Números astronómicos (1): Una Idea Básica del Cosmos

Cuaderno de bitácora: la otra mañana en el Barco Escuela estuve hablando a los grumetes sobre las distancias en el Universo, la unidad astronómica (UA), el año-luz, etc. Les puse algunos ejemplos sobre la Tierra, el Sol, la Luna, los planetas, la estrella más cercana al Sol, y ellos, aunque en forma un poco desordenada, se interesaron por muchas cosas y me hicieron bastantes preguntas.

Quisiera en esta entrada del blog recordar algunas cosas sueltas interesantes, unas que les dije y otras que no se me ocurrió mencionarles o no me dio tiempo a decir.

A partir de ahora emplearé cifras aproximadas, pues mi pretensión es que el lector se pueda hacer una idea general de lo explicado, no que se pierda en la exactitud de algunos datos. Las cifras exactas se pueden buscar fácilmente en cualquier enciclopedia.

Primero una idea general de dónde nos encontramos. Todos conocemos nuestro pueblo o ciudad, nuestro entorno cercano. Si por ejemplo vivimos en Priego de Córdoba, conocemos sus calles, también el terreno que le rodea, sabemos los pueblos y aldeas cercanos, a qué distancia se encuentra Córdoba o Granada, etc.

También tenemos una idea de la región en la que vivimos, del país, y sabemos que estamos en el planeta Tierra. Pero este conocimiento ya es más teórico, es un conocimiento aprendido por el avance actual de la Geografía y las exploraciones. En la actualidad se conoce con mucho detalle nuestro mundo e incluso se puede fotografiar desde el espacio exterior.

Sin embargo, hace tan sólo quinientos o seiscientos años, la humanidad no sabía decir si vivíamos en una esfera, y la mayoría de la gente pensaba que la Tierra era plana, y el firmamento una bóveda sobre la Tierra, hecha exclusivamente para sostener el cielo de nuestro mundo.

Podíamos conocer nuestra región, pero los países lejanos resultaban desconocidos o formaban parte de las leyendas de los viajeros. La Tierra, que hoy nos parece pequeña, representaba en aquellos tiempos un universo gigantesco, desconocido en gran parte, y sobre el Cosmos y las estrellas sólo había mitos y conjeturas, muy lejos de lo que hoy se puede contemplar y conocer.

La Tierra, acompañada de la Luna, gira en el espacio en torno al Sol. También giran en torno a nuestro Sol gran cantidad de otros cuerpos celestes, como los planetas, planetoides, asteroides, cometas, etc. El Sol, junto a todo su acompañamiento, en el que se incluye nuestro planeta Tierra, forma el llamado Sistema Solar.

El Sol, no obstante, es tan solo una más de las estrellas que pueblan el firmamento. Cuando los poetas hablan del cielo nocturno, dicen que está poblado de infinitas estrellas, pero a simple vista, sin ayuda de prismáticos ni telescopios, en una noche oscura lejos de las ciudades, se pueden llegar a ver sólo unas tres mil estrellas. También se puede contemplar una banda o franja que atraviesa el cielo, de una claridad muy tenue: es la galaxia en la que nos encontramos, la Vía Láctea.

Con ayuda de los telescopios se despliega toda la potencia de la observación cósmica. Así descubrimos que nuestra galaxia no es sino un conjunto enorme de estrellas que están muy lejos para ser distinguidas a simple vista unas separadas de otras. Una galaxia como la Vía Láctea a la que pertenecemos, es simplemente eso: un gran conjunto de estrellas y otros cuerpos, girando en espiral en medio del Universo. A simple vista sólo llegamos a ver unas 3.000 de esas estrellas, pero se calcula que nuestra galaxia está formada por 100.000.000.000 (cien mil millones) de estrellas.

Es de notar que esta cifra varía significativamente dependiendo del lugar donde consultemos, hay fuentes de información donde cuentan doscientos mil millones, trescientos mil millones y hasta cuatrocientos mil millones de estrellas. El Sol sólo es una de esas estrellas, acompañado de sus planetas, cometas y asteroides.

