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9.6.21

The Platonic solids - Los sólidos platónicos

The Platonic solids

Plato (427-347 BC) identified five polyhedral solids with all faces the same. He associated these with the basic elements which he believed made up the physical world. These Platonic solids are the triangular pyramid (tetrahedron), cube (hexahedron), octahedron, dodecahedron and icosahedron. Plato claimed that earth was made of cubic particles, fire of pyramids, air of octahedrons and water of icosahedrons. He claimed, '… the gods used the dodecahedron for arranging the constellations on the whole heaven'.

In his Elements, Euclid gives a thorough account of the Platonic solids and repeats Plato's assertion that there are only five regular solids.


Los sólidos platónicos

Platón (427-347 a.C.) identificó cinco sólidos poliédricos con todas las caras iguales. Los asoció con los elementos básicos que creía que formaban el mundo físico. Estos sólidos platónicos son la pirámide triangular (tetraedro), el cubo (hexaedro), el octaedro, el dodecaedro y el icosaedro. Platón afirmaba que la tierra estaba hecha de partículas cúbicas, el fuego de pirámides, el aire de octaedros y el agua de icosaedros. Él aseguraba que "... los dioses usaron el dodecaedro para ordenar las constelaciones en todo el cielo".

En sus Elementos, Euclides da una detallada descripción de los sólidos platónicos y repite la afirmación de Platón de que solo hay cinco sólidos regulares.

Nota: el texto en inglés ha sido extraído del libro: The Story of Mathematics, de Anne Rooney.

2.6.21

The Nine Chapters - Los Nueve Capítulos

The Nine Chapters

The earliest Chinese mathematical text, The Nine Chapters on the Mathematical Art, was first produced in the 1st century BC. Many commentaries were written over the ensuing centuries, the best of which was by Liu Hui in AD 263. The text demonstrates Pythagoras’ theorem (derived independently) and shows how to calculate such distances as the height of a tower seen from a hill, the breadth of an estuary, the height or a pagoda and the depth or a ravine. It also deals with finding areas and volumes of figures such as trapezoids, circles, segments of circles, cylinders, pyramids and spheres.

Los Nueve Capítulos

El texto matemático chino más antiguo, Los Nueve Capítulos del Arte Matemático, apareció por primera vez en el siglo I a.C. Se escribieron muchos comentarios a lo largo de los siglos siguientes, el mejor de los cuales fue de Liu Hui en 263 d.C. El texto demuestra el teorema de Pitágoras (deducido de forma independiente) y enseña como calcular distancias tales como la altura de una torre vista desde una colina, la anchura de un estuario, la altura de una pagoda y la profundidad de un barranco. También trata del cálculo de áreas y volúmenes de figuras como trapezoides, círculos, segmentos de círculos, cilindros, pirámides y esferas.

Nota: el texto en inglés ha sido extraído de The Story of Mathematics, de Anne Rooney.

12.5.21

Magic Squares - Cuadrados mágicos

Magic Squares

A magic square is an arrangement of numbers in a square grid so that each horizontal, vertical and diagonal line of numbers adds up to the same total, called the magic constant. The smallest magic square (apart from a box with the figure 1 in it) has three squares on each side and the magic constant is 15:

 
This is known as the Lo Shu square after a Chinese legend recorded as early as 650 BC. This tells how villagers tried to appease the spirit of the flooding river Lo and a turtle came out of the water with markings on its back that depicted the magic square. The pattern acquired ritualistic or talismanic properties for the local people.
 
 

Cuadrados mágicos

Un cuadrado mágico es una disposición de números en una tabla cuadrada de forma que cada línea horizontal, vertical o diagonal de números suman el mismo resultado, llamado constante mágica. El cuadrado mágico más pequeño (aparte de una caja con el dígito 1 en ella) tiene tres cuadrados por cada lado y su constante mágica es 15.

Este es conocido como el cuadrado Lo Shu, por una leyenda china cuyo registro se remonta al 650 a. de C. Esta leyenda nos cuenta cómo los aldeanos trataron de aplacar el espíritu del desbordado río Lo, y una tortuga salió del agua con marcas sobre su espalda que representaban el cuadrado mágico. El modelo adquirió propiedades ritualísticas y talismánicas para la población local.
 
 
Nota: el texto en inglés ha sido extraído de The Story of Mathematics, de Anne Rooney.

3.12.18

Otra leyenda sobre el tablero de ajedrez

Cuaderno de bitácora: he estado leyendo recientemente el libro Tradiciones y Leyendas Sevillanas, de José María de Mena, publicado por Plaza y Janés en los años 80 del siglo pasado, y me he encontrado con una versión alternativa de la leyenda sobre el tablero de ajedrez. Esta versión se centra en el siglo XI, y los protagonistas son el moro Abenamar, poeta, visir y amigo del rey Almotamid, y el rey castellano Alfonso VI.

Figura 1

Transcribimos a continuación la leyenda, tal y como la narra José María de Mena:

