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Posts Tagged ‘Geometría’

Después de un largo tiempo sin escribir en mi blog tengo el agrado de volver para compartir con Ustedes mi libro de geometría para chicos. El material es de acceso libre… lo único que les pido es que me comenten qué les parece, y si llegan a leerlo y hacer las actividades que propongo por favor háganme saber si la propuesta resultó amena.

Dejo enlace al sitio de la editorial aquí:

http://www.edupa.unp.edu.ar/poligolands-de-viaje-por-la-tierra-de-los-poligonos/

Saludos cordiales…

Ana María Teresa Lucca

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Aunque el énfasis en la matemática a partir de 1650 estaba puesto cada vez más en el análisis, las preguntas fundamentales de la geometría clásica continuaron despertando interés. La atención se centró en el quinto postulado del Libro I de los Elementos, que Euclides había utilizado para probar la existencia de una única paralela a través de un punto a una recta dada. Desde la antigüedad, geómetras griegos, islámicos y europeos habían intentado, sin éxito, demostrar que el postulado de las paralelas no tiene por qué ser un postulado, sino que podía deducirse de los otros postulados de la geometría euclidiana. Durante el período entre 1600 y 1800, los matemáticos continuaron estos esfuerzos por tratar de demostrar que el postulado era equivalente a algún resultado que fuera considerado evidente por sí mismo. Aunque el avance decisivo en la geometría no euclidiana no ocurriría hasta el siglo XIX, los investigadores lograron un entendimiento más profundo y sistemático de las propiedades clásicas del espacio.

El interés por el postulado de las paralelas se desarrolló en el siglo XVI después de la recuperación y traducción al latin del comentario de Proclo sobre los Elementos de Euclides. Los investigadores italianos Christopher Clavius en 1574 y Giordano Vitale en 1680 mostraron que el postulado es equivalente a afirmar que la línea equidistante a una recta es una línea recta. En 1693 John Wallis, profesor savilian de geometría en Oxford, intentó una demostración diferente, probando que el axioma se sigue de la hipótesis de que a cada figura existe una figura semejante de magnitud arbitraria.

Christopher Clavius

En 1733 el italiano Girolamo Saccheri publicó su Euclides ab Omni Naevo Vindicatus («Euclides Borrado de todos los defectos»). Este fue un importante trabajo de síntesis en el que proporciona un análisis completo del problema de las paralelas en términos de los cuadriláteros de Omar Khayyam. Utilizando el supuesto euclidiano de que las líneas rectas no encierran un área, fue capaz de excluir a las geometrías que no contienen paralelas. Queda por demostrar la existencia de una única paralela a través de un punto a una recta dada. Para ello, Saccheri adoptó el procedimiento de reducción al absurdo. Supuso la existencia de más de un paralela y trató de derivar una contradicción. Después de una investigación larga y detallada, fue capaz de convencerse a sí mismo (erróneamente) que había encontrado la contradicción deseada.

En 1766 Johann Heinrich Lambert de la Academia de Berlín compuso Die Theorie der Parallellinien ( «La Teoría de líneas paralelas», publicado en 1786), un estudio penetrante del quinto postulado de la geometría euclidiana. Entre otros teoremas Lambert demostró que el axioma de las paralelas es equivalente afirmar que la suma de los ángulos de un triángulo es igual a dos ángulos rectos. Combinó este hecho con el resultado de Wallis para llegar a una caracterización inesperada del espacio clásico. De acuerdo con Lambert, si se rechaza el postulado de las paralelas, se deduce que para cada ángulo \theta es menor que 2R/3 (R es un ángulo recto) se puede construir un triángulo equilátero con \theta ángulo en la esquina. Como consecuencia del resultado de Wallis cualquier triángulo semejante a este triángulo debe ser congruente a él. Por lo tanto, es posible asociar con cada ángulo de una longitud definida, el lado del triángulo equilátero correspondiente. Dado que la medición de ángulos es absoluta, independiente de cualquier convención relativa a la selección de unidades, se deduce que existe una unidad absoluta de longitud. Por lo tanto, aceptar el postulado de las paralelas es negar la posibilidad de un concepto absoluto de longitud.

Johann Heinrich Lambert

La contribución final del siglo XVIII a la teoría de las paralelas fue un libro de texto de Adrien-Marie Legendre titulado Éléments de géométrie (Elementos de Geometría y Trigonometría), cuya primera edición apareció en 1794. Legendre presentó una elegante demostración que pretendía demostrar que la suma de los ángulos de un triángulo es igual a dos ángulos rectos. Él creía que había establecido de manera concluyente la validez del postulado de las paralelas. Su trabajo atrajo a una gran audiencia y fue influyente al informar a los lectores las nuevas ideas en la geometría.