Se ignora si todas y cada una de esas cien mil millones de estrellas está acompañada por planetas y demás cuerpos, pero todo parece indicar que en la mayoría de ellas es así. Con técnicas muy avanzadas en observación astronómica se ha llegado a detectar la presencia de planetas en torno a estrellas cercanas. Actualmente (obsérvese la fecha de esta entrada del blog) hay 264 exoplanetas detectados o descubiertos. Hay una web dedicada a estos planetas fuera del Sistema Solar, La Enciclopedia de los Planetas Extrasolares, muy interesante, aunque parte de la web está en inglés.

Hay muchas más estrellas en nuestra galaxia que personas en el mundo. Si repartiéramos las estrellas de la Vía Láctea entre todos los seres humanos del planeta Tierra, cabríamos a más de quince estrellas por persona. Las parejas, en sus cortejos románticos podrían, literalmente y no sólo poéticamente, entregarse el uno al otro estrellas del cielo y otros cuerpos celestes como muestra de amor, sin peligro de que se acaben.

No paramos aquí. Nuestra Vía Láctea, con todos sus cientos de miles de millones de estrellas es tan solo una entre todas las galaxias que existen en el Universo. Con la ayuda del telescopio Hubble se han llegado a calcular que hay por lo menos diez mil millones, 10.000.000.000 de galaxias en el Cosmos.

Multiplicando ambas cifras, tenemos que en el Universo habría por lo menos mil trillones, 1.000.000.000.000.000.000.000 o diez elevado a veintiuno, de estrellas, sin contar planetas, lunas, cometas, asteroides...

El Universo, como decía Carl Sagan a través de la película Contact, es un espacio enorme. Incluso se dice tradicionalmente que el Universo es infinito. En realidad es una cuestión que no está resuelta, y que dudo si algún día lo estará, por mucho que avance la ciencia. Los astrónomos no pueden hacer otra cosa que seguir investigando...

Nosotros conocemos nuestro entorno, nuestro pueblo, nuestra ciudad, tenemos una idea de lo que nos rodea, pero esa idea empieza a difuminarse conforme ampliamos nuestra visión: la Tierra, el Sistema Solar, las estrellas, la galaxia, el Universo...

Es muy hermoso e instructivo detenerse de vez en cuando en reflexionar sobre todas estas cuestiones, y las matemáticas nos pueden ayudar para ampliar nuestra comprensión sobre el Cosmos.

Para terminar la entrada de hoy, quisiera recordar a ese gran científico y divulgador, fallecido en 1996, que nos ha enseñado tanto sobre los misterios del Cosmos, me refiero a Carl Sagan...

También quiero recomendar la descarga del programa Celestia, una magnífica aplicación que representa el Universo en tres dimensiones, en tiempo y espacio real, y que tiene gran cantidad de complementos.

Repartiendo una herencia de camellos

La semana pasada un compañero del Barco Escuela me entregó un folleto que a él le habían dado por la calle. El folleto era una hoja de propaganda de una empresa de coaching, llamada Bitacorach.

Yo no sabía qué era eso del coaching (del inglés coach, entrenador), pero lo interesante del folleto no estaba ahí, sino que utilizaba como reclamo un problema de matemáticas ya clásico, que es el que quiero comentar en esta entrada del blog. Transcribo el problema tal como viene en la hoja:

El testamento del jeque 

Al morir el jeque, ordenó que se distribuyeran sus camellos entre sus tres hijos de la siguiente forma: la mitad para el primogénito, una cuarta parte para el segundo y un sexto para el más pequeño. Pero resulta que el jeque sólo tenía once camellos, con lo que el reparto se hizo realmente difícil, pues no era cosa de cortar ningún animal. Los tres hermanos estaban discutiendo, cuando ven llegar a un viejo beduino, famoso por su sabiduría, montado en su camello. Le pidieron consejo y éste dijo: 

-Si vuestro padre hubiese dejado doce camellos en vez de once no habría problemas. 

-Cierto, pero sólo tenemos once- respondieron los hermanos, a lo que el beduino contestó: 

-Tomad mi camello, haced el reparto y no os preocupéis que nada perderé yo en la operación. 

¿En qué se basa el beduino para afirmar tal cosa?

La respuesta al problema viene en la cara posterior de la hoja, que es como sigue:

SOLUCIÓN: 

El beduino cede su camello, con lo que habrá doce; el primogénito recibe la mitad (6 camellos), el segundo una cuarta parte (3 camellos) y el tercero la sexta parte (2 camellos). Como 6, 3 y 2 suman 11, el beduino recuperará su camello y todos contentos.

