse hoy en día, establece que todas las raíces no triviales de la función zeta se encuentran en la línea en el plano complejo definida por los números complejos cuya parte real es igual a un medio. Esta extraña conjetura ha sido ampliamente verificada numéricamente, pero una prueba completa ha escapado a los esfuerzos concertados de cientos de matemáticos. La función zeta tiene varias aplicaciones para la teoría numérica analítica, como estimar el número de primos menores que un entero dado.

Riemann sufrió de mala salud durante toda su vida. Su constitución débil más tarde impediría su investigación y le quitaría la vida prematuramente. Se casó con Elise Koch en 1862, pero poco después contrajo un resfriado y luego desarrolló tuberculosis. Pasó gran parte de su tiempo en los próximos años en el extranjero, en Italia, con la esperanza de que el clima más suave alivie su enfermedad. Regresó a Göttingen en 1865, y su salud declinó rápidamente a partir de entonces; viajó a Italia en 1866 nuevamente por razones de salud, pero no se recuperó. Murió el 20 de julio de 1866 en Selasca, Italia.

Riemann fue fácilmente uno de los matemáticos más influyentes y creativos del siglo XIX y, de hecho, de toda la historia. Afectó de manera significativa la geometría y el análisis complejo sobre todo, proporcionando esencialmente el marco a través del cual se estudian estos temas hoy. Y las preguntas y los problemas profundos que abordó en el campo de la geometría son extremadamente relevantes para las concepciones modernas del universo físico. Su trabajo en teoría de números ha estimulado un esfuerzo de investigación sin igual: la investigación de la función zeta de Riemann debe ser uno de los campos de actividad matemática más concurridos. Gauss estaría de acuerdo en que Riemann fue sin duda uno de los mejores matemáticos que este mundo ha visto.

En Septiembre del año pasado (2018) ocurrió un hecho de gran trascendencia en Heidelberg Laureate Forum. El matemático Michael Atiyah (1929-2019) anunciaba haber demostrado finalmente la Hipótesis de Riemann. Su conferencia fue vista por decenas de miles de personas por internet y numerosos ciudadanos mostraron su entusiasmo en Twitter, alabando al octogenario experto: “Los héroes a veces no llevan capa”.

 


Fuente bibliográfica:

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

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August Möbius fue un excelente matemático, pionero de muchas ideas en topología, el estudio de mapas continuos que actúan sobre superficies de alta dimensión. Este campo de la matemática se estudió poco a poco a principios del siglo XIX y, de hecho, solo recibiría una investigación sistemática por parte de Henri Poincaré, Luitzen Egbertus Jan Brouwer y otros a principios del siglo XX. El trabajo de Möbius presentó las primeras investigaciones de orientación, superficies unilaterales y coordenadas homogéneas.

August Möbius nació el 17 de noviembre de 1790 en Schulpforta, Alemania. Su padre, Johann Heinrich Möbius, era un instructor de baile que murió cuando Möbius tenía solo tres años. Fue criado por su madre, descendiente de Martín Lutero, y fue educado por ella hasta los 13 años. Möbius siguió estudiando en la universidad local y se matriculó en la Universidad de Leipzig en 1809.

En Leipzig, Möbius siguió la preferencia de su familia de que estudiara leyes, pero después de su primer año abandonó este programa para dedicarse a la matemática, la física y la astronomía. Allí Karl Mollweide, un astrónomo con inclinaciones matemáticas, influyó en Möbius. En 1813 viajó a la Universidad de Gotinga para estudios de posgrado, y fue enseñado por el mismo Carl Friedrich Gauss. Como resultado de tener este gran mentor, Möbius adquirió una sólida formación en matemática y astronomía. En 1815, Möbius completó su tesis doctoral, que trataba de la ocultación de las estrellas fijas, y luego comenzó su investigación posdoctoral. Aunque su trabajo en este momento estaba en el campo de la astronomía, tenia un alto sabor matemático.

Evitando la posibilidad de ser reclutado en el ejército prusiano, Möbius completó su segunda tesis sobre ecuaciones trigonométricas, y pronto fue nombrado profesor de astronomía en Leipzig en 1816. El avance de la carrera de Möbius llegó lentamente, esencialmente debido a su pobre capacidad para impartir clases, aunque su trabajo matemático fue de gran calidad y originalidad.

Möbius trabajó de manera silenciosa y constante en una variedad de proyectos matemáticos, produciendo trabajos de gran calidad e integridad. Además de sus artículos sobre mecánica celeste y principios astronómicos, Möbius escribió sobre geometría proyectiva, teoría de números, topología y poliedros. Su trabajo clásico sobre geometría analítica de 1827 introdujo las coordenadas homogéneas (una forma de describir superficies proyectivas) y la red de Möbius (una cierta configuración en el espacio proyectivo). Esta investigación fue fundamental para estudios más modernos en geometría proyectiva. La función de Möbius y la fórmula de inversión de Möbius son significativas en el estudio de los números primos y la factorización en la teoría de números. Pero en el incipiente campo de la topología, Möbius demostró su genio creativo, con investigaciones innovadoras de superficies de un solo lado y el tema de la orientación (la determinación de las direcciones en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj sobre una superficie). En particular, redescubrió la llamada banda de Möbius en 1858 (previamente había sido explorada por Johann Listing). Este objeto es esencialmente una tira de papel torcida que tiene un solo lado. 

En 1844, Möbius se convirtió en profesor titular en Leipzig. Mientras tanto, asumió tareas astronómicas, supervisando la reconstrucción del observatorio local desde 1818 hasta 1821. Se casó en 1820 y tuvo una hija y dos hijos. También en 1844 interactuó brevemente con Hermann Günter Grassmann, cuyo trabajo sobre topología y geometría algebraica fue bastante similar al de Möbius. Murió el 26 de septiembre de 1868 en Leipzig, Alemania.

Möbius es quizás más conocido por la banda  de Möbius y la fórmula de inversión de Möbius, aunque su trabajo más importante fue probablemente en geometría proyectiva. Su trabajo se distinguió por su originalidad y cohesión, así como por su profundidad.

 


Fuente bibliográfica:

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

 

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