31.3.10

[El Problema de la Semana] Cuadrado al cuadrado y algo más

Otro de los antiguos problemas publicados en doDK, del cual, como es habitual, he perdido la fuente y no puedo decir ahora de donde lo extraje.

He tomado un determinado número y hallado su cuadrado. Después, he elevado este cuadrado al cuadrado y multiplicado el resultado por el número original. Al final de mis cálculos, hallo como resultado un número de 7 cifras acabado en 7. ¿Cuál es el número original?

La solución no se hará esperar, en cuanto la imagen dejéis pasar.

[Esta imagen está tomada de la web Grand Illusions. Consiste en un sencillo juguete formado por seis cuadrados hechos de plástico transparente de tres colores, y unidos por una esquina mediante una pieza de goma que se puede pegar a una ventana, por ejemplo. Con la luz que entre por la ventana, los niños pueden jugar  a darle vueltas a los cuadrados y descubrir las diferentes tonalidades de colores que se van formando al combinar los cuadrados entre sí. Recomiendo visitar la página grand-illusions.com, porque está llena de todo tipo de objetos y juguetes mágicos, ilusiones ópticas, y artículos y vídeos de muchos de ellos]

Solución:

Si elevamos al cuadrado, luego otra vez al cuadrado y luego multiplicamos por el número original, estamos elevando a la quinta:

(x2)2 · x = x5

Tenemos que encontrar a un número que elevado a la quinta dé un resultado de siete cifras que termine en 7. Esto se puede hacer a tanteo, aunque basta probar con los números que terminan en 7, porque son los únicos que pueden dar de última cifra 7 cuando se elevan a la quinta potencia (los que terminan en 3 también pueden dar 7 en la última cifra, pero no cuando se elevan a la quinta potencia).

Tras un breve tanteo se comprueba que 175 = 1419857, es decir, 17 es el único número que lo cumple.

29.3.10

El barco fantasma

Cuaderno de bitácora: esta mañana, a través de la densa niebla, he avistado la forma de un navío de aspecto conocido, y con intrépido ánimo le he pedido al timonel que pusiera rumbo hacia el extraño barco. No ha sido difícil surcar el piélago que nos separaba, y cuando nos hemos aproximado hacia el barco nos hemos encontrado para nuestro asombro con la presencia inquietante y fantasmal de doDK, que suponíamos naufragado desde hace varios meses.


A pesar de nuestras voces y señales no hemos recibido contestación, ni hemos podido ver ningún tripulante a bordo; el barco parece abandonado a su suerte. Tanto mi persona como el resto de los matemarineros, dominados por sentimientos supersticiosos, hemos evitado abordar el extraño navío y después de acompañarlo durante un buen rato en su rumbo a la deriva nos hemos separado lentamente de él. Finalmente la niebla se lo ha vuelto a tragar, y dudo que lo vayamos a encontrar de nuevo en nuestro periplo.

Ignoro si sus bodegas conservarán intacto aquello que una vez contuvieron, yo por mi parte no pienso averiguarlo. ¡Adiós doDK! ¡Sigue surcando el ancho espacio de los matemares en tu recorrido aleatorio! ¡Conviértete en una de esas leyendas y misterios que pueblan las inmensidades mateoceánicas! ¡Que las tormentas te respeten, el agua no pudra tus fuertes cuadernas y los peces se asombren al verte pasar brillando al sol de cielos limpios!

26.3.10

[El Problema de la Semana] Sumas de impares

Hoy, otro de los antiguos problemas de doDK:

Nos han encargado que sumemos todos los números impares desde el 1 al 101 ambos inclusive. Después de un buen rato hemos finalizado la cuenta, pero luego nos han encargado la suma del 1 al 201, y cansados de sumar, queremos encontrar una fórmula fácil que nos dé el resultado.

Encuentra la fórmula, y como aplicación calcula la suma de los impares desde el 1 al 101, del 1 al 201 y del 1 al 343.

¿Dónde estará
la solución?
Justo pasando
la ilustración.
Girad la rueda
en el ratón;
la encontraréis
sin dilación.

[Esta imagen está tomada de una actividad realizada por George Hart en la Universidad de Albion (Albion College), en el verano de 2008. Muestra el vestíbulo de dicha Universidad, en la que Hart dirigió a varios grupos de personas para montar las estructuras geométricas que luego fueron izadas y colgadas a diferentes alturas, como se ve en la foto. En total hay nueve formas geométricas, aunque en la imagen sólo se ven ocho, y están colocadas de forma que su sucesión inspira el vuelo de un asteroide o cometa espacial. Es sorprendente que, a pesar de que las estructuras son perfectamente regulares, Hart ha conseguido una forma intrincada que junto a los colores elegidos sugieren la forma irregular y rugosa de una roca incandescente entrando a la atmósfera de la Tierra. Ver nota al final de esta entrada para más detalles sobre George Hart]

Solución:
Basta ir probando con las primeras sumas de impares y darse cuenta de lo que pasa:

1 = 1 = 12
1 + 3 = 4 = 22
1 + 3 + 5 = 9 = 32 ...

Las sumas de números impares consecutivos siempre da el cuadrado de un número, concretamente el número que es media aritmética de los impares que estamos utilizando. Si queremos sumar todos los impares desde el 1 al 101 va a salir el cuadrado del número que es media aritmética entre 1 y 101:

(1 + 101) : 2 = 51; luego

1 + 3 + 5 + 7 + ... + 99 + 101 = 512 = 2601

Y de la misma forma:

1 + 3 + 5 + 7 + ... + 199 + 201 = 1012 = 10201
1 + 3 + 5 + 7 + ... + 341 + 343 = 1722 = 29584

Aclaración: evidentemente, para los matenavegantes un poco curtidos, este problema trata en realidad de la suma de progresiones aritméticas, y se pueden utilizar las fórmulas apropiadas para calcular dichas sumas, pero en este caso particular, sumando números impares, nos hemos encontrado con el atajo que se ha explicado antes y las fórmulas no son necesarias, tan solo un poco de atención e ingenio.

Nota: la página de George Hart es uno de los últimos descubrimientos en nuestro periplo de matenavegación. Recomendamos a todos los oficiales de los Barcos Escuela que la visiten, porque está llena de sorprendentes actividades. Una de ellas, concretamente la que Hart realizó en la Universidad de Sevilla en octubre de 2008, la hemos repetido en nuestro propio Barco, y en este enlace se pueden contemplar los resultados.

23.3.10

Ludolph van Ceulen y la extraña redacción (o en qué se parece una furgoneta a los 35 primeros decimales del número pi)

Cuaderno de bitácora: entre los muchos papeles viejos que aparecieron el pasado verano cuando nos pusimos a hacer una limpieza a fondo de los camarotes, quiero subir a este blog uno de ellos que me trae la imagen de una simpática grumete de hace tres o cuatro años, la cual, un día de aquellos, y a propuesta mía, presentó una redacción sobre Ludolph van Ceulen.
 
 
La curiosa vida de van Ceulen la encontré por primera vez dentro de un libro de texto, en un pequeño artículo de una sección de curiosidades incluidas al final de cierto tema. Ludolph van Ceulen fue un matemático alemán del siglo XVI y principios del XVII, que emigró a Holanda por motivos religiosos y fue nombrado profesor de la Universidad de Leiden en 1600, cuando contaba con 60 años. Lo más curioso, y el motivo de que se le recuerde, es que se pasó los último veinte años de su vida calculando cifras decimales al número pi, π, y cuando murió había logrado determinar π con la friolera de... 35 cifras decimales:
 
3,14159265358979323846264338327950288.
 
Como recordatorio de su gesta, el número π con sus treinta y cinco primeros decimales fue grabado en la lápida de su tumba, y en parte de Europa al número π se le ha llamado durante mucho tiempo número ludolphino (pronúnciese la ph como una efe: "ludolfino").
 
El número π es quizás el más famoso de las matemáticas, y conocer su historia es descubrir un largo camino lleno de hitos importantes, mediante los cuales nos podemos hacer una idea de lo que han sido muchos aspectos de la aritmética, de la geometría, del álgebra, del cálculo y del análisis, y de cómo han ido evolucionando a través de los tiempos. No es una historia para conocer ni comprender por completo en un rato, sino que requiere paciencia y progresiva profundización.
 