Este es un problema ingenioso que ya me he encontrado en diversos libros de texto allá por los Matemares. Todo parece encajar de forma casi mágica: al principio tenemos 11 camellos, de los cuales no se puede tomar ni la mitad, ni la cuarta ni la sexta parte, luego la última voluntad del jeque no se puede cumplir. Pero luego se le añade un camello, tenemos 12, (12 es divisible entre 2, 4 y 6), ahora sí podemos tomar la mitad, 6, la cuarta parte, 3, y la sexta parte, 2, y una vez entregados los camellos a los hijos, sobra uno, que se le devuelve al beduino que lo puso. Qué bien.

Sin embargo, que yo sepa, nadie se entretiene en contar la segunda parte de la historia.

Después del reparto, aparece el notario para dar fe de que todo se ha hecho según la voluntad del fallecido. Pero al hacer las comprobaciones, resulta que el hijo mayor se ha llevado 6 de los 11 camellos, luego no se ha llevado la mitad, sino más de la mitad. El segundo se ha llevado 3 de los 11 camellos, más de la cuarta parte, y el tercero se ha llevado 2 de los 11, más de la sexta parte.

Es decir, el reparto no se está haciendo conforme a la voluntad del padre, y el notario se niega a aceptar tal reparto de la herencia. Los hijos entonces miran con ojos acusadores al sabio beduino y le exigen una solución para salir del atolladero, y el beduino, lamentándose internamente de haberse entrometido en asuntos tan delicados, le explica al notario:

-Sí, tiene usted razón, los hijos, en realidad, no se están llevando lo estipulado, pero también es cierto que su padre, el jeque, ya de entrada hizo un mal reparto de la herencia.

-¿Qué quiere decir usted con eso? -pregunta el notario.

-Al conceder la mitad, la cuarta parte y la sexta parte, no repartió la herencia completa. Si sumamos 1/2 + 1/4 + 1/6 obtenemos 11/12, es decir, no obtenemos 12/12, la unidad. Estrictamente hablando, el fallecido dejó una parte, 1/12 sin repartir.

-Bueno, eso no es asunto mío. En cualquier caso, si el fallecido deja algo sin legarlo a sus hijos, debe pasar a propiedad del Estado, y será confiscado por la Hacienda Pública.

En eso comenta el hijo mayor:

-Pero el reparto había salido bien añadiendo el camello número 12.

-¿Qué camello?

-Éste de aquí.

-Puede haber una solución -dice el notario-, si este camello que hay aquí forma también parte de la herencia de su padre, entonces serían 12 camellos, 6 serían para el mayor de ustedes, 3 para el segundo hermano, 2 para el tercer hermano, y el camello restante, que el jeque no ha legado a nadie, quedaría en propiedad de la Hacienda Pública.

-¡De acuerdo! -contestan los tres hermanos al unísono.

-¡Nada de eso! -grita en ese momento el beduino-. Este camello es mío, y no es del jeque ni quiero que se lo lleve Hacienda...

Y tras estas intervenciones se inicia una discusión interminable y acalorada entre los tres herederos oportunistas, el estricto notario y el beduino metomentodo, discusión de la que finalmente no parece que vaya a salir nada bueno...

Para concluir: creo que se nota que la segunda parte de la historia es producto de la imaginación. Nunca me ha convencido del todo el problema del jeque moribundo y sus camellos, y desde que lo descubrí me pareció un enunciado tramposo. Creo, simplemente que la herencia está mal repartida en origen y en final, y considero que el jeque, en lugar de ponerse a jugar con fracciones que claramente no domina, debería haber sido concreto al legar los camellos a cada uno de sus retoños.

La Nanociencia y el Reloj de la Puerta del Sol

Cuaderno de bitácora: esta mañana la navegación por los Matemares me ha llevado hasta un artículo publicado en El País, titulado La veloz carrera de los electrones en un metal, que me ha parecido sumamente interesante. Ya desde el primer momento empieza citando cifras grandes de ésas a las que es difícil seguirles la pista, como:

El radio del universo conocido se fija en unos cuatro millones de trillones de metros y su edad se estima en 400.000 billones de segundos, o un cuatro seguido de 17 ceros...