El fracaso del siglo XVIII para desarrollar una geometría no euclidiana estaba arraigado en profundas creencias filosóficas. En su Crítica de la razón pura (1781) Emmanuel Kant había hecho hincapié en el carácter sintético a priori de los juicios matemáticos. Desde este punto de vista, las afirmaciones de la geometría y la aritmética son necesariamente proposiciones verdaderas con contenido empírico definido. La existencia de figuras semejantes de diferente tamaño, o el carácter convencional de las unidades de longitud, parecía evidente para los matemáticos de la época. Incluso en 1824 Pierre-Simon, marqués de Laplace, escribió:

Así, la noción de espacio incluye una propiedad especial, evidente por sí misma, sin la cual las propiedades de las paralelas no se pueden establecer de forma rigurosa. La idea de una región acotada, por ejemplo, el círculo, no contiene nada que depende de su magnitud absoluta. Pero si nos imaginamos su radio disminuyendo, somos llevados sin falta a la disminución en la misma proporción de su circunferencia y los lados de todas las figuras inscritas. Esta proporcionalidad se me aparece un postulado más natural que el de Euclides, y es digno de notar que se descubre de nuevo en los resultados de la teoría de la gravitación universal.

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En el siglo XII, el médico al-Samaw’al continuó y completó la obra de al-Karaji en álgebra y también proporcionó un tratamiento sistemático de las fracciones decimales como medio para aproximar cantidades irracionales. En su método de búsqueda de raíces de ecuaciones puras, x^{n}=N, utilizó lo que ahora se conoce como método de Horner para desarrollar el binomio (a+y)^{n}. Su contemporáneo Sharaf al-Din al-Tusi a finales del siglo XII proporcionó un método para aproximar las raíces positivas de ecuaciones arbitrarias, basado en un enfoque prácticamente idéntico al descubierto por François Viète en el siglo XVI en Francia. El paso importante aquí fue no tanto la idea general sino el desarrollo de los algoritmos numéricos necesarios para llevarla a cabo.

Sharaf al-Din fue el descubridor de un dispositivo, llamado astrolabio lineal, que lo ubica en otra importante tradición matemática islámica, una que se centró en el diseño de nuevas formas del antiguo instrumento astronómico conocido como astrolabio. El astrolabio, cuya teoría matemática se basaba en la proyección estereográfica de la esfera, fue inventado en la antigüedad, pero su amplio desarrollo en el Islam lo convirtió en el reloj de bolsillo de los medievales. En su forma original, requería una placa distinta del horizonte de coordenadas para cada latitud, pero en el siglo XI el astrónomo español musulmán al-Zarqallu inventó una sola placa que funcionaba para todas las latitudes. Un poco antes, los astrónomos en el Este habían experimentado con proyecciones planas de la esfera, y al-Biruni inventó una proyección de tal manera que se podía utilizar para producir un mapa de un hemisferio. La obra maestra culminante fue el astrolabio del sirio Ibn al Shatir (1305-1375), una herramienta matemática que podía ser utilizado para resolver todos los problemas de astronomía esférica estándar de cinco maneras diferentes.

Por otro lado, los astrónomos musulmanes habían desarrollado otros métodos para resolver estos problemas mediante tablas de trigonometría de alta precisión y habían desarrollado nuevos teoremas de trigonometría. Fuera de estos desarrollos vino la creación de la trigonometría como una disciplina matemática, separada de sus aplicaciones astronómicas, de la mano de Nasir al-Din al-Tusi en su observatorio de Maragheh en el siglo XIII. (Fue allí también que el alumno de al-Tusi, Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311), y su alumno Kamal al-Din Farisi utilizando la gran obra de Ibn al-Haytham, Óptica, fueron capaces de dar la primera  explicación matemáticamente satisfactoria del arco iris.)

El observatorio de al-Tusi fue apoyado por un nieto de Genghis Khan, Hülegü, que saqueó Bagdad en 1258. Ulugh Beg, el nieto del conquistador mongol Tamerlán, fundó un observatorio en Samarcanda en los primeros años del siglo XV. Ulugh Beg era un buen astrónomo, y sus tablas de senos y tangentes para cada minuto de arco (con una precisión de cinco lugares sexagesimales) fueron uno de los grandes logros en matemática numérica hasta su tiempo. También fue el patrón de Jamshid al-Kashi (fallecido en 1429), cuya obra The Reckoners’ Key resume la mayor parte de la aritmética de su tiempo e incluye también secciones sobre álgebra y geometría práctica. Entre los trabajos de al-Kashi hay un cálculo magistral del valor de 2\pi que, cuando se expresa en fracciones decimales, tiene una precisión de 16 lugares, así como la aplicación de un método numérico, ahora conocido como iteración de punto fijo, para la solución de la ecuación cúbica con el seno de 1 grado como una raíz. Su trabajo es de una calidad que merece la descripción de Ulugh Beg de «conocido entre los famosos del mundo.»

Al-Kashi vivió casi cinco siglos después de las primeras traducciones de material árabe al latín, y por su época la cultura matemática islámica había dado a Occidente no sólo sus primeras versiones de muchos de los clásicos griegos, sino también un conjunto completo de algoritmos para la aritmética indo-arábiga, la trigonometría plana y esférica, y la poderosa herramienta del álgebra. Aunque la investigación matemática continuó en el Islam en los siglos después de la época de al-Kashi, el centro matemático de gravedad se desplazó hacia el oeste. Que esto fuera así es, por supuesto, en gran medida debido a lo que los matemáticos occidentales aprendieron de sus predecesores islámicos durante los siglos precedentes.

Resumiendo…

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