La historia de π está llena de anécdotas y hechos curiosos. Podemos hacer un mínimo resumen de ella, y empezar diciendo que π era conocido desde la más remota antigüedad en su definición, "la razón o proporción entre la longitud de una circunferencia y su diámetro"; pero una cosa es definirlo y otra muy distinta es calcularlo.
 
Diferentes civilizaciones han dado distintas aproximaciones del número π, algunas más alejadas de su valor real, otras más ajustadas, más exactas. En la Biblia, en el Libro de los Reyes, se dan una serie de instrucciones para construir un caldero, y en esas instrucciones se asume implícitamente que π es igual a 3. Los egipcios dieron un valor a π de 3'1666... y los griegos un valor de 3'125. Los chinos se aproximaron mucho, dando un valor a π de 355/113. Si hacemos la división veremos que coincide con π en las seis primeras cifras decimales (consultar la página de la wikipedia para más detalles).
 
Se dice que Arquímedes fue el primero que propuso un método o algoritmo geométrico que se usó durante siglos para aproximarse al valor de π. El método es muy sencillo: se trata de tomar una circunferencia, de un diámetro determinado, y calcular su longitud aproximándola mediante el perímetro de polígonos regulares. Tomamos polígonos regulares inscritos (polígonos interiores cuyos vértices están en la circunferencia) y polígonos regulares circunscritos (polígonos exteriores cuyos lados son tangentes a la circunferencia). Conforme vamos aumentando el número de lados de esos polígonos, se van pareciendo cada vez más a la circunferencia, y los perímetros se van aproximando cada vez más a la longitud real de la circunferencia, que al dividirla entre la longitud del diámetro, nos va acercando al número pi con la precisión que queramos.
Éste método, como hemos dicho antes, estuvo en uso durante muchos siglos. Pero el problema son los cálculos aritméticos. Sin ayuda de calculadoras, sin ni siquiera el apoyo de los logaritmos, que no se inventarían hasta principios del siglo XVII, los matemáticos de aquellos tiempos se tenían que enfrentar a tediosos cálculos a mano que, para obtener unas cuantas cifras decimales de π, requerían horas y horas de trabajo. El método de Arquímedes, a pesar de la simplicidad de su planteamiento, es un método lento, se necesitan ir tomando polígonos de muchos lados (miles, millones, billones de lados) para avanzar significativamente en el cálculo de las cifras decimales de π. Se dice, por ejemplo, que para obtener las 35 cifras de π, Ludolph van Ceulen necesitó manejar polígonos regulares de 2 elevado a 62 lados (unos cuatro trillones y medio de lados; un trillón = un uno seguido de dieciocho ceros, 1.000.000.000.000.000.000 = 1018).
 
A partir del siglo XVII, XVIII, con el avance del cálculo infinitesimal y del análisis matemático, empezaron a desarrollarse métodos mucho más eficientes para el cálculo de las cifras decimales del número π. Newton, Leibniz, Wallis, Euler fueron algunos de los matemáticos que, a través del estudio de las series numéricas, encontraron dichos métodos de cálculo.

Sería en pleno siglo XX cuando la llegada de los ordenadores permitiría dar un salto de gigante en el cálculo de esas cifras. Ferguson, en 1947, con la ayuda de una calculadora mecánica, llegó a calcular 808 decimales de π, pero apenas dos años más tarde, ENIAC, el primer ordenador, logró calcular 2037 decimales de π en tan solo setenta horas. Después de este acontecimiento y hasta nuestros días, se han utilizado ordenadores cada vez más rápidos y potentes, y el número de cifras decimales calculadas ha ido aumentando de forma exponencial. La última marca la estableció Fabrice Bellard el 31 de diciembre de 2009, día en que anunció que había conseguido un total de 2.7 billones de cifras decimales. En este artículo de El País se cuentan los detalles.

Regresando a la redacción que me presentó la grumete hace varios años, conservo la fotocopia de la misma y he podido releerla. Esta redacción ya ha quedado como un paradigma de la desconexión total que a veces se produce entre los grumetes y las tareas que tienen que hacer. Cuando en el Barco Escuela los oficiales matenavegantes les mandamos una tarea, lo importante para ellos es presentar algo, lo que sea, aunque no tenga el mínimo sentido. Y eso es lo que me presentó la grumete, un papel escrito a mano, con buena letra, y decorado con el típico método de ir chamuscando y quemando ligeramente los bordes del papel para que parezca un viejo pergamino, pero su contenido no tenía ni pies ni cabeza. A continuación lo reproduzco; el lector debe tener en cuenta que la intención es escribir sobre van Ceulen y las cifras decimales del número pi:
Al 1500s España fue encontrada a un "limpiamiento espiritual" conocido también como la "inquisición". A los no Católicos, esto significó el encarcelamiento, la tortura generalmente, y/o ejecución. Mientras que el español comenzó a conquistar Europa occidental, forzaron muchos a huir a la seguridad de los estados holandeses.
Tal es el caso de Colonia, que cayó a España en 1559. Como muestra de identificación, las clases ricas de Colonia unieron a menudo, furgoneta Keulen de van Ceulen ("akal del subfijo") a sus nombres, que significa literalmente "de Colonia".
Eventual, los nombres de la "furgoneta" se reconocieron mientras que los apellidos, y así, la familia de la furgoneta Keulen/van Ceulen fueron creados.
¿Inquisición española? ¿Colonia? ¿furgoneta Keulen? ¿reconocimiento de apellidos?


Supongo que la autoría de la redacción está compartida entre alguna página web en inglés sobre Colonia y un traductor automático particularmente extraño y desafortunado. A la grumete no pareció importarle el contenido. Simplemente lo copió, a mano (lo cual no deja de tener su mérito) y lo presentó. Posteriormente he estado buscando en la red la fuente de la redacción, pero no he sido capaz de encontrar tal combinación de despropósitos.

Lo que más me ha gustado, con diferencia, es la traducción de van Ceulen por furgoneta Keulen. Me recuerda lo bien que lo pasé leyendo un folleto de instrucciones para la instalación de la placa base de un ordenador; en dicho folleto, entre muchas otras barbaridades, el traductor de turno hablaba del abanico de la placa base, refiriéndose en realidad al ventilador, y lo único que me faltó es imaginarme a la placa base ataviada con peineta, mantón de manila, y una flor entre las conexiones de los chips.

19.3.10

[El Problema de la Semana] El cuadrado maya de la buena suerte

Este problema también apareció en doDK hace bastante tiempo.

En una pirámide maya hay un grabado como el que reproducimos. Debajo de él se puede leer: “Aquel que calcule la superficie del cuadrado interior, sabiendo que el exterior mide 100 centímetros cuadrados, recibirá del dios Itzamná suerte durante 50 años del calendario Tzolkin”. Si crees en la fuerza del destino, ponte a trabajar.
¿Hoy también ponemos la solución? ¿No? ¿Sí? ¿Tal vez? Pues miremos más abajo de la ilustración si queremos saberlo.


[Una de las actividades del pueblo maya era su famoso juego de pelota, en el que en una cancha con forma de H los jugadores mayas se disputaban una pelota maciza de caucho para intentar introducirla por uno de los dos aros de piedra verticales sujetos en las paredes centrales. La pelota se podía golpear con la cintura, y parece que también con los hombros, codos y rodillas, pero no con manos, pies ni cabeza. Los partidos podían durar un día y una noche, y no se disputaban como un entretenimiento, sino como un ritual, un oficio religioso que representaba la mitología maya de la creación]

Solución:
Es muy sencilla, basta con girar el cuadrado de dentro y colocarlo como se ve en el dibujo adjunto, y así nos daremos cuenta de que la superficie del cuadrado pequeño es la mitad de la del cuadrado grande.
Por tanto la solución es 50 centímetros cuadrados.
El que no se da cuenta de este astuto giro, lo puede resolver por el teorema de Pitágoras, llegando a la misma solución.