Más adelante, el artículo habla de la nanociencia, la ciencia de lo muy pequeño, y define el nanómetro, como una mil millonésima de metro (para los matenavegantes, diez elevado a menos nueve metros). Lo que me ha gustado especialmente es el siguiente comentario:

Si en Google redujéramos el mapa de España al tamaño de una cabeza de alfiler, el diámetro del Reloj de la Puerta del Sol mediría un nanómetro...

Supongo que cuando dice Google, se refiere en realidad a la magnífica aplicación Google Earth, cuya descarga recomiendo a todos los que todavía no la tengan. En ella aparece una representación fotográfica del planeta Tierra, con un nivel de detalle finísimo, en el que se pueden llegar a contemplar todos los lugares del planeta, montañas, ríos, ciudades, monumentos, y hasta las casas, coches y personas.

Eso de reducir el mapa de España al tamaño de una cabeza de un alfiler me ha parecido una idea muy sugerente. Además, en seguida me he puesto a calcular: la cabeza de un alfiler tiene una anchura aproximada de un milímetro. Si aceptamos que la anchura del mapa de España es de unos mil kilómetros = un millón de metros = mil millones de milímetros, entonces la escala de la reducción ha sido de 1 : 1.000.000.000, de uno a mil millones, luego un nanómetro en la cabeza de alfiler equivale a mil millones de nanómetros en la realidad, es decir, a un metro exacto...

Conclusión: mentalmente, a bote pronto, el diámetro del Reloj de la Puerta del Sol de Madrid ha de tener, según la comparación, un metro de longitud, más o menos...

Reloj de la Puerta del Sol en Madrid.

Curiosamente, después de navegar un rato, no he logrado encontrar ningún sitio donde venga especificado el diámetro real de dicho Reloj, así que no puedo comprobar mi deducción.

Después en el artículo se sigue hablando de las distancias y los tiempos pequeñísimos que se miden en la interacción de los electrones en el metal, en la emisión de pulsaciones láser en los CDs, etc.

Aparecen, por ejemplo, prefijos usados en física, además de nano, como pico, femto y atto, cada uno con un significado matemático concreto: pico es una billonésima (o diez elevado a menos doce), femto una mil billonésima (diez elevado a menos quince) y atto una millonésima de billonésima, o si se puede decir así, una trillonésima (diez elevado a menos dieciocho).

Regresando a lo del mapa de España en la cabeza de un alfiler, y según lo ya comentado, un metro del mundo real equivale a un nanómetro en esa mini España. Teniendo en cuenta que el tamaño de un virus 

oscila entre los 24 nanómetros del virus de la fiebre aftosa a los 300 nanómetros de los poxvirus (extracto de la Wikipedia),

el virus más pequeño, el de 24 nanómetros, si lo introducimos en la mini España de nuestro alfiler, equivaldría a un animal de 24 metros de largo, como una ballena, en nuestra España real, mientras que un virus de 300 nanómetros de longitud no cabría en dos campos de fútbol de la mini España.

¿Y si no hacemos una reducción de tamaño tan drástica? Vamos a tomar el mapa de España y ponerlo en la escala de un atlas, de uno a un millón. Los mil kilómetros de anchura se transforman en un metro. Tenemos nuestra España reducida a un mapa de un metro de ancho, y supongamos que lo colocamos en una mesa, y allí podemos ver las cordilleras, los ríos, la costa, las pequeñas ciudades, etc. Al ser la escala 1 : 1.000.000, un metro se reduce a una millonésima de metro, es decir, a un micrómetro. Una persona en el mundo real puede medir 1'72 metros, en este atlas de sobremesa mediría 1'72 micrómetros.

Volvemos a consultar la Wikipedia en su artículo sobre Bacterias:

Las bacterias son microorganismos unicelulares. Tienen típicamente algunos micrómetros de largo (entre 0,5 y 5 μm) y se presentan en diversas formas incluyendo esferas, barras, y espirales.

Con lo que las personas, en esa España de atlas, tendrían el tamaño de bacterias medianas. También podemos pensar que si las bacterias adquirieran inteligencia, se organizaran y desarrollaran como un pueblo, y finalmente construyeran un país como el nuestro, su país cabría sobre una mesa circular de no más de un metro de diámetro.