De cómo Abenamar salvó a Sevilla
El poderoso rey Alfonso VI de Castilla, en su juventud, siendo príncipe, perseguido por su hermano usurpador del reino, hubo de refugiarse en la corte árabe de Toledo, en la que dedicado a forzosa ociosidad, se entretuvo en aprender el noble juego del ajedrez.
Muerto el usurpador, y exaltado al trono don Alfonso tras la jura de Santa Gadea, en Burgos, se propuso ensanchar el reino castellano, a cuyo efecto conquistó Toledo, y cruzando después la línea del Tajo hizo incursiones en dirección a Andalucía, sembrando el temor entre los reyes de taifas andaluces.
Almotamid, rey de Sevilla, al saber que Alfonso VI se acercaba, tuvo la idea de enviarle, no un ejército, sino solamente una embajada que habría de pactar con el castellano.
Designó Almotamid para realizar tan difícil misión, a su amigo el poeta Abenamar, que ocupaba el cargo de visir, quien con acompañamiento de un lucido séquito llevando valiosos presentes, salió de Sevilla y encontró junto a Sierra Morena al rey Don Alfonso.
Plantó Abenamar una lujosa tienda de campaña, de rica seda, y convidó al rey de Castilla a que viniera, para ofrecerle un agasajo.
Durante la comida, condimentada con especias y perfumes, según la usanza mora, Abenamar se esforzó en sonsacar a Don Alfonso sus gustos e inclinaciones para saber cómo podría mejor captarse su voluntad. Y habiéndose enterado de que al rey le agradaba mucho el ajedrez, le dijo:
—Si os place, de sobremesa podríamos jugar una partida. Precisamente traigo un lindo tablero de nácar y ébano, y figurillas labradas en marfil, que no las hay mejores en España.
Mucho agradó a Don Alfonso la proposición, pues se tenía por gran jugador, y para demostrarlo, propuso:
—Habremos de jugar apostando algún dinero, pues no es razón que juguemos como las mujeres o los chiquillos.
—Muy puesta en razón es vuestra sugerencia; sin embargo me temo que yo, simple embajador, no tendré dineros para apostarlos en cantidad suficiente para jugar nada menos que contra un rey. Sin embargo os propongo una apuesta más sencilla. Si os gano me daréis dos granos de trigo por el primer cuadro del tablero, cuatro granos por el segundo, dieciséis por el tercero, y así multiplicando el número por sí mismo a cada escaque. Si yo pierdo os daré igual.
Hízole gracia a Don Alfonso la forma de jugar, y más cuando Abenamar le indicó que tenía un pequeño terreno, y que con el trigo que pensaba ganarle podría sembrar su parcela cuando llegase el otoño.
Sin embargo Abenamar estaba preparándole un ingenioso ardid a Don Alfonso VI con el propósito de salvar a Sevilla.
Jugaron, pues, la partida, y perdió Don Alfonso. Sonriendo, dijo:
—Bien, Abenamar, me habéis ganado. Os pagaré lo que apostamos. En cuanto llegue a Castilla daré orden de que os envíen unos cuantos sacos de trigo, y podréis sembrar vuestro campito con buen trigo castellano.
—¿Cómo unos cuantos sacos? Bromeáis, señor. Hagamos la cuenta, pues no quiero recibir ni un solo grano de más, pero tampoco de menos.
Alfonso, de buena gana, y todavía riendo, tomó papel y pluma y empezó a hacer la cuenta. Dos granos por el primer escaque del tablero, cuatro por el segundo, dieciséis por el tercero.
Pero a medida que iban siendo más escaques, la cifra, siempre multiplicada por sí misma, iba alcanzando unas cantidades que escapaban a todo lo imaginable. La progresión era tal, que cuando llegaban a menos de la mitad del tablero, ya no había posibilidad de operar, y para completar el tablero no habría trigo en todos los graneros de Castilla, al que cada año pagaba un impuesto o parias, a cambio había empeñado su palabra de rey, y le era imposible el cumplirla.
En tal situación, abatido y confuso el rey castellano, Abenamar le propuso:
—Señor, pues que la pérdida es tan grande y no podéis pagarla, yo me daría por satisfecho de condonaros la deuda a cambio de que retiraseis vuestro ejército fuera de las fronteras de mi señor el rey Almotamid de Sevilla. Y si queréis hacer guerras, dirigir más bien vuestros afanes hacia Badajoz, o hacia Murcia o Granada, cuyos reyes no son vasallos del de Sevilla.
No satisfizo mucho al castellano la solución, pero como no podía tomar otra, hubo de aceptarla, y así, despidiéndose de Abenamar, ordenó la retirada de su ejército hasta la línea fronteriza, tal como el poeta le había pedido.
Así fue cómo gracias a su ingenio, a su habilidad en el juego del ajedrez, y a su conocimiento de las matemáticas, pudo Abenamar salvar a Sevilla.

En un artículo del Diario ABC, se recoge la misma historia, y se sitúa la leyenda en el año 1078.

Figura 2
 
Además del exquisito ambiente romántico y caballeresco que tiene esta leyenda, nos ha llamado mucho la atención su contenido matemático, que vamos a estudiar a continuación.

En el relato hemos resaltado en negrita la propuesta de Abenamar, que volvemos a reproducir aquí: "Si os gano me daréis dos granos de trigo por el primer cuadro del tablero, cuatro granos por el segundo, dieciséis por el tercero, y así multiplicando el número por sí mismo a cada escaque". Se trata de una sucesión de números en la que cada término se obtiene multiplicando por sí mismo el anterior:

En el primer escaque: 2
En el segundo escaque: 2 · 2 = 4
En el tercer escaque: 4 · 4 = 16

Si continuamos la sucesión iremos obteniendo:

En el cuarto escaque: 16 · 16 = 256
En el quinto escaque: 256 · 256 = 65536
En el sexto escaque: 65536 · 65536 = 4294967296
En el séptimo escaque: 4294967296 · 4294967296 = 18446744073709551616, etc.

Si conocemos la leyenda del inventor del ajedrez, que se puede leer en una entrada de este blog, nos daremos cuenta rápidamente que aunque las leyendas son parecidas, las sucesiones de granos sobre los escaques del tablero son muy diferentes.

En la leyenda del inventor del ajedrez, la sucesión de granos era:
1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, ...

En nuestra leyenda de hoy entre Abenamar y Alfonso VI, la sucesión de granos sobre los escaques es:
2, 4, 16, 256, 65536, 4294967296, 18446744073709551616, ...

Una cosa que salta a la vista comparando ambas sucesiones es que en la sucesión de Abenamar aparecen de forma inmediata números ENORMES. En efecto, la primera sucesión crece de forma mucho más suave y lenta que la segunda, y esta última tiene un crecimiento brutalmente acelerado.

De hecho, podemos comprobar que esta segunda sucesión está formada por las potencias de 2 con exponente igual a los términos de la primera sucesión:

21 = 2
22 = 4
24 =16
28 = 256
216 = 65536
232 = 4294967296
264 = 18446744073709551616, etc.

Si seguimos avanzando en los escaques, podemos comprobar que en el último escaque el número de granos de trigo sería:

29223372036854775808 = ?

¿Cuánto puede ser esta cantidad? No es un trabajo fácil hacerse una idea de este número. Si por ejemplo tratamos de calcularlo con la calculadora científica que aparece en la página Web2.0calc, la respuesta que nos sale es directamente "infinity".

Con la ayuda de los logaritmos, podemos hacer una aproximación en potencias de 10 o notación científica:

29223372036854775808 ≈ 1.38 · 102776511644261678566   (*)

Como se puede ver, se trata de una cifra del orden de un 1 seguido de más de dos trillones de ceros. Este número es grande, pero ¿cuánto de grande? Recordemos que un gúgol es 10 elevado a 100, es decir, un 1 seguido de 100 ceros. Un gúgol es un número enorme; los astrofísicos han calculado que el número de partículas subatómicas que existen en nuestro universo visible no va mucho más allá de 10 elevado a 80. Pero el número que hay en la última casilla del tablero de Abenamar es MUCHO, pero MUCHÍSIMO más grande, es 10 elevado a 2.7 trillones.

Si queremos verlo desde otro punto de vista, regresemos a los primeros escaques del tablero. En el séptimo escaque, el número de granos se dispara a los 18 trillones (que es casi exactamente el número de granos TOTALES que cabían en el tablero completo de ajedrez de la primera leyenda). Si calculamos el octavo, el noveno y el décimo escaque:

2128 ≈ 3.4 · 1038
2256 ≈ 1.15 · 1077
2512 ≈ 1.34 · 10154

Es decir, en el décimo escaque habría que poner una cantidad en granos de trigo superior a un 1 seguido de 154 ceros. Si cada partícula del universo visible se transformara en grano de trigo, no habría suficiente trigo en todo el universo para llenar el décimo escaque. Y todavía faltarían por rellenar el undécimo escaque, el duodécimo, etc., hasta el número 64.

Y eso no es todo. Además habría que sumar todos los granos de los 64 escaques. Sin embargo, en este caso no tiene demasiada importancia. Cuando el número de granos crece, hay tanta diferencia entre un escaque y el siguiente que la suma total de granos es muy poco mayor que la cantidad de granos que hay en el último escaque, el número que hay en (*).

Para terminar quisiéramos hacer un último comentario: por lo que se cuenta en la leyenda, creemos que el narrador no tiene una idea ni siquiera aproximada de las cifras que aparecen en la sucesión de Abenamar. En la leyenda se dice literalmente que "... A medida que iban siendo más escaques, la cifra, siempre multiplicada por sí misma, iba alcanzando unas cantidades que escapaban a todo lo imaginable. La progresión era tal, que cuando llegaban a menos de la mitad del tablero, ya no había posibilidad de operar..."

Si tenemos en cuenta que en aquella época había que hacer las cuentas a mano, y que en Europa todavía se seguían utilizando los números romanos, es muy improbable que el rey Alfonso VI pasara de la séptima casilla, que ya alcanza los cuatro mil millones, y que ya implica una multiplicación de dos números de cinco cifras. Intentar calcular la octava casilla es ya una tarea muy larga y complicada a mano, incluso con nuestro sistema decimal, y las demás casillas se tornan prácticamente imposibles. No sólo no podemos llegar a la mitad del tablero (32 casillas), sino que nos quedamos muy lejos de dicha mitad, como mucho sólo es calculable a mano la primera de las filas.

[Créditos de las imágenes: la Figura 1 es un retoque de una imagen tomada de la página web Mercado Libre Argentina, y la Figura 2 ha sido tomada del artículo periodístico publicado en ABC.]

24.1.18

Leyenda sobre el tablero de ajedrez

Entre todas las versiones que he leído sobre la invención del ajedrez, la que voy a transcribir a continuación es la que más me ha gustado, pues su ambientación logra trasladarme al encantado mundo de las mil y una noches.

Esta versión aparece en el libro Matemáticas recreativas de Yakob Perelman [traducción de F. Blanco y C. Pérez, Ediciones Martínez Roca].

El juego del ajedrez fue inventado en la India. Cuando el rey hindú Sheram lo conoció, quedó maravillado de lo ingenioso que era y de la variedad de posiciones que en él son posibles. Al enterarse de que el inventor era uno de sus súbditos, el rey lo mandó llamar con objeto de recompensarle personalmente por su acertado invento.
Figura 1
El inventor, llamado Seta, se presentó ante el soberano. Era un sabio vestido con modestia, que vivía gracias a los medios que le proporcionaban sus discípulos.

-Seta, quiero recompensarte dignamente por el ingenioso juego que has inventado -dijo el rey.

El sabio contestó con una inclinación.

-Soy bastante rico como para poder cumplir tu deseo más elevado -continuó diciendo el rey-. Di la recompensa que te satisfaga y la recibirás.

Seta continuó callado.

-No seas tímido -le animó el rey-. Expresa tu deseo. No escatimaré nada para satisfacerlo.

-Grande es tu magnanimidad, soberano. Pero concédeme un corto plazo para meditar la respuesta. Mañana, tras maduras reflexiones, te comunicaré mi petición.

Cuando al día siguiente Seta se presentó de nuevo ante el trono, dejó maravillado al rey con su petición, sin precedente por su modestia.

-Soberano -dijo Seta-, manda que me entreguen un grano de trigo por la primera casilla del tablero de ajedrez.

-¿Un simple grano de trigo? -contestó admirado el rey.

-Sí, soberano. Por la segunda casilla, ordena que me den dos granos; por la tercera, 4; por la cuarta, 8; por la quinta, 16; por la sexta, 32... 
Figura 2

-Basta -le interrumpió irritado el rey-. Recibirás el trigo correspondiente a las 64 casillas del tablero de acuerdo con tu deseo: por cada casilla doble cantidad que por la precedente. Pero has de saber que tu petición es indigna de mi generosidad. Al pedirme tan mísera recompensa, menosprecias, irreverente, mi benevolencia. En verdad que, como sabio que eres, deberías haber dado mayor prueba de respeto ante la bondad de tu soberano. Retírate. Mis servidores te sacarán un saco con el trigo que solicitas.

Seta sonrió, abandonó la sala y quedó esperando a la puerta del palacio.

Durante la comida, el rey se acordó del inventor del ajedrez y envió a que se enteraran de si habían ya entregado al irreflexivo Seta su mezquina recompensa.

-Soberano, están cumpliendo tu orden -fue la respuesta-. Los matemáticos de la corte calculan el número de granos que le corresponden.

El rey frunció el ceño. No estaba acostumbrado a que tardaran tanto en cumplir sus órdenes.

Por la noche, al retirarse a descansar, el rey preguntó de nuevo cuánto tiempo hacía que Seta había abandonado el palacio con su saco de trigo.

-Soberano -le contestaron-, tus matemáticos trabajan sin descanso y esperan terminar los cálculos al amanecer.

-¿Por qué va tan despacio este asunto? -gritó iracundo el rey-. Que mañana, antes de que me despierte, hayan entregado a Seta hasta el último grano de trigo. No acostumbro a dar dos veces la misma orden.

Por la mañana comunicaron al rey que el matemático mayor de la corte solicitaba audiencia para presentarle un informe muy importante.

El rey mandó que le hicieran entrar.

-Antes de comenzar tu informe -le dijo Sheram-, quiero saber si se ha entregado por fin a Seta la mísera recompensa que ha solicitado.

-Precisamente por eso me he atrevido a presentarme tan temprano -contestó el anciano-. Hemos calculado escrupulosamente la cantidad total de granos que desea recibir Seta. Resulta una cifra tan enorme...

-Sea cual fuere su magnitud -le interrumpió con altivez el rey- mis graneros no empobrecerán. He prometido darle esa recompensa, y por lo tanto, hay que entregársela.

-Soberano, no depende de tu voluntad el cumplir semejante deseo. En todos tus graneros no existe la cantidad de trigo que exige Seta. Tampoco existe en los graneros de todo el reino. Hasta los graneros del mundo entero son insuficientes. Si deseas entregar sin falta la recompensa prometida, ordena que todos los reinos de la Tierra se conviertan en labrantíos, manda desecar los mares y océanos, ordena fundir el hielo y la nieve que cubren los lejanos desiertos del Norte. Que todo el espacio sea totalmente sembrado de trigo, y ordena que toda la cosecha obtenida en estos campos sea entregada a Seta. Sólo entonces recibirá su recompensa.

El rey escuchaba lleno de asombro las palabras del anciano sabio.

-Dime cuál es esa cifra tan monstruosa -dijo reflexionando.

-¡Oh, soberano! Dieciocho trillones cuatrocientos cuarenta y seis mil setecientos cuarenta y cuatro billones setenta y tres mil setecientos nueve millones quinientos cincuenta y un mil seiscientos quince.

Hasta aquí la leyenda. A continuación, algunos comentarios matemáticos.

La leyenda de la invención del ajedrez nos ilustra sobre el rápido crecimiento de una progresión geométrica (de razón mayor que la unidad). En este caso tenemos una progresión geométrica en la que la razón es 2, pues cada término de la progresión es el doble del anterior.

La sucesión de términos es: 1, 2, 4, 8, 16, 32,... Obsérvese que esta sucesión coincide con las potencias de dos: 2⁰, 2¹, 2², 2³, 2⁴, 2⁵,...

El término general de la progresión, la fórmula que nos da cada número, es: aₙ = 2ⁿ⁻¹.

En la última casilla hay exactamente: 2⁶³ = 9.223.372.036.854.775.808 (un poco más de 9 trillones) granos de trigo.

El número de granos de trigo totales se calcula sumando todos los términos: 1 + 2 + 4 + 8 + ... Esto se hace más sencillamente gracias a la fórmula de la suma de los términos de una progresión geométrica:



Como curiosidad, si añadimos un grano más de trigo a la suma, obtenemos la siguiente potencia de 2: 2⁶⁴ = 18.446.744.073.709.551.616. Esto es debido a que conforme vamos sumando los granos de cada casilla, siempre nos quedamos a un solo grano de la casilla siguiente:

1 + 2 = 3 = 4 − 1
1 + 2 + 4 = 7 = 8 − 1
1 + 2 + 4 + 8 = 15 = 16 − 1, etc.

Todos estos números, 1, 3, 7, 15, etc., son llamados números de Mersenne. Se llama número de Mersenne a cualquier número anterior a una potencia positiva de 2, más concretamente a los números de la forma Mₙ = 2ⁿ − 1, con n ≥ 1.

Un aspecto interesante que merece la pena reflexionar es el comentario del matemático mayor del rey Sheram, cuando le explica que el número de granos de trigo es una cifra monstruosa. Pienso, y puedo estar equivocado, que cuando uno de nosotros lee la cifra, le parece simplemente una cifra grande, pero no tiene realmente idea de lo grande que es. De hecho, los granos de trigo son cosas de un tamaño muy pequeño, y en un saco de trigo puede haber muchísimos granos, aunque no sabemos cuántos.

Debemos tener en cuenta que cualquiera de nosotros, en nuestra época actual, hemos oído hablar de muchos ejemplos de cifras monstruosas: la población mundial, el producto interior bruto de un país desarrollado, la edad del universo, el número de estrellas que hay en la Vía Láctea, el número de kilómetros que equivale a un año-luz, el número de moléculas que hay en un mol de una sustancia (número de Avogadro), el gúgol, etc. Si con la imaginación nos trasladamos a la mitológica época del rey Sheram, a la India de los Vedas, a los inicios del sistema numérico decimal que ahora tenemos, podemos comprender que ya el mismo hecho de calcular, a mano, números tan grandes, debía suponer un enorme esfuerzo para los matemáticos de la época, que debían estar acostumbrados a contabilidades prácticas con números mucho más manejables.

Para hacerse una idea de lo grande que es la cantidad de 18 trillones de granos de trigo, hay que convertirla a una unidad más manejable, gramos, kilogramos o toneladas de trigo, y compararla con la producción de trigo mundial. Se pueden encontrar muchas páginas que hacen esta conversión, pero curiosamente hay discrepancia entre ellas.

En la wikipedia (en español), por ejemplo, hay una estimación de unos 1200 granos de trigo por kilogramo, con lo que cada grano de trigo pesaría casi un gramo, (lo cual me parece exagerado). Según dicha estimación, tomando toda la producción mundial actual de trigo, se necesitarían más de 22000 años para acumular los 18 trillones de granos pedidos por el inventor Seta.

La página de wikipedia en inglés, estima que cada grano de trigo pesa 0,065 gramos, lo cual equivale a que en un kilo hay unos 15000 granos de trigo, y calcula que el total de trigo del tablero de ajedrez es más de 1600 veces la producción mundial.

En Matemáticas cercanas, la estimación es de unos 25000 granos de trigo por kilo, es decir, cada grano de trigo pesaría 0,04 gramos. Según este cálculo, se necesitarían más de 1000 años para acumular los granos del tablero de ajedrez.

En la página de SMPM y en la de Me llevo las Mates de calle, se estima que un grano de trigo pesa 0,03 gramos, lo cual hace que en un kilo quepan unos 33000 granos de trigo, y que se necesiten unos 800 años para completar el pedido.

En cualquier caso, si aceptamos que para completar el pedido del inventor Seta se necesita aproximadamente la producción mundial de trigo durante 1000 años, ya sí nos podemos hacer una idea de lo monstruosa que es la cifra calculada por los matemáticos del rey Sheram.

Créditos de las imágenes:
Figura 1: extraída de Collectors Weekly.
Figura 2: By McGeddon [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons.

14.5.17

El tronco de la pirámide

Cuaderno de bitácora: recientemente ha caído en nuestras manos un excelente libro, La Secta de los Números (El Teorema de Pitágoras) de Claudi Alsina, publicado en formato de revista monográfica por RBA en edición especial de National Geographic.

[Esta imagen está sacada de El Kiosko de Jesús]
Hablando sobre los papiros egipcios matemáticos que se conservan, este libro-revista menciona el papiro de Moscú, y en él sobre un problema que presenta la fórmula para calcular el volumen de un tronco de pirámide:
Junto al papiro Rhind, el más importante documento matemático del antiguo Egipto es el famoso papiro de Moscú, datado en el año 1890 a.C., actualmente conservado en el Museo de Bellas Artes de Moscú, del que toma el nombre. Su forma es peculiar: tiene 5 metros de longitud, pero tan sólo 8 centímetros de anchura. En ese angosto espacio, aparecen 25 problemas matemáticos (...) En el papiro de Moscú aparecen cálculos sobre el volumen de una pirámide truncada, pero sobre todo destaca el problema 14, que presenta por primera vez la fórmula exacta del volumen de un tronco de pirámide de bases cuadradas.
En mis viajes por los mateocéanos, nunca he prestado atención a los troncos de pirámides, y me he limitado a estudiar con los grumetes las fórmulas de volúmenes de los sólidos más sencillos, como el del prisma o el de la pirámide. Picado por la curiosidad ante lo que he leído en el libro de Claudi Alsina, he reflexionado sobre la antigüedad que tiene la fórmula del volumen de un tronco de pirámide, y he dedicado un rato a deducirla.



Tenemos un tronco de pirámide de bases cuadradas, como el de la ilustración, y los datos de que disponemos son: el lado de la base inferior, a, el lado de la base superior, b y la altura h.

Para calcular su volumen vamos a apoyarnos en que ya sabemos la fórmula del volumen de una pirámide, así que ampliamos nuestro tronco hasta completar la pirámide con el vértice superior. Concretamos también dos triángulos en el interior de la pirámide que nos van a servir para hacer los cálculos.


Estos triángulos, ELN y EMJ, son semejantes por estar en posición de Tales (un ángulo común y los lados opuestos paralelos). Si llamamos H a la altura de la pirámide entonces NJ = h, EN = H − h, además JM = a/2, NL = b/2.


También tenemos en cuenta que si trazamos una recta paralela a EJ por L, obtenemos el punto Q y un pequeño triángulo, LQM, también semejante a los anteriores, en el que QM = (a − b)/2.


Aprovechando la semejanza de los tres triángulos, podemos escribir las siguientes proporciones:

De las dos últimas proporciones podemos despejar H y H − h:

Ahora debemos tener en cuenta que el volumen del tronco de pirámide es igual a la diferencia entre el volumen de la pirámide total y el volumen de la pirámide superior más pequeña. Debemos tener en cuenta que el volumen de una pirámide es igual a un tercio del área de su base por la altura de la pirámide.

Simplificamos:
Dividimos numerador entre denominador en la fracción, y obtenemos finalmente la fórmula buscada:


Notas: Si consultamos, por ejemplo, en la página Universo Fórmulas, nos encontramos la siguiente fórmula para el volumen del tronco de una pirámide:


Obsérvese que en nuestro caso el área de la base mayor es a al cuadrado y el de la base menor es b al cuadrado, luego sustituyendo convenientemente en esta fórmula, cuando la pirámide es de base cuadrada obtenemos la misma expresión.

Los gráficos están realizados con el programa GeoGebra.

19.2.17

El Ojo de Horus

En la antigua mitología egipcia, Seth, la encarnación de la envidia y el mal, asesinó a su propio hermano Osiris, el dios bueno, y posteriormente Horus, el hijo de Osiris, le hizo la guerra a Seth. Durante uno de los enfrentamientos, Seth hirió a Horus en el ojo izquierdo y lo dividió en partes. Con la ayuda de Ra y Thoth, Horus recompuso el ojo y lo convirtió en un instrumento muy poderoso, el Udyat, que no solo le permitía ver, sino que tenía cualidades mágicas.

Los habitantes de Egipto consideraban el Udyat como uno de los amuletos más poderosos. Protegía de las maldiciones y de la magia negra, remediaba las enfermedades oculares y potenciaba la vista. Por alguna razón el símbolo del Udyat también fue empleado en las matemáticas. Los escribas egipcios emplearon cada una de sus seis partes para representar una fracción. Las fracciones representadas eran las potencias negativas de 2, desde 1/2 hasta 1/64.


Si querían representar 1/2, dibujaban la parte interior del ojo, 

para 1/4 era la pupila,

para 1/8 la ceja

para representar 1/16, la parte exterior del ojo,

para 1/32, la espiral

y finalmente para 1/64, la lágrima o bastón


El ojo completo parece referirse a la unidad. Sin embargo, si sumamos las partes, la suma de todas las fracciones 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + 1/32 + 1/64 = 63/64, una fracción cercana a 1, pero no es igual a 1, le falta 1/64.

De hecho si continuáramos sumando las potencias negativas sucesivas de dos: 63/64 + 1/128 + 1/256 + ..., nunca llegamos a 1. Sólo llegamos a 1 si admitimos la suma infinita de todas las potencias negativas de 2.

¿Quisieron los antiguos escribas y matemáticos egipcios acercarse al concepto de serie geométrica infinita? ¿Tenía algún significado mitológico, como que cuando Thoth recuperó los trozos del ojo de Horus, no los recuperó todos, sino que faltaba una de las partes?

[Créditos de la imagen: De Benoît Stella alias BenduKiwi, CC BY-SA 3.0, Enlace]

23.1.15

Cuando pi fue tres

A principios de abril del año 1998 apareció en el grupo de noticias talk.origins un artículo que decía así:

HUNTSVILLE, Alabama. - Ingenieros y matemáticos de la NASA en esta ciudad de la alta tecnología están impactados y enfurecidos después de que el estado de Alabama aprobara ayer por un estrecho margen una ley que redefine pi, una constante matemática usada en la industria aeroespacial. El proyecto de ley que quiere cambiar el valor de pi a exactamente tres fue introducido sin algarabía por Leonard Lee Lawson, y rápidamente fue ganando apoyos tras una campaña por correo hecha por los miembros de la Sociedad Salomón, un grupo que lucha por los valores tradicionales. El gobernador Guy Hunt dice que firmará el proyecto para que se convierta en ley el próximo miércoles.

La ley ha tomado a la comunidad tecnológica del estado por sorpresa. "Habría sido correcto si hubieran consultado con alguien que realmente usa pi", dijo Marshall Bergman, un director de la Organización de Defensa de Misiles Balísticos. Según Bergman, pi es una letra griega que significa la proporción o razón de la circunferencia de un círculo a su diámetro. Los ingenieros la usan a menudo para calcular trayectorias de misiles.

La profesora Kim Johanson, una matemática de la Universidad de Alabama, dijo que pi es una constante universal y no puede ser cambiada arbitrariamente por los legisladores. Johanson explicó que pi es un número irracional, lo que significa que tiene un número infinito de dígitos después del punto decimal y nunca puede ser conocido con exactitud. Sin embargo, dijo ella, pi está precisamente definida por los matemáticos para ser "3.14159, más todos los dígitos que se tenga tiempo de calcular."

"Yo creo que son los matemáticos los que están siendo irracionales, y ya es hora de que lo admitan", dijo Lawson. "La Biblia dice muy claramente en Reyes 1, 7:23 que la pila de purificación del Templo de Salomón tenía diez codos de ancho y treinta codos de diámetro, y que era perfectamente redonda."

Lawson puso en duda la utilidad de cualquier número que no puede ser calculado exactamente, y sugirió que no llegar a conocer nunca la respuesta exacta puede dañar la autoestima de los estudiantes. "Debemos recuperar algunos valores absolutos en nuestra sociedad", dijo, "la Biblia no dice que la pila fuera treinta y algo codos. Dice claramente treinta codos. Punto."

La ciencia apoya a Lawson, explica Russell Humbleys, un técnico de propulsión en el Centro Espacial Marshall, que ha testificado en apoyo de la ley ante la legislatura de Montgomery el lunes. "Pi es simplemente un artificio de la geometría euclidiana." Humbleys está trabajando en una teoría que dice que demostrará que pi está determinado por la geometría del espacio tridimensional, la cual asumen los físicos que es "isotrópica", es decir, la misma en todas las direcciones. "Existen otras geometrías, y pi es diferente en cada una de ellas," dice Humbleys. Los científicos han asumido arbitrariamente que el espacio es euclidiano, afirma Humbleys. También señala que un círculo dibujado en una superficie esférica tiene un valor diferente para la proporción de la circunferencia a su diámetro. "Cualquiera con un compás, una regla flexible y una esfera lo puede comprobar por si mismo," sugiere Humbleys, "no hay que ser precisamente una lumbrera."

Roger Learned, un miembro de la Sociedad Salomón que estaba en Montgomery para apoyar la ley, se muestra de acuerdo. Ha dicho que pi no es nada más que una suposición de los matemáticos y los ingenieros que estaban allí para argumentar en contra de la ley. "Estos peces gordos han llegado tan campantes a la capital con una impresionante arrogancia," dijo Learned. "Su déficit introductorio ha resultado en una postura polémica en absoluta contraposición con el poder de la legislatura."

Algunos expertos en educación creen que la legislación afectará a la forma en que se enseña matemáticas a los niños de Alabama. Una miembro del comité escolar del estado, Lily Ponja, está ansiosa por incluir el nuevo valor de pi en los libros de texto estatales, pero cree que el antiguo valor debería conservarse como alternativa. Ella ha dicho, "Por lo que a mi respecta, el valor de pi es solo una teoría, y deberíamos abrirnos a todas las interpretaciones." Ponja está muy deseosa de que los estudiantes tengan la libertad de decidir por si mismos qué valor de pi debería haber.

Robert S. Dietz, un profesor de la Universidad del Estado de Arizona que ha estado siguiendo la controversia, escribió que esta no es la primera vez que una legislatura estatal ha intentado redefinir el valor de pi. Un legislador del estado de Indiana trató sin éxito de que dicho estado fijara el valor de pi como tres. Según Dietz, el legislador estaba exasperado por los cálculos de un matemático que había calculado pi hasta cuatrocientas cifras decimales y todavía no había podido conseguir un número racional. Muchos expertos avisan de que esto es solo el comienzo de una batalla nacional sobre pi entre los partidarios de los valores tradicionales y la élite técnica. Lawson, miembro de la Sociedad Salomón está de acuerdo. "Solo queremos devolver a pi su valor tradicional," ha dicho, "que, según la Biblia, es tres."
El artículo, en su versión original en inglés, puede leerse aquí. Se trata tan solo de un artículo en broma, escrito por Mark Boslough y publicado en el 1 de abril de 1998, el April Fools' Day (literalmente, el día de los tontos de abril), el equivalente a nuestro 28 de Diciembre, Día de los Inocentes. Todos los personajes citados en el artículo, salvo Guy Hunt, son imaginarios. Guy Hunt fue un gobernador de Alabama, condenado por corrupción en 1993.

Sin embargo, el artículo empezó a circular por Internet y aunque al día siguiente de su publicación el autor confesara la broma, muchas personas empezaron a creer que era auténtico.

A pesar del engaño, el artículo está inspirado en un hecho real: en 1897 la Cámara de Representantes de Indiana aprobó unánimemente una enmienda redefiniendo el área de un círculo y el valor de pi. Esta enmienda estuvo impulsada no con el ánimo de hacer que pi coincidiera con el valor que la Biblia le otorga, sino con el propósito de probar la cuadratura del círculo, que el matemático aficionado Edward J. Goodwin había creído descubrir. Este convenció al Representante Taylor I. Record, el cual introdujo la enmienda a la Cámara de Indiana. La enmienda fue rechazada en el Senado estatal gracias a la oportuna intervención de C. A. Waldo, profesor de la Universidad de Purdue. Un artículo explicando todo este asunto puede leerse aquí.

También hay otro hecho curioso: el escritor de ciencia ficción Robert A. Heinlein, en su novela Forastero en Tierra Extraña, publicada en 1961, menciona que en Tennessee se aprobó una ley haciendo que pi fuera igual a tres, pero esto no es real, solo es una ficción más de la novela.


Tal y como dice el artículo de broma escrito por Mark Boslough que hemos transcrito arriba, existen algunos pasajes de la Biblia en los que se puede deducir que el valor asignado a pi en  tiempos bíblicos era tres. Concretamente, los pasajes son de Reyes 1, 7:23 y de Crónicas 2, 4:2, y los dos versículos dicen prácticamente lo mismo: Hizo asimismo un mar de fundición, de diez codos del un lado al otro, perfectamente redondo: su altura era de cinco codos, y ceñíalo alrededor un cordón de treinta codos.


Cuando en el texto se habla de un mar de fundición, se refiere a un recipiente de bronce, como un gran caldero o bañera circular. El texto indica que tenía un diámetro de diez codos y una circunferencia de treinta codos y era perfectamente redondo. Como el valor de pi coincide con el cociente de la longitud de la circunferencia entre su diámetro, de aquí se infiere que el valor de pi asignado por en el Antiguo Testamento era exactamente 3.

En realidad si queremos hacer una circunferencia que tenga 10 codos de diámetro, la longitud de la circunferencia tiene que tener 31'4 codos de largo, aproximadamente. Y viceversa, si la circunferencia es exactamente de 30 codos, el diámetro no llega a 10 sino que debe ser de poco más de 9'5 codos. Entonces no se puede fabricar un recipiente según las instrucciones bíblicas. Es posible que las medidas sean aproximadas: un diámetro de casi 10 codos con una circunferencia de poco más de 30 codos de largo.

También es muy posible que entre en juego el grosor del recipiente, pues se dice que el mar de fundición debía tener un espesor de un palmo. El palmo es la longitud que abarca una mano extendida, desde la punta del dedo gordo hasta la punta del dedo meñique, y el codo es la longitud desde el extremo de la mano abierta hasta el codo. Estas longitudes varían en cada persona, y así hay diferentes medidas de codo y palmo según el país y la cultura en donde nos encontramos. Pero podemos hacernos una idea que un palmo está en torno a 20 ó 25 centímetros, y el codo alrededor de 50 centímetros. Si medimos la anchura del recipiente contando con el grosor en 10 codos, la anchura sin el grosor serían unos 9'5 codos, y la circunferencia por dentro del recipiente haría 30 codos con bastante exactitud.

Al parecer, a lo largo de la historia se ha tomado al pie de la letra que la Biblia sugiere que el valor de pi era exactamente 3, lo que ha causado graves problemas teológicos. La forma de medir el diámetro por fuera y la circunferencia por dentro que hemos mencionado en el párrafo de arriba ya fue propuesta por el Rabino Nehemiah, que vivió sobre el año 150 d. C. También se han propuesto otras explicaciones: que los Hebreos redondeaban sus cantidades a los números enteros más cercanos, que el recipiente no era perfectamente circular, o bien que no tenía forma cilíndrica.

10.8.13

La Tabla Redonda y otras curiosidades matemáticas de la Inglaterra antigua

Cuaderno de bitácora: como inicio de una nueva etapa en el blog, hemos sentido la necesidad de empezar con un tema sencillo en el campo matemático pero de gran interés personal.

Es sobradamente conocida por todos la historia-leyenda del Rey Arturo, la Reina Ginebra, el Mago Merlín y los Caballeros de la Tabla Redonda, ubicada temporalmente en la época posterior al dominio romano de las Islas Británicas y justo antes de la invasión de las mismas por los pueblos sajones.

Dicen los cronistas antiguos que después de disputar grandes batallas, una vez que Inglaterra fue pacificada y unida bajo un solo Rey, Arturo sintió la necesidad de crear una Hermandad con sus Caballeros, y siguiendo los consejos del sabio Mago Merlín, hizo construir una gran mesa redonda a la que se sentarían él y sus doce caballeros más fieles para reunirse y discutir los difíciles asuntos del reino y narrar las mejores hazañas de caballería. Por esta mesa o tabla la Hermandad tomó el nombre de los Caballeros de la Tabla Redonda, y gracias a sus increíbles proezas y noble comportamiento adquirió una fama imperecedera que ha llegado hasta nuestros días.


Según dice la leyenda "a la mesa o tabla se reunían los Caballeros y el Rey, y en ella todos iguales se sentaban y todos igualmente servidos estaban". Podemos comprender que el hecho de que la mesa fuera redonda suponía un símbolo de completa igualdad entre todos los que se sentaban a ella. Es evidente que el Mago Merlín aconsejó la forma matemática del círculo para que precisamente se diera esa relación de igualdad y equilibrio perfecto entre todos los participantes.

En el círculo todos los puntos están a la misma distancia del centro, y no hay ningún punto de la circunferencia que se destaque sobre los demás o que tenga características diferentes a los de los demás.


Si se hubiera elegido cualquier otra forma geométrica, no se habría conseguido esa propiedad de igualdad perfecta. En una elipse, por ejemplo, hay cuatro puntos destacados, los dos que se encuentran más cerca del centro de la elipse, y cuya distancia determina el eje menor de la elipse, y los dos que se encuentran más alejados del centro y cuya distancia es el eje mayor de la elipse.


Si hubiera sido un cuadrado, hay puntos especiales, los cuatro vértices, por ejemplo, y los cuatro puntos medios de los lados.


Lo mismo ocurre con cualquier polígono regular. De hecho, si se hubiera usado un polígono regular las posibilidades del número de personas que se pueden sentar a la mesa habrían quedado limitadas, mientras que en un círculo da igual cuántas se sienten a la mesa siempre que quepan, porque todos los reunidos estarán a la misma distancia y en idéntico privilegio.

Viéndolo desde otro punto de vista, también está la cuestión de la simetría de las figuras. La elipse tiene dos ejes de simetría, el cuadrado tiene cuatro. Los polígonos regulares tienen tantos ejes como vértices o lados. Si el polígono regular tiene un número impar de lados, por ejemplo un pentágono regular, entonces cada eje de simetría unirá un vértice con el punto medio del lado opuesto, pasando por el centro del polígono. Si el polígono regular tiene un número par de lados, como el hexágono, entonces la mitad de ejes irán de vértice a vértice opuesto, y la otra mitad unirá los puntos medios de dos lados opuestos.

Pero el círculo es una figura que tiene infinitos ejes de simetría, porque cualquier recta que pase por el centro es un eje de simetría. Esto significa que en cualquier lugar de la circunferencia que nos coloquemos, en cualquier punto de la mesa en que nos sentemos, vemos al círculo de forma simétrica y equilibrada.

Según algunas tradiciones, a la mesa redonda se sentaban el Rey y sus Doce Caballeros principales, en total 13 personas, aunque hay otras fuentes que afirman que eran el Rey y Veinticuatro Caballeros, haciendo un total de 25 personas. Esta última posibilidad es la que está recogida en la tabla redonda que se conserva en el gran salón del castillo de Winchester; la mesa en sí fue mandada hacer por el rey Eduardo I en el año 1275 aproximadamente, pero el trabajo de pintura en el que se separó el círculo en veinticinco sectores blancos y verdes, cada uno con un nombre de un Caballero, y se dibujó arriba al Rey Arturo sentado en su trono y apoyado sobre las Dos Rosas, se hizo en 1522 por orden de Enrique VIII.


Fue el Mago Merlín el que con sus artes sobrenaturales profetizó quiénes habrían de sentarse en la mesa redonda junto a Arturo Pendragón. Así, cuando la mesa fue construida junto con los sillones correspondientes, en cada sillón apareció por arte de magia el nombre del Caballero que tendría el honor de ocuparlo. Pero había nombres de Caballeros que todavía no formaban parte de la Hermandad, e incluso alguno de ellos ni siquiera había nacido todavía, como el caso de Perceval y Galahad.

Bien sabemos que la Mesa o Tabla Redonda se encontraba en el principal castillo del Rey Arturo, Camelot. Hoy no quedan restos de tal castillo, y se discute sobre su ubicación exacta. Las invasiones bárbaras-sajonas, fueron derrotadas y rechazadas continuamente mientras Arturo Pendragón empuñó su espada Excalibur, pero cuando Arturo murió y la Hermandad de los Caballeros de la Tabla Redonda se deshizo, los bárbaros pudieron por fin entrar en las Islas Británicas, y llenos de rencor por las antiguas derrotas y envidiosos del esplendor alcanzado por el reinado arturiano, se encargaron de borrar todo rastro y memoria del Rey Arturo y sus Caballeros. Camelot fue destruida hasta sus cimientos y del castillo no quedó piedra sobre piedra.

Sin embargo se conservan muchas tradiciones e indicios de que la ubicación exacta estuvo en la colina fortificada de Cadbury, una pequeña meseta que se eleva en estratos en los que no hace falta demasiada imaginación para ver las líneas por donde discurrieron las murallas defensivas de Camelot.


Si tenemos la oportunidad de contemplar la mejor película que se ha filmado sobre el Rey Arturo, Excalibur de 1981, dirigida por John Boorman, hay una escena en la que Arturo se reúne por la noche con sus caballeros sobre una colina, después de haber vencido en las batallas libradas contra los sajones, y al celebrar que la guerra ha terminado exclama: "construiremos aquí una tabla redonda para sentarnos a ella y contar hazañas, y en torno a la mesa una sala, y en torno a la sala un castillo..." Es lógico pensar, desde un punto de vista geométrico, que si la mesa fue redonda, la sala también pudo ser redonda, y que las murallas del castillo adoptaran también forma circular. Si observamos la colina de Cadbury, veremos que conserva una forma muy proporcionada, no exactamente circular, pero  cercana al círculo (más concretamente, tiene la forma de un corazón).



Estudiando en general el pasado de las islas británicas, nos vamos a dar cuenta que el círculo juega un papel muy importante entre la simbología antigua céltica. Podemos mencionar algunos ejemplos arqueológicos interesantes.

Tenemos el caso de Stonehenge, quizás el monumento megalítico más importante y conocido en todo el mundo. Estudiar y describir con profundidad todo el bagaje cultural que rodea este monumento no solo sería demasiado largo para este blog, sino que ocuparía libros enteros.


Pero hay un aspecto fundamental en la importancia de esta construcción, más allá del tamaño de sus piedras, más allá de su (relativo) buen estado de conservación, más allá de su participación como lugar central de muchas historias, tradiciones y leyendas británicas. Ese aspecto es el inmenso conocimiento matemático-astronómico que se necesitó para levantar el monumento, y que hace de este lugar una joya arqueológica de primer orden. En efecto, como ya han demostrado varios investigadores, las piedras de Stonehenge están colocadas de forma que se alinean con varias posiciones astronómicas claves, como el lugar por donde sale el sol en el solsticio de verano, por ejemplo. Aquellos que levantaron Stonehenge necesitaron hacer profundos cálculos matemáticos y astronómicos para diseñar lo círculos en los que se distribuyen los megalitos, y así construyeron un monumento que es a la vez un perfecto calculador de posiciones estelares y de fechas calendáricas.


También se necesitan de complejos cálculos para diseñar y construir un monumento como el que se conserva en Irlanda: Newgrange, un gigantesco túmulo circular al que se puede entrar por un estrecho túnel que desemboca en una pequeña estancia o cámara. El túnel tiene una orientación precisa y las piedras del monumento están dispuestas de tal modo que en el amanecer del solsticio de invierno los rayos del sol penetran por el túnel e iluminan la cámara durante unos breves minutos.


Entre los monumentos megalíticos, aparte de Stonehenge, hay muchos otros círculos de piedra, por citar uno de los más grandes y espectaculares, tenemos el de Avebury, tan amplio que con el paso de los siglos llegó a establecerse una pequeña aldea en su interior.


Cerca de Avebury se encuentra otro monumento relacionado con el círculo. Se trata de la "pirámide" de Silbury Hill, una pequeña colina artificial que geométricamente tiene la forma de un cono truncado. Si revisamos las civilizaciones antiguas vemos que muchas de ellas construyeron grandes monumentos piramidales, casi todas pirámides de base cuadrada, como las de Egipto, las pirámides mayas, las de Teotihuacán, los zigurats babilónicos, algunos templos de la India, etc. La pirámide no podía estar ausente de una cultura tan importante como la precéltica de las Islas Británicas, pero en este caso su base no es un cuadrado, sino el círculo, el símbolo tan venerado por estos pueblos antiguos.


También podemos encontrar el círculo en la conocida "cruz céltica", y un derivado del círculo, la espiral, en muchas piedras megalíticas, como las de Newgrange.




Por último, una proyección del círculo en la actualidad se ha dado en los misteriosos "crop circles" o círculos de Inglaterra, plasmados en los campos de cereales. Se llaman así porque los primeros de los que se tiene noticia, aparecidos en 1980, eran simples círculos, pero luego fueron apareciendo figuras cada vez más complejas, mezclas y asociaciones de círculos, barras, insectogramas, y posteriormente muchas más figuras geométricas incluyendo fractales y proyecciones en tres dimensiones, y por tanto una denominación más correcta sería la de pictogramas.



20.8.11

El compás celeste

Cuaderno de bitácora: recientemente he recibido un correo en el que se me recomendaba la web llamada El Cielo de Canarias, de Daniel López, y debo agradecer tal recomendación, que comparto aquí con los lectores.

Bien es sabido que la historia de las matemáticas ha estado íntimamente unida al desarrollo de la astronomía. A continuación me gustaría citar algunos ejemplos.

Si empezamos por Egipto, bien sabemos que los egipcios fueron grandes matemáticos aplicados y que con ese conocimiento supieron levantar increíbles construcciones y orientarlas exactamente hacia lugares específicos del cielo y de la geografía terrestre. Así, por ejemplo, las pirámides de Giza están perfectamente orientadas a los cuatro puntos cardinales, o también el eje del templo de Abú Simbel se alineaba con la salida del sol los días 20 de febrero y 20 de octubre, cumpleaños y día de la coronación de Ramsés II respectivamente, y en esos días la luz del sol entraba hasta el santuario interior del templo, iluminando las cuatro estatuas de los dioses que se encontraban en ese lugar.

En general, los templos egipcios están construidos siguiendo alineaciones y ángulos específicos respecto al curso del Nilo y respecto al cielo y ciertas estrellas, como Sirio, Alfa y Beta de Centauro, las Pléyades, Polaris, etc.

En la antigüedad no sólo los Egipcios, sino otras muchas civilizaciones se preocuparon de conseguir estos alineamientos en sus construcciones. Se puede consultar, por ejemplo, esta página, donde se nos explican algunas de las alineaciones más importantes.

En la Grecia antigua también se estudiaron las matemáticas a fondo para entender el movimiento celeste. Recordemos, por ejemplo, el estudio de las cónicas, y en concreto a la famosa matemática Hipatia, que supo traducir este estudio a la construcción de astrolabios, los cuales sirvieron durante muchos siglos para orientarse en la navegación gracias a la posición del sol y las estrellas.

Esas mismas cónicas son las que darían a Kepler la clave para entender y explicar el movimiento de los planetas en sus órbitas. Por la misma época, Galileo afirmaba que "las matemáticas son el alfabeto con el que Dios ha escrito el Universo".

A principios del siglo XIX, Gauss desarrolló métodos matemáticos muy potentes que permitieron la ubicación exacta del asteroide Ceres, el primero de los descubiertos en el cinturón de asteroides ubicado entre las órbitas de Marte y Júpiter.

Los modelos matemáticos de las geometrías no euclídeas, desarrollados durante la segunda parte del siglo XIX, fueron la base de la teoría de la relatividad de Einstein, con la que empezamos a entender la estructura y el comportamiento del Cosmos a gran escala.

La lista de relaciones entre desarrollos matemáticos y astronómicos es muy larga, y demuestra la íntima relación entre las dos ciencias. Sin embargo, una imagen vale más que mil palabras, y esto lo podemos comprobar si nos asomamos a la página El Cielo de Canarias, citada al principio de nuestra entrada, a través de los increíbles vídeos y las espectaculares fotografías de paisajes de Daniel López.


Un maravilloso ejemplo es esta fotografía, llamada Startrails ("rastros de estrellas") desde el Parque Nacional del Teide. La imagen está hecha con un objetivo especial que abarca un campo de 180º. Mediante una exposición de varias horas, las estrellas han ido dejando su rastro luminoso conforme se movían en el cielo nocturno. Gracias a la amplitud de campo, podemos ver a la izquierda cómo se van cerrando las circunferencias en torno al polo norte, y a la derecha, por debajo del horizonte, se curvan en torno al polo sur. La magnífica perspectiva conseguida por el autor de la foto hace que el Teide se encuentre al centro, y de él salgan trazos rectos, dando la impresión de que sobre su cima se proyecte el ecuador celeste.


En esta espectacular fotografía se observan los startrails con tajinastes (plantas endémicas de Tenerife) en primer plano. Esta imagen es una de las más completas que he visto en cuanto a cantidad de rastros estelares, trazados con perfección por el gran compás de los cielos. El rastro de Polaris o estrella Polar es uno muy pequeño y luminoso casi al centro de las circunferencias, un poco a la izquierda y abajo, como una coma al revés. Polaris, que nos señala el polo norte celeste, no se encuentra exactamente en ese polo norte sino que se desvía casi un grado del mismo; si estuviera en el polo norte exacto, en la foto se vería una estrella luminosa justo señalando el centro de las circunferencias.


Esta bellísima fotografía nos enseña el rastro de estrellas durante cuatro horas de exposición en el llano de Ucanca, Tenerife. La perspectiva elegida por el autor, que se ha situado justo al sur del Teide, hace que el polo norte celeste se encuentre exactamente sobre la cima del volcán. Además, ha aprovechado una gran charca de agua de lluvias recientes para conseguir el reflejo del universo en rotación. Al centro de las circunferencias apreciamos el pequeño y brillante rastro de Polaris, un poco a la izquierda y arriba del centro geométrico de los trazos estelares. A la derecha se ve un segmento rectilíneo: el paso de un satélite Iridium que refleja brillantemente la luz del sol oculto tras el horizonte.

Fotografías tan espectaculares como las que hemos expuesto aquí, junto con vídeos y otras imágenes de cuerpos celestes, galaxias, nebulosas, etc. se encuentran en la web de Daniel López, al que agradecemos su trabajo y felicitamos con entusiasmo por sus inspiradoras y preciosas imágenes.