Notas: en su momento no apunté la fuente de muchos de los problemas que incluí en doDK, y de momento, debido a ciertos arreglos que se están realizando en nuestro Barco Escuela, no puedo buscar dichas fuentes, así que ahora me encuentro con que sé que este problema de hoy lo saqué de alguna parte, pero no puedo decir de dónde.
Los problemas de matemáticas son como los refranes, o como los chistes, es difícil rastrear al verdadero autor, pues muchos de los problemas se remontan a libros, pergaminos, papiros y estelas antiquísimos, y los profesores matenavegantes de todas las épocas los han ido transmitiendo con multitud de variaciones y adaptaciones a sus alumnos durante las clases de matemáticas. Si decimos que un problema lo hemos extraído de tal libro, lo más probable es que el autor de dicho libro lo haya tomado de otro libro anterior, o de alguien que se lo contó en su momento, y ese alguien lo recibió de otro alguien anterior, etc. Es muy difícil encontrar hoy en día problemas totalmente originales, salvo cuando ya son muy especializados en diversas ramas novedosas de las matemáticas.

12.3.10

[El Problema de la Semana] Una calculadora estropeada

Ahí va el nuevo problema:

Imagina que tu calculadora tiene estropeada la tecla del "cero". El juego consiste en conseguir que aparezcan en la pantalla estos números: 250, 205, 2050, 0'025.
¿Y cómo se podrían efectuar los siguientes cálculos? 0'025 · 205; 2050 : 250.
Recuerda que la tecla del "cero" sigue estropeada.

¡Santo cielo! ¿Dónde estará la solución? Que no cunda el pánico... Está más abajo, después de la imagen ilustrativa.

[Hablando de calculadoras, esta cosa extraña con el nombre de CURTA es en realidad una calculadora mecánica inventada durante la Segunda Guerra Mundial por un prisionero de un campo de concentración nazi, Curt Herzstark. Evidentemente, el nombre de Curta proviene del nombre su inventor, que sobrevivió al campo de concentración y perfeccionó el diseño de su calculadora, sacándola al mercado en 1948. Fueron consideradas las mejores calculadoras de mano hasta 1970, año en que empezaron a ser reemplazadas por las calculadoras electrónicas. Las Curtas pueden sumar, restar, multiplicar y dividir, y por su diseño fueron llamadas molinillos de pimienta. Se puede consultar la página de la wikipedia para más detalles, y también un simulador de cómo funciona]


Solución:
Es evidente que este problema admite múltiples soluciones. Por ejemplo, si queremos que aparezca en pantalla el 250 sin pulsar la tecla del "cero" podemos hacer cualquier cálculo que nos dé 250 como solución, y hay infinidad de cálculos en los que no necesitamos pulsar el "cero": 249 + 1, 251 − 1, 125 · 2, etc...
A continuación voy a escribir una de esas infinitas posibilidades, buscando pocas operaciones y una cierta "elegancia" en la elección de los números, usando principalmente productos y divisiones en lugar de sumas y restas:
250 = 125 · 2
205 = 41 · 5
2050 = 82 · 25
0'025 = 1 : (8 · 5)
Una vez que tenemos estas posibilidades, basta combinarlas para obtener las dos operaciones que nos pregunta el problema:
0'025 · 205 = [1 : (8 · 5)] · 41 · 5
2050 : 250 = (82 · 25) : (125 · 2)

Ampliación:
Aprovechando que en nuestra solución hemos usado productos y cocientes, las dos últimas operaciones se pueden simplificar y obtener el mismo resultado con menos pasos.
0'025 · 205 = [1 : (8 · 5)] · 41 · 5, aquí podemos simplificar un 5 que multiplica con otro que divide, obteniendo el mismo resultado así: 0'025 · 205 = 41 : 8
2050 : 250 = (82 · 25) : (125 · 2), podemos simplificar el 25 con el 125 y el 82 con el 2, y se obtendría el mismo resultado así: 2050 : 250 = 41 : 5
Cuando los matenavegantes nos encontramos con un problema que tiene muchas formas de solucionarse, no nos conformamos con haber encontrado esas soluciones, sino que nos preguntamos cuál de las soluciones será la más corta, la más eficiente, etc. Sí, a los matenavegantes nos gusta complicarnos la vida. En nuestro caso podría ser interesante averiguar, para cada una de las operaciones, cuál es el mínimo número de teclas que tenemos que pulsar en nuestra calculadora para obtener el resultado.
Así, para 250, parece que necesitamos al menos pulsar cinco teclas más la del "igual", aunque eso también dependerá del modelo de calculadora que tenemos.
Si hacemos 250 = 125 · 2, son cinco teclas (más la del igual, pero de ahora en adelante no vamos a contarla), pero si hacemos 250 = 53 · 2, y nuestra calculadora tiene una tecla que eleva al cubo directamente, entonces sólo tenemos que pulsar cuatro teclas.
Análogamente, 205 = 199 + 6, aquí hay que pulsar cinco teclas, pero con la solución que hemos dado más arriba, 205 = 41 · 5, sólo hay que pulsar cuatro.
Invito a todos los lectores a que experimenten con sus propias calculadoras y traten de encontrar esos números mínimos de teclas que se necesitan para cada cálculo.

Notas: este problema ha sido extraído del libro de texto de la editorial SM.


5.3.10

[El Problema de la Semana] Llenas, medio llenas y vacías

El problema de la semana para los grumetes:

Tres hermanos recibieron 21 botellas cerradas iguales con diferentes cantidades de un refresco de naranja: 7 estaban llenas; otras 7, medio llenas, y las 7 restantes, vacías.
¿Cómo repartirse las 21 botellas de modo que cada uno reciba el mismo número de botellas y la misma cantidad de refresco sin destapar las botellas?

La solución, ¡cómo no!, debajo de la foto.

[En la fotografía se puede contemplar un modelo tridimensional de la botella de Klein, una superficie cerrada que no tiene interior ni exterior, y que es equivalente, en superficie cerrada, a la banda de Möbius. Nosotros, en nuestra realidad tridimensional, estamos acostumbrados a que las superficies cerradas, como un balón de fútbol, una botella cerrada, una caja cerrada, tengan interior y exterior, y no se pueda pasar de uno a otro sin romper o atravesar la superficie. En realidad, la botella de Klein no es un objeto tridimensional, sino tetradimensional (de la cuarta dimensión), una superficie que no se corta a sí misma, pero como se aprecia en la foto, para representarla en tres dimensiones se necesita que el "cuello" de la botella se meta dentro de la "barriga" para unirse con el fondo, atravesando la superficie, cosa que en cuatro dimensiones no pasaría. La foto me parece muy simpática: obsérvese la absurda escala de medida, en la que el volumen contenido es siempre cero, (en realidad, al no tener interior ni exterior, cualquier cosa que se "meta" dentro de la botella no se puede aislar del exterior, con lo cual esta botella no sirve para "guardar" nada); obsérvese también en la parte inferior la frase en inglés Imported from the 4th Dimension, "importada de la cuarta dimensión". La imagen se ha extraído de esta web]

Solución:
En primer lugar debemos darnos cuenta que en total son 21 botellas, y de refresco son 7 botellas enteras y 7 medias botellas, que hacen 10½ botellas, con lo que repartiendo entre los tres, cada uno debe tener 7 botellas, y de refresco 3½ botellas cada uno. Hay al menos dos soluciones diferentes, como cualquiera que piense un poco puede descubrir, y creo que son las dos únicas soluciones.
Una primera solución podría ser:
-el primer hermano, 3 botellas llenas, 1 botella medio llena, y 3 vacías.
-el segundo hermano, 3 botellas llenas, 1 botella medio llena, y 3 vacías.
-el tercer hermano, 1 botellas llena, 5 botellas medio llenas, y 1 vacía. 
Una segunda solución podría ser:
-el primer hermano, 2 botellas llenas, 3 botellas medio llenas, y 2 vacías.
-el segundo hermano, 2 botellas llenas, 3 botellas medio llenas, y 2 vacías.
-el tercer hermano, 3 botellas llenas, 1 botella medio llena, y 3 vacías.

Nota: este problema ha sido extraído del libro de texto para 3º ESO de editorial SM.

26.2.10

[El Problema de la Semana] Los güisquis

Otro sencillo problema publicado en doDK, aunque hemos cambiado el protagonista y el tipo de bebida.

Un escocés y medio se bebe un güisqui y medio en un día y medio. ¿Cuántos güisquis se beben seis escoceses en seis días?

¿La solución? ¿dónde? Pues como siempre... más abajo de la imagen.

[En la imagen, tomada de Wikimedia Commons, un gaitero escocés, con su precioso traje de gala. De Escocia es un matemático muy conocido, John Napier, el descubridor de los logaritmos. Su apellido, Napier, adaptado, da nombre a los logaritmos neperianos]

Solución:
Se puede resolver paso a paso, o aplicando una regla de tres compuesta.
Si un escocés y medio se bebe un güisqui y medio en un día y medio, entonces, en un solo día se bebe un solo güisqui. El doble de escoceses, tres, se beberán en un solo día dos güisquis, y el doble, seis escoceses, se beberán en un solo día cuatro güisquis.
Por tanto, seis escoceses se beberán en seis días 6 · 4 = 24 güisquis.

Nota: aunque es un problema muy sencillo, la primera vez que leí el enunciado me dejó perplejo eso de un escocés y medio, y me gustó el ritmillo de la frase, que parece querer convertirse, cualquier día, en una tonta canción infantil, acompañada, por supuesto, de un fondo de gaitas escocesas.

22.2.10

Matemáticas y cine: Dentro del Laberinto

Cuaderno de bitácora: parece que todos los cursos, en el Barco Escuela, estoy recurrentemente destinado a repetir a los grumetes los mismos temas. Uno de ellos surge cuando les presento al maravilloso y popular pintor M. C. Escher, y les muestro algunos de sus cuadros. Hay uno de ellos, Relatividad, que es muy conocido, y representa una especie de lugar fantástico, una casa o castillo, en el que las tres dimensiones van intercambiándose el papel de arriba-abajo, izquierda-derecha, delante-detrás. El dibujo parece estar presidido por escaleras que son subidas y bajadas por individuos anónimos, pero no hay una dirección para subirlas o bajarlas, sino que la referencia es relativa a cada individuo: para cada uno de ellos la perspectiva arriba o abajo, izquierda o derecha, delante o detrás, es diferente. El castillo se abre en arcos y balcones a un exterior que también es distinto en cada perspectiva, haciéndolo imposible de conciliar para la imaginación de los que observamos la escena.
En este mundo de fantasía plasmado por Escher, los individuos sin rostro parecen autómatas incapaces de interactuar entre sí, cada uno vive atrapado por su propia perspectiva y situación, carecen de ojos para ver, quizás porque la visión sería incomprensible para su cerebro, y también carecen de oídos y de boca, porque el diálogo entre ellos es inútil, pues nunca podrán ponerse de acuerdo en una forma común de ver el mundo.
Propongo al lector que observe por un momento el cuadro y agrupe los diferentes personajes anónimos por conjuntos, cada uno con la misma perspectiva. Por ejemplo, en la esquina superior izquierda, hay una pareja que camina dándonos la espalda, y a su lado un personaje apoyado en un pretil, y un poco a la derecha otro personaje que baja una escalera, los cuatro con la misma orientación y perspectiva. O, en la esquina inferior derecha hay dos individuos sentados a una mesa delante de lo que parecen comestibles, y un poco a la izquierda se ve a otro, con la misma orientación, bajando una escalera y llevando en su mano izquierda una bandeja con una botella. ¿Cuántas perspectivas hay en total? ¿Cuántos personajes pertenecen a cada orientación?
Supongo que se puede filosofar mucho sobre el significado de la imagen de Escher, y sacarle un paralelismo con la situación del mundo actual y la actitud de tantos sectores radicales y fanáticos de la sociedad respecto a los demás sectores. Sin embargo, el título del cuadro lo resume todo: relatividad, todo es relativo, cada persona interpretará su mundo de acuerdo a su propia visión y la comprensión mutua llegará cuando sepamos ver esa misma relatividad en la que se envuelve todo, o cuando seamos capaces de ponernos de acuerdo en elegir perspectivas comunes.
A los grumetes, en clase, les comento que éste es un cuadro utilizado en una hermosa película: Dentro del Laberinto (Labyrinth), que les recomiendo encarecidamente para que la vean si no lo han hecho ya.
Personalmente, la película Labyrinth está ligada a diversos recuerdos nostálgicos de mi adolescencia. Con diecisiete o dieciocho años formaba parte de una pandilla de amigos y amigas del colegio, salíamos a pasear, a tomar algo en alguna cafetería, a visitar juntos los centros comerciales, a ir al cine, etc. Una de las películas que proyectaron en las pantallas de aquella época fue Dentro del Laberinto. Quizás sea que recuerdo aquellos años y los vuelvo a ver con los ojos soñadores de un adolescente, pero estoy convencido que fue una de las mejores épocas para el cine. En las pantallas se estrenaban películas llenas de fantasía e imaginación; fueron los años del triunfo de Steven Spielberg y George Lucas, los años en los que se estrenó, por ejemplo, la que considero mejor película de toda la saga Star Wars: El Imperio Contraataca; los años en los que apareció Indiana Jones, Blade Runner, Alien, Excalibur, Galáctica, Terminator, Rocky, y tantos otros títulos que luego han dado lugar a sagas, remakes e imitaciones.
En Sevilla, en la calle República Argentina, existe todavía una tienda de la cadena Vips que fue abierta en aquellos tiempos. Disponía de lo último en videos y libros, y entre los que exponía pude hojear un libro dedicado a los personajes de la película Dentro del Laberinto. El libro se ilustraba con una enorme cantidad de dibujos y bocetos de los monstruos de la película, duendes, ogros, goblins, describiendo cada uno de ellos, sus características, sus ocupaciones, su comportamiento, etc. Aquella imagen del libro lleno de dibujos y bocetos se me ha quedado grabada en la memoria, como un permanente estímulo para la imaginación. Éste es uno de los momentos atesorados de mi adolescencia, que envuelto en el glamour de la tienda Vips, en el ambiente de mi pandilla y en la magia del cine, siempre que lo recuerdo me produce un profundo estremecimiento emocional.
En Labyrinth, la joven Sarah (interpretada por Jennifer Connelly) debe rescatar a su hermano pequeño, que ha sido secuestrado por el rey de los goblins, Jareth (interpretado por David Bowie). Para ello debe introducirse en el reino de los duendes y atravesar el laberinto que se extiende delante del castillo de Jareth, y llegar al castillo antes de que se cumplan las trece horas asignadas para el rescate.
Al principio de la película, podemos ver la habitación de Sarah; en una de sus paredes destaca un póster con el grabado Relatividad de Escher que hemos puesto arriba. Los autores del filme han colocado allí el grabado como una referencia al autor holandés, pues se han inspirado en su obra para plasmar el interior del castillo de Jareth, que tiene una disposición similar a la representada en el cuadro y que vamos a conocer al final de la película, en el momento del desenlace. Es entonces cuando sola y metida en una especie de mundo onírico, Sarah llega al castillo y se encuentra un salón incomprensible lleno de puertas y escaleras colocadas en imposibles perspectivas, por las que el rey de los goblins juega a bajar y subir, salir y entrar, violando las leyes de gravedad y retando a Sarah en un último juego de ingenio e imaginación. La joven trata de llegar hasta donde se encuentra su hermano Toby, pero éste se aparece siempre en la escalera equivocada y se muestra inalcanzable, por mucho que Sarah se esfuerza en encontrar el camino correcto. La muchacha deberá tener fe y romper la ilusión saliéndose de las normas retorcidas que quiere imponerle el rey de los goblins, para rescatar finalmente a su pequeño hermano.
Hay un momento en el filme que también tiene una referencia matemática muy concreta. Es el momento en el que Sarah se enfrenta con dos puertas, delante de las cuales hay dos personajes extraños, cada uno de ellos cubierto por un escudo tras el que se asoma una cabeza por arriba, otra por abajo, varias manos y varios pies. Los personajes informan a la joven que una de las puertas conduce directamente al castillo del rey de los goblins, y la otra a una muerte segura. Para averiguar cuál es la puerta buena, las reglas son que Sarah sólo podrá hacer una pregunta y sólo a uno de los dos personajes, pero uno de ellos siempre miente y el otro siempre dice la verdad, y la joven no sabe cuál es cada cual. Así que después de pensar unos momentos Sarah se acerca a uno de ellos y le hace la pregunta correcta: "¿Me diría tu compañero que ésta es la puerta que lleva al castillo?", y cuando le contesta que sí, entonces la chica deduce que la puerta buena es la otra (piense el lector por qué).
Éste es uno de los problemas más conocidos en el que aparecen personajes que siempre dicen la verdad y otros que siempre mienten, y que a través de lo que dicen, hay que deducir cuál es la verdad. Existen libros enteramente dedicados a este tipo de problemas de lógica.
El mismo problema aparece en el filme español La habitación de Fermat, y uno de sus protagonistas afirma que lo vio en una película; es evidente que se está refiriendo a Dentro del Laberinto.
Notas: para contemplar la obra de Escher, es recomendable visitar su página oficial.

19.2.10

[El Problema de la Semana] Las cuatro tarjetas

Esta semana el problema ha ido de darle vuelta a las tarjetas:

Tenemos cuatro tarjetas blancas. Por el otro lado son todas azules. Hay que dar la vuelta a las tarjetas para que queden todas mostrando su lado azul, pero en cada movimiento se le debe dar la vuelta obligatoriamente a tres (y sólo tres) tarjetas a la vez. ¿Cómo conseguirlo?


Como siempre, ponemos una imagen para que no aparezca la solución demasiado pronto. Para consultar la solución mirar más abajo de la imagen.

[Las tarjetas nos recuerdan a las construcciones con cartas de póker, y matenavegando nos hemos encontrado a Bryan Berg, un especialista en levantar enormes torres de cartas, como la de la fotografía. Bryan ostenta diversos récords Guinness sobre su habilidad. Recomiendo visitar la página de Bryan Berg, donde se pueden ver, entre otras cosas, videos impresionantes de sus trabajos]

Solución: aunque en principio el problema me pareció que podía ser complicado, cuando uno se pone a resolverlo encuentra el camino en pocos pasos.
Así, para el primer paso, damos la vuelta a tres cartas cualesquiera, por ejemplo las tres primeras.
Luego, le damos la vuelta a otras tres que no sean las mismas de antes, por ejemplo las tres últimas, y nos queda la siguiente combinación:

Se va viendo que en el primer movimiento, conseguimos que nos quedara una carta blanca, en el segundo nos quedan dos cartas blancas, en el tercero que vamos a hacer, buscaremos que nos queden tres cartas blancas, que serán las que se darán la vuelta en el cuarto movimiento para que al final se muestren las cuatro azules. Por tanto, el movimiento correcto que hemos de hacer ahora es el de girar las dos azules y una de las blancas, por ejemplo la primera, la tercera y la cuarta:
Ya tenemos, como queríamos, tres cartas blancas, y las giramos las tres, llegando al resultado que queríamos:

Nota: este problema ha sido extraído del libro de texto de 3º ESO, editorial Anaya.

15.2.10

Un padre de 220 años

Cuaderno de bitácora: esta mañana, corrigiendo problemas de ecuaciones en el Barco Escuela, me encontré con uno bastante llamativo y he decidido reflejarlo en el diario de matenavegación.

Es uno de los problemas que propone nuestro libro de texto, va sobre edades y se resuelve con una ecuación de segundo grado. El enunciado del problema es el siguiente:
La edad de Luis es 22 veces la de su hija y dentro de cinco años será su cuadrado. ¿Qué edades tienen actualmente ambos?
El planteamiento del problema es estándar, como debe hacerse con todos los problemas de edades:
ahora  -  la hija tiene x años; Luis tiene 22x años
dentro de cinco años  -  la hija tendrá x + 5 años; Luis tendrá 22x + 5 años
"Dentro de cinco años, la edad de Luis será el cuadrado de la edad de su hija" nos lleva a la siguiente ecuación:
22x + 5 = (x + 5)2; resolvemos
22x + 5 = x2 + 10x + 25; pasamos todo al primer miembro y hacemos operaciones
−x2 + 12x − 20 = 0
Hemos obtenido una ecuación de segundo grado, y si la resolvemos, con la típica fórmula,


nos salen dos soluciones: x1 = 2, x2 = 10.

Si tomamos el primer resultado, x1 = 2, la hija de Luis tiene 2 años y Luis tiene 44 años. Parece una solución razonable.

Pero si tomamos el segundo resultado, x2 = 10, nos sale que la hija de Luis tiene 10 años, y ¡Luis tiene 220 años!

Los comentarios de los grumetes son unánimes cuando se lo explico en la pizarra: ¡esta solución no es válida!, ¡la única buena es la primera, la de los 44 años de Luis y los 2 años de su hija!, ¡nadie tiene 220 años! Sin embargo, yo no puedo evitar que mi imaginación busque alguna posibilidad para que esto sea factible...

Lo primero que me viene al pensamiento, gracias a mi afición a la literatura, son los elfos de El Señor de los Anillos, personajes como Elrond, Galadriel o Arwen, inmunes a la vejez y a las enfermedades, con vidas que se extienden durante cientos y miles de años. Luis puede ser un elfo, que a la edad de 210 años decidió tener una hija...


Luego trato de imaginarme alguna situación en nuestro mundo real en la que se pueda dar el caso que estamos tratando. Evidentemente, no se conoce con certeza ninguna persona que haya pasado de doscientos años; consultando un libro de los récords Guinness, encontramos personas que han llegado hasta los 120 años.

Sin embargo, en el libro del Génesis tenemos citas de antiguos patriarcas que alcanzaron edades fabulosas; el caso más paradigmático es el de Matusalén, que llegó a vivir 969 años. En general, se afirma que antes del Diluvio la edad de los seres humanos se acercaba a los mil años, y después del Diluvio, Dios acortó la vida de los hombres hasta los ciento veinte años (Génesis, 6:3). Es curioso que precisamente éste número coincida con el récord de vida de las personas más longevas conocidas, ¿Estará programado el ser humano en realidad para vivir ciento veinte años si no fuera por las enfermedades y el envejecimiento prematuro? Si nos ubicamos en el libro del Génesis, Luis y su hija son personajes bíblicos, pertenecientes a la época anterior al Diluvio Universal.

Otra posibilidad es la siguiente: existe la leyenda de un lugar de los Himalayas, llamado Shangri-La, en el que reina la paz y la felicidad, el tiempo se detiene y las personas pueden alcanzar vidas muy largas, de más de doscientos y trescientos años. Entonces, Luis y su hija viven en Shangri-La.

Por último, y entrando en el mundo de lo científicamente posible, Luis puede alcanzar los 220 años de varias maneras:

-Usando la criónica o la animación suspendida, para mantenerse vivo, y ser reanimado en el futuro, a finales del siglo XXII, para entonces tener a su hija.

-Partiendo de la Tierra en una nave que se acerque mucho a la velocidad de la luz; en este caso, por la teoría de la relatividad, el tiempo pasaría mucho más lento para los astronautas de la nave que para los que nos quedamos en el planeta Tierra. Cuando esa nave regresase a finales del siglo XXII, para nosotros habrán pasado ciento ochenta años, pero para los astronautas puede que sólo hayan pasado cinco o diez años. Luis es un astronauta de la nave, que al regresar, tendrá a su hija.

-Luis puede alargar la vida de su cuerpo con algún método biológico hoy todavía desconocido, reemplazando glándulas envejecidas, empleando hormonas o medicina genética, o algo similar.

Con tantas opciones diferentes, ¿seguiremos pensando que la solución x2 = 10 no es válida?

14.2.10

2001 Una odisea del espacio: El misterioso monolito

Hoy, otro de los artículos de doDK, sobre Matemáticas y Cine, dedicado a la película 2001: Una Odisea del Espacio. Como en todos los artículos que estamos rescatando del naufragio de doDK, hemos aprovechado esta ocasión para corregir y ampliar el texto.
Para aquél que todavía no ha visto la película, avisamos que en este artículo comentamos ampliamente sobre su argumento, y no es nuestra intención estropear (spoil, en inglés) la intriga, así que si quiere ver el filme sin ideas preconcebidas, ¡no siga leyendo!

Quizás lo más recordado de esta película sea su banda sonora, donde aparece esa magnífica composición titulada Así habló Zaratustra de Richard Strauss. Los acordes rotundos se van escuchando mientras un supuesto precursor del homo sapiens aprende a manejar un hueso, golpeándolo violentamente contra otros huesos esparcidos por el suelo. Entre tanto, la escena está siendo contemplada por un misterioso monolito que ha venido de no se sabe dónde y que se convierte después en el núcleo de la película.
El monolito negro y enigmático aparece en ese momento en que comienza el despertar de la raza humana. Resulta ser una especie de guía, un instructor, un objeto cuya presencia es el punto de partida del desarrollo del hombre. No se sabe quién lo colocó allí, pero evidentemente se trata de una inteligencia superior que quiere que el ser humano evolucione, y que en esas épocas de fragilidad para la especie humana viene a ayudar en el desarrollo de destrezas inteligentes que permitirán a los homínidos tomar ventaja frente al ecosistema y las demás especies competidoras.

Posteriormente la película da un salto hacia una época futura situada en los albores del año 2001. Han pasado tres millones de años en los que la especie humana ha evolucionado hasta desarrollar una civilización tecnológica, capaz de emprender los primeros viajes interplanetarios. En la órbita terrestre se está construyendo una gran estación espacial, y los viajes a la Luna son trayectos cotidianos para científicos y astronautas, que han instalado una base permanente en el cráter Clavius.

Durante las investigaciones en la Luna, los científicos descubren otro monolito semejante al que presenció el inicio de la raza humana, enterrado bajo la superficie rocosa del cráter Tycho.  Cuando el extraño objeto es encontrado y desenterrado, y recibe los primeros rayos del Sol, manda una poderosa transmisión de radio hacia Júpiter. El artefacto fue colocado en la Luna como una especie de alarma o de avisador de esos seres desconocidos que ayudaron a la humanidad en sus comienzos; el que sea desenterrado significa que la raza humana ha triunfado en su desarrollo tecnológico, y es capaz de salir de su propio planeta, y el monolito está programado para mandar un mensaje con la noticia.

Los científicos deciden enviar una nave, la Discovery, hacia el planeta joviano, tripulada por varios cosmonautas entre los que se encuentra el protagonista, David Bowman. Tras sufrir ciertos contratiempos con el ordenador de a bordo HAL 9000, Bowman llega por fin a las cercanías de Júpiter y se encuentra allí, en medio del espacio, otro monolito, semejante a los dos primeros, pero de un tamaño gigantesco...


La película, dirigida por Stanley Kubrick y basada en un guión escrito por Kubrick y Arthur C. Clarke, es ya todo un clásico, no solo en el género de ciencia ficción, sino en toda la historia del cine. La elección de la forma de los objetos encontrados es uno más de sus aciertos: monolitos, por llamarlos de alguna manera, de unas características muy concretas; su color es negro, opaco, sin reflejo. El material del que están hechos es desconocido y se resiste a todo análisis. Lo único que se puede asegurar es que están fabricados por alguna inteligencia no humana. Pero esta afirmación apenas se insinúa... Es como una verdad que nadie se atreve a aceptar y menos a decir... Todo es misterio...
¿Qué es lo que asegura desde el principio que los monolitos están creados por una inteligencia y no son producto de la naturaleza? En realidad no su color ni su material, sino su perfecta forma geométrica. Las matemáticas son las encargadas de darnos la prueba de que no se trata de objetos aparecidos al azar.

Los científicos de la base lunar Clavius han descubierto el monolito al estudiar los campos magnéticos lunares. En el cráter Tycho se ha detectado una poderosa anomalía magnética que señala la presencia de algo desconocido, y cuando van excavando, se encuentran con el perfecto objeto geométrico, enterrado adrede por una inteligencia extraterrestre hace millones de años.

En la novela que Arthur C. Clarke escribió a la vez que desarrollaba la idea y el guión con Stanley Kubrick, y que publicó casi a la vez que se estrenaba la película, menciona una característica especial del monolito:
Una curiosa, y quizás poco importante, característica del bloque, había provocado discusiones interminables. El monolito tenía 11 pies de alto, y 1¼ por 5 pies en su sección transversal. Cuando sus dimensiones se midieron con gran cuidado, se descubrió que estaban en la proporción exacta 1 - 4 - 9, los cuadrados de los tres primeros números enteros. Nadie podía sugerir ninguna explicación convincente para esto, pero difícilmente podía ser una coincidencia, porque las proporciones se mantenían hasta los límites de la precisión de las medidas. Era humillante pensar que toda la tecnología terrestre no era capaz de dar forma a un bloque, aunque fuera inerte, de ningún material, con tan fantástico grado de precisión. A su forma, esta pasiva pero casi arrogante muestra de perfección geométrica era tan impresionante como cualquiera de los demás atributos del monolito.
Así, pues, cada uno de los bloques es un ortoedro perfecto con unas dimensiones exactas. Si consideramos el ancho como 1 unidad, el largo serían 4 unidades y el alto 9 unidades, es decir, sus dimensiones son proporcionales a los números 1, 4 y 9.


Para hacernos una idea, no se me ocurre otra cosa que compararlo con una pequeña tableta de turrón, que tuviera 1 centímetro de grueso, 4 de ancho y 9 de largo. O bien otra de 2 centímetros de grueso, 8 de ancho y 18 de largo. Ambas tabletas serían semejantes en sentido matemático, aunque por supuesto una sería más grande que la otra, pero las dimensiones de ambas seguirían las mismas proporciones 1:4:9.
Eso es lo que ocurre con los monolitos. Los tres son semejantes, los tres siguen exactamente las mismas proporciones, aunque son de distinto tamaño. En la novela, los científicos que se encargaron de medir el monolito de la Luna reconocen con asombro que las medidas son exactas hasta donde llega la precisión de sus aparatos de medida: no hay el más mínimo error en su fabricación. Son tan perfectos que no parecen del mundo real, como si fueran verdaderamente entes matemáticos ideales plasmados físicamente.
Las proporciones seguidas tampoco son al azar. 1, 4 y 9 son los cuadrados de los tres primeros números naturales, 1, 2 y 3. Al elegir esas proporciones se ha hecho una elección simple pero elegante. En efecto, el porte de los monolitos es estilizado e imponente. Y además, parecen sugerir una sucesión: 1, 2, 3... evidentemente, el siguiente número sería el 4, y en la sucesión de cuadrados, el 16. Si asociamos cada lado con una de las dimensiones del espacio, tenemos representadas en el monolito las tres dimensiones, pero la sucesión apunta hacia una cuarta dimensión, y luego una quinta, una sexta, etc.
Cuando se estrenó, el género de películas de ciencia ficción quedó transformado por 2001: Una Odisea del Espacio. Pero no se aprendieron las lecciones que mostraba en su factura. Se han hecho muchas películas de ciencia ficción con un exceso de efectos especiales que más allá de darles interés, llegan a saturar al espectador. Como si fuera un continuo despliegue de fuegos artificiales, se suceden las explosiones, las naves atravesando la pantalla, las hazañas imposibles en el último segundo. Los guionistas se niegan a representar cómo es el espacio realmente, y son muy pocas las películas que saben combinar un guión inteligente con una puesta en escena correcta y poco fantasiosa.
Es algo ya muy sabido que en el espacio no hay ningún medio por el que se pueda transmitir el sonido.  También sucede que en el espacio, sobre todo si no se viaja a la velocidad de la luz, los vuelos son larguísimos, y se tardan meses e incluso años en llegar de un cuerpo celeste a otro. Además cada planeta es diferente en peso, composición, vida... Un astronauta que llegara a un planeta distinto, aunque este planeta fuera semejante a la Tierra, necesitaría probablemente un periodo de adaptación. Por supuesto, habría un terrible peligro en los posibles virus y bacterias extraterrestres. No hace falta salir del planeta Tierra para tener que sufrir esa adaptación. Cuando viajamos a ciertos países tropicales, necesitamos vacunarnos de numerosas enfermedades. En otros países es corriente padecer males pasajeros por el cambio de agua y de alimentos, así en México es frecuente que los visitantes españoles sufran la venganza de Moctezuma, unas fuertes diarreas que aparecen los primeros días de estancia por culpa del cambio de agua.

Imaginemos entonces lo que puede ser aterrizar en otro planeta. De hecho lo normal es que en otros planetas haya otra fuerza gravitatoria. Si es más ligera ocurriría como en la Luna, los astronautas darían pasos que parecerían saltos, y cualquier objeto lanzado parecería moverse a cámara lenta. Pero en los planetas con mayor masa gravitatoria el cuerpo humano se vería sometido a un peso mayor y los huesos de los astronautas sufrirían horriblemente, les costaría mucho trabajo andar y se agotarían por el más mínimo esfuerzo. Un objeto lanzado al aire caería a plomo sobre el suelo.
Estos pequeños detalles que cualquiera puede entender han sido muy poco explotados por los guionistas de Hollywood, en parte debido a las complicaciones que supone tener que representar estas características. En la serie original Star Trek, estrenada en los años 60, debido al escaso presupuesto y las dificultades en representar un espacio más real, se decidió inventar el teletransporte para evitar que los protagonistas tuvieran que estar usando lanzaderas todo el rato para bajar a los planetas, y también se decidió que las naves tuvieran gravedad artificial. Asimismo, casi todos los planetas visitados tienen características similares a la Tierra, y los protagonistas no necesitan ningún tipo de adaptación ni protección frente al nuevo ambiente del planeta.

Tan solo películas como 2001 se han acercado en sus efectos y planteamiento al espacio real, y sorprendentemente, el resultado ha sido magnífico. La escena en la que el transbordador y la base orbital giran perfectamente acompasados mientras se acoplan, con la música del Danubio Azul de fondo, es de las mejor conseguidas. Contemplar la alargada nave que viaja hacia Júpiter moviéndose mes tras mes en el terrible vacío del espacio, en medio del silencio absoluto, es sobrecogedor. Acercarse a la inmensa mole del planeta más grande del sistema solar realizando maniobras que llevan días enteros te hace respetar y comprender lo que significa un planeta, un planeta entero, gigantesco, para la insignificancia que somos los seres humanos.
Por último la película desemboca en un final enigmático, abierto a todo tipo de especulaciones. Es uno más de los aciertos del film. En dicho final, Bowman se introduce por la puerta estelar que se abre en el monolito de la órbita de Júpiter, atraviesa pasajes interdimensionales flanqueados por luminosos patrones geométricos interminables, desemboca en lugares extraños de la galaxia donde están naciendo constantemente nuevas estrellas entre nubes de gas y polvo, y accede finalmente a algún planeta inimaginado en el que se van desplegando paisajes de colores invertidos, hasta que finalmente la cápsula termina en medio de lo que parece la habitación de un hotel, sintetizada por la misma inteligencia que ha fabricado los monolitos y que ha guiado a la cápsula hasta ese lugar. En una sucesión de escenas silenciosas, Bowman se ve envejeciendo rápidamente hasta morir, y después de hacerlo se convierte en una especie de niño estelar, como si se hubiera transformado y hubiera nacido a una nueva realidad, más allá del espacio tridimensional y de las dimensiones temporales del planeta Tierra.

Notas: para comprender la película a fondo, es importante leer la novela escrita por Arthur C. Clarke. Se lee muy fácil, es muy interesante, y da muchos más detalles de los que se ven en la pantalla. También hay bastantes puntos en los que la novela y la película difieren, a pesar de que Clarke escribía la novela conforme Kubrick filmaba, y que ambos trabajaron juntos para sacar el guión. Las diferencias se explican por la distinta visión que se tiene de la misma historia según se cuente en un libro o se exprese en el cine; además, a la hora de la filmación, los efectos técnicos y especiales permitían ciertas escenas, pero otras escenas resultaban demasiado complicadas de rodar en los años sesenta. Así, por ejemplo, Kubrick situó al tercer monolito en la órbita de Júpiter, mientras que en la novela, el tercer monolito se encuentra erguido sobre la superficie de Japeto, un satélite de Saturno; Júpiter era un planeta más conocido y fácil de representar que Saturno con su sistema de anillos. A mí, personalmente, estas diferencias entre novela y película no me molestan, y me parecen muy interesantes.

Por otro lado, si nos molestamos en medir sobre la pantalla las proporciones del monolito que aparece en la película, es posible que no coincidan exactamente con la terna 1 - 4 - 9. Yo no lo he medido, pero estoy seguro que el negro bloque usado por Kubrick es más estrecho de lo que debería ser, y creo que también más alargado. Así parece tener un aspecto más estilizado y enigmático. En el cine, la proporción de las cosas se varía a menudo para conseguir ciertas sensaciones.

Recomiendo también leer mi otra entrada HAL, IBM y otras naderías, para conocer más detalles interesantes de la película.

12.2.10

[El Problema de la Semana] El jardín

El problema de esta semana fue publicado hace años en doDK, y es bastante sencillo:

Un jardín cuadrado tiene a lo largo de tres de sus lados una valla sostenida por 28 postes espaciados entre sí 2 m. Si hay un poste en cada una de las esquinas, ¿Cuál es el área del jardín?

Debajo, una bonita ilustración. Más abajo, la solución al problema.

[En la foto vemos un laberinto hecho con setos, en el Jardín Botánico VanDusen, en Vancouver, Canadá]

Solución: de los 28 postes tomamos 4 y ponemos uno en cada esquina, y los 24 restantes los repartimos entre los tres lados que rodea la valla, con lo que cada lado cuenta con 8 + 2 = 10 postes, tal y como está representado en el dibujo adjunto:
Como los postes están espaciados entre si 2 metros, y en cada lado hay 9 espacios, cada lado mide 2 · 9 = 18 metros.

El área del jardín cuadrado será 18 · 18 = 324 metros cuadrados.

5.2.10

[El Problema de la Semana] Medias semanales

El problema que hemos propuesto esta semana es bastante sencillo, aunque se necesita tener un  mínimo de sentido común y saber lo que es una media aritmética.


Bartolomé es vendedor ambulante seis días a la semana. Ayer, viernes, calculó que durante esta semana había conseguido una ganancia media de 48 euros diarios. Sin embargo, al hacer la misma cuenta hoy, sábado, resulta una media de 60 euros diarios. ¿Cuánto ha ganado hoy?

Bajo la imagen, ponemos la solución al problema.

[Esta foto fue realizada en 1860 por William Carrick, y representa a un muchacho vendedor de ábacos en San Petersburgo. Ha sido extraída de la National Gallery of Scotland]

Solución: Si el viernes se ha hecho la cuenta, entonces es el resultado de cinco días de ventas es el que da una media de 48 euros diarios, con lo que la ganancia total ha sido 48 · 5 = 240 euros. Si añadiendo el sábado, un día más, la media ha subido a 60 euros, entonces la ganancia total de los seis días incluyendo el sábado es de 60 · 6 = 360 euros. La diferencia entre las dos cantidades será la ganancia concreta del sábado: 360 − 240 = 120 euros.
Obsérvese una de las características de la media aritmética: mientras que la media de ingresos de los primeros cinco días es de 48 euros, y el último día se han ingresado 120 euros, esta última cantidad ha logrado desplazar la media hasta los 60 euros diarios. La media aritmética no tiene por qué coincidir con ninguno de los valores reales de las mediciones, y se ve muy afectada por resultados extremos. Es conocido el siguiente ejemplo: un día cierto hombre adinerado se come un pollo asado, y ese mismo día otro hombre, que no tiene recursos, se queda sin comer nada. Si hacemos la media aritmética, tenemos que ese día cada hombre se ha comido, de media, medio pollo.
Hay un dato gracioso, pero totalmente cierto, relacionado con todo esto, que encontré en nuestro libro de texto del Barco Escuela y que se lo he puesto a los grumetes como chiste matemático: en la Ciudad del Vaticano hay dos papas por kilómetro cuadrado. ¿Cómo es posible? Téngase en cuenta que este pequeño país sólo tiene una extensión de medio kilómetro cuadrado...
Nota: el problema de hoy ha sido extraído del libro de texto de matemáticas 3º ESO, editorial Anaya.

2.2.10

Algún día el álgebra os salvará la vida

Cuaderno de bitácora: en diciembre pudimos ver con los grumetes la película de ciencia ficción Planeta Rojo, protagonizada por Val Kilmer, Carrie-Anne Moss, Tom Sizemore y Benjamin Bratt, entre otros, y dirigida por Antony Hoffman.
Personalmente, la película me gustó desde el primer momento que la vi. Es cierto que su argumento puede ser poco original en ciertos puntos, y que a los personajes les falta algo de profundidad y desarrollo. Pero en general, me parece una historia honesta, bien contada, bastante entretenida y con sus puntos de suspense. Los efectos especiales son innovadores y están correctamente realizados, y el retrato de una posible misión a Marte se ha conseguido muy bien, tanto en su parte científica como en el paisaje marciano propiamente dicho.
La película, en su momento, fue un fracaso de taquilla, y de hecho pasó sin pena ni gloria por los cines, casi sin que nadie se enterara. Yo la descubrí en formato DVD, de oferta en unos grandes almacenes, y fue entonces cuando la pude comprar y ver.
El argumento de la película trata de una nave con una tripulación de seis miembros que intenta aterrizar en Marte. Debido a una tormenta solar, la cápsula de aterrizaje se desvía del punto previsto y los astronautas se encuentran perdidos y buscan la forma de orientarse para llegar a la base construida por una misión anterior.
De todos los momentos de la película, hay uno en especial que me encanta. Sé que es un momento un poco tonto, pero llega al sentimiento de cualquier matenavegante. Así dicen los personajes:
SANTEN (interpretado por Benjamin Bratt) - Según los últimos datos fiables, nos encontramos en esta elipse de sesenta por ciento veinte kilómetros.
BURCHENAL (interpretado por Tom Sizemore) - Todos los datos de la misión están aquí. Sólo hay que calcular las variables del aterrizaje. Simple matemática.
GALLAGHER (interpretado por Val Kilmer) - Por fin. Recuerdo que en el Instituto nos decían que algún día el Álgebra nos salvaría la vida.
BURCHENAL (riendo) - Estúpido.
GALLAGHER - Perdona.
Este diálogo resulta ser un pequeño guiño a todos los que han estudiado matemáticas en el colegio y en el instituto y se han preguntado alguna vez para qué pueden servir. También es un guiño a todos los sufridos profesores de matemáticas que día tras día luchan para enseñar una materia cuya mala fama se ha extendido a lo largo y ancho de la historia de la educación. En nuestro Barco Escuela han sido muchas las veces que los grumetes han preguntado para qué sirven, por ejemplo, los polinomios, o las ecuaciones de segundo grado. Yo nunca he llegado a ser tan atrevido como para responderles que el álgebra podría salvarles la vida algún día; simplemente, y de acuerdo al tema que estemos tratando, he procurado hacerles comprender la utilidad de lo que se enseña. En el caso de los polinomios, por ejemplo, les he dicho que son como el abecedario del álgebra, que aprender a manejar con soltura las operaciones de números y letras les preparaba para entender y poder aplicar cualquier fórmula o expresión matemática, y que las fórmulas aparecen donde menos se esperan: en el contrato de una cuenta bancaria, por ejemplo. Si uno no aprende polinomios, no sería capaz de manejar fórmulas correctamente, salvo aquéllas que sean extremadamente sencillas.
Las matemáticas son básicas para todo lo que necesite un mínimo de tecnología. Sin matemáticas, la civilización quedaría reducida a una sociedad tribal que viviría de la caza, de la pesca y de la recolección de frutos; con la agricultura nacieron, en el remoto pasado de hace miles de años, las primeras nociones matemáticas. Los egipcios y los mesopotámicos, por ejemplo, necesitaron de las matemáticas para medir las superficies de cultivo, (geometría significa literalmente, "medida de la tierra"), también para realizar cálculos del tránsito del sol, la luna y los planetas y elaborar calendarios exactos que les permitieran saber las fechas más apropiadas para cultivar, y luego fueron utilizando esas mismas matemáticas en los primeros recuentos estadísticos, en la arquitectura para levantar grandes monumentos, etc.
En la película que estamos tratando, las matemáticas están presentes no sólo en el diálogo que hemos mencionado más arriba, sino como base de todos los aspectos tecnológicos avanzados que se mencionan. Un viaje a Marte, como el que se presenta en la película, es factible con la tecnología que tenemos hoy en día, lo único que hace falta es el presupuesto y la voluntad para realizarlo. Nos encontramos actualmente en una era de gran avance tecnológico (aunque no necesariamente de avance en otros campos de la sociedad), y esto es debido a la contribución de las matemáticas.
En Planeta Rojo, además, la entrenada vista de un matemático reconoce al momento numerosas apariciones de aritmética, geometría, análisis, etc.
Así, por ejemplo, podemos hacer unos sencillos cálculos aritméticos con el tiempo que deben emplear Gallagher y sus dos compañeros en llegar hasta la cápsula soviética que puede salvarles, 19 horas, a las que hay que quitar al menos cinco debido a una tormenta de polvo y a los preparativos para hacer despegar la cápsula, junto con la distancia que deben recorrer, 100 kilómetros, lo que nos lleva a deducir la velocidad a la que deben caminar por Marte, al menos a 7 kilómetros por hora, velocidad bastante alta, casi de trote, pero que se supone que puede mantenerse en la baja gravedad marciana, aunque los astronautas avancen con sus pesados trajes puestos y en una atmósfera muy sutil y fría.
También podemos estudiar la forma geométrica de la cápsula en la que bajan los astronautas a Marte: es un poco extraña, y nos ha resultado bastante difícil de encontrar: un dodecaedro rómbico truncado (véase la ilustración, extraída de la Wikipedia). Justo antes de impactar contra el suelo marciano la cápsula despliega un globo o balón desde cada una de sus caras, como gigantes airbags que pretenden proteger a la tripulación de los violentos golpes, y vemos entonces un cúmulo de esferas, apiñadas como un perfecto racimo de uvas, que nos recuerdan los problemas de empaquetamientos de esferas, los cuales no son nada sencillos.
La infinidad de cálculos que tiene que hacer la computadora de a bordo, la cartografía del planeta, las órbitas alrededor de Marte que describe la nave, el tiempo que tarda la comunicación por radio de los astronautas en ser captada y respondida desde la Tierra... todos estos detalles no pueden escapar a una mente con un mínimo de cultura matemática.
El Matenavegante, desplazándose impertérrito en un inmenso piélago de conocimiento numérico, sí tiene claro que el álgebra en cualquier momento nos puede salvar la vida, porque en realidad, para él, el álgebra y las demás ramas de las matemáticas son la vida misma.
PD: Me ha venido al recuerdo que en otra película, bastante desconocida, llamada El Círculo de Hierro, o también La Flauta Silenciosa (Circle of Iron o The Silent Flute, de 1978, protagonizada por David Carradine, Jeff Cooper y Christopher Lee, y con guión de Bruce Lee), un guía o maestro le comenta a su discípulo: "Un día un pez me salvó la vida". "¿Cómo?" le pregunta el discípulo, y el maestro le responde: "Se dejó comer".
Imitando a este maestro, yo mismo podría decir: "El álgebra me ha salvado la vida". "¿Cómo?". "Enseñando álgebra me gano un sueldo que me permite comer a diario".