Más triángulos en la tele

Anoche, zapeando, me volví a encontrar con el concurso de la llamada, y en pantalla aparecía una nueva figura, en la que había que contar cuántos triángulos aparecían, una figura similar a las que ya comenté en una entrada anterior del blog, Triángulos en la tele. Concretamente, su forma era la siguiente:

Figura 1

Esta vez no me entretuve en copiarlo en un papel, darle nombre a los vértices y escribir todas las combinaciones posibles de tres vértices formando un triángulo, sino que envalentonado por la práctica adquirida con las dos figuras anteriores, estuve contándolos directamente sobre la pantalla del televisor (ver la solución más abajo).

Nunca he llamado al concurso, pero esta vez me animé. "Vamos a probar", me dije, "a ver qué pasa". Ofrecían 2400 euros. El precio de la llamada era de 1.10 euros más IVA. "Veamos qué truco tiene esto", pensé, porque sabía que tenía que tener alguno.

Suena la llamada y me contestan del otro lado. "¡Ooooh!", una exclamación como de muchas personas lamentándose cuando alguien falla algo en un concurso. Luego una voz masculina: "Su llamada es la sexta de diez. Sólo pasa la décima llamada". Cuelgo el teléfono. "Bien, ya sé cuál es el truco".

Evidentemente, no se trata de llamar y contestar. En primer lugar, no pasan todas las llamadas, sino que según la respuesta que recibí, pasa una de cada diez llamadas (ver probabilidades más abajo). Me imagino además, que a las llamadas que pasan las tendrán un ratito esperando, gastando 1.10 euros por minuto. En pantalla no se especificaba que fueran 1.10 euros cada minuto, sino que ése era el precio de la llamada. Finalmente, tienes que contestar bien.

En fin, como esperaba, uno de esos concursos nada claros en los que no sabes las condiciones completas hasta que te has gastado una cantidad importante de dinero. Lo único interesante es la parte matemática del asunto, que me ha servido para plantear problemas a los grumetes del Barco Escuela. Así, si alguno piensa participar en el concurso, como hice yo, y tiene la suerte de que entre su llamada, podrá decir el número correcto de triángulos, y no conformarse con soluciones superficiales erróneas.

SOLUCIÓN:

El gráfico con todos los triángulos posibles coloreados es el siguiente:

Figura 2

Si hacemos la cuenta, nos salen 19 triángulos.

Por otro lado, llamar por teléfono hasta que entre la llamada puede salir bastante caro:

-La probabilidad de que no entre la primera llamada es de 9/10 = 90%.

-La probabilidad de que no entre ni la primera ni la segunda llamada es de 81/100 = 81%.

-En general, la probabilidad de que no entren las n primeras llamadas es 9/10 elevado a n.

Si hacemos los cálculos comprobaremos que hasta la séptima llamada esa probabilidad no baja del 50%. Es decir, hay aproximadamente un 50% de probabilidades de que nos tengamos que gastar casi 8 euros para que entre nuestra llamada. Con suerte, nuestra llamada entrará antes del séptimo intento. Con un poco menos de suerte, tendremos que esperar más de siete llamadas a que entre, y esto puede suponer un gasto de 9, 10, 11 euros..., siempre suponiendo que el mecanismo de entrada de las llamadas funcione legalmente, pero esto es difícil de comprobar.

Un fallo en el sistema decimal

Cuaderno de bitácora: enseñando a los grumetes a trabajar con los números decimales, me viene a la memoria uno de los descubrimientos que hice allá por mi época de estudiante. Entonces era yo un alumno que se interesaba profundamente por las clases de matemáticas, me concentraba en ellas con facilidad y seguía las explicaciones del profesor comprendiéndolas al momento. Captaba rápidamente conceptos y procedimientos, memorizaba fórmulas en cuanto empezaba a utilizarlas en los ejercicios, y era capaz algunas veces de ir más allá y emprender investigaciones silenciosas sobre ideas y cuestiones que aparecían en mi mente.

Uno de aquellos días, el profesor nos explicó que no existían dos números reales diferentes que estuvieran juntos, es decir, que si dos números eran distintos, entre ellos dos siempre se podían encontrar infinitos números.

Si, por ejemplo tenemos dos números aparentemente muy cercanos, como el 3,1415 y el 3,1416, siempre podemos empezar a escribir números entre ellos dos, tantos como queramos, infinitos: 3,14151, 3,14152, 3,14153, ..., 3,14159, 3,141501, 3,141502, ..., etc.

Ante estas afirmaciones, de forma automática, mi mente se puso a trabajar, a investigar si aquello era así, si realmente no se podían encontrar dos números diferentes que estuvieran literalmente pegados, uno a continuación del otro, entre los cuales no pudiera haber ningún número decimal.

Yo ya había dado los números decimales infinitos periódicos, y se me ocurrió la posibilidad de emplear uno de esos números, con un periodo muy especial, por ejemplo el 4,99999999..., es decir, un decimal infinito periódico en el que el periodo que se repite es el 9.

Me parecía evidente a todas luces que entre el 4,99999999... y el 5 no se podía meter ningún número, pues en cuanto modificara alguno de los decimales del primero saltaría al 5 sin remedio. No había ninguna separación, ningún hueco entre esos dos números, estaban literalmente pegados, uno a continuación del otro.

Levanté mi mano para intervenir, y cuando el profesor me dio la palabra le comenté lo que había pensado.

El profesor me contestó amablemente algo que yo no esperaba. Los números 4,99999999... y 5 en realidad son el mismo número. Me invitó a que pasara el primero a forma de fracción y comprobara el resultado, y así lo hice.


Es sencillo calcular la fracción generatriz del número 4,99999999... Si le damos un nombre, n por ejemplo, y multiplicamos por 10, 10n = 49,99999999..., y restando 10n − n = 45, con lo que 9n = 45, y por tanto n = 5.

No podía creérmelo. Mi mente se resistía a aceptar lo que yo ya había asumido intuitivamente. Para mi aquellos dos números eran distintos, uno era un número entero, el 5, y otro era un número decimal infinito periódico, que estaba a un paso de convertirse en entero pero que no llegaba a serlo, le faltaba algo, un pequeño, mínimo paso allá en lo infinitesimal...

Más tarde, mientras cursaba la Licenciatura, nos tocó estudiar a fondo los números reales, los tipos de infinitos que habían, cuándo un conjunto es numerable y cuándo no lo es, etc. Nos dieron una demostración de la no numerabilidad de R, el conjunto de los números reales, y para ello se utilizaba la expresión decimal de los números.

Ahí aprendí que los números son independientes de su expresión decimal, que la expresión decimal es tan solo el nombre del número en el sistema decimal. La expresión decimal identifica al número, pero no es el número. Puedo escribir 5, y sé lo que significa, pero también puedo escribir V, y es lo mismo pero en números romanos, o en sistema binario 101.

El sistema decimal, con los diez dígitos y el uso de la coma y los decimales es muy bueno para darle nombre a los números, pero tiene un fallo cuando entramos en los números infinitos periódicos, y es el famoso periodo 99999999..., pues cualquier número decimal con este periodo coincide con el siguiente número. Así, 4,99999999... = 5, lo mismo que 0,99999999... = 1, o lo mismo que 3,141599999999... = 3,1416.

Por supuesto, esto es sólo una preocupación para matenavegantes. El resto de la humanidad puede dormir tranquilo, sin que un número decimal infinito de periodo 9 venga nunca a perturbar sus sueños...

PD: investigando por encima lo que se dice en la red de este asunto, he encontrado un blog llamado Gaussianos, y una página que trata de este tema del periodo nueve.

Triángulos en la tele

Hace algunos días, un fin de semana ocioso, encendí el televisor por la mañana, y me encontré en una cadena, la Sexta creo, uno de estos concursos de "llame, responda a lo que le preguntamos y ganará mil euros". Quedé muy sorprendido al ver que presentaban una figura formada por un triángulo y líneas interiores, y la pregunta era ¿cuántos triángulos hay en la figura?

La presentadora instaba a los telespectadores que llamaran y las pocas personas que lo hacían decían cifras, muy bajas, incluso repetían cifras de participantes anteriores, y la presentadora insistía, subía la oferta, daba pistas, decía por ejemplo que la cantidad total de triángulos era impar, etc. Durante el rato que estuve mirando el televisor, nadie lo acertó, y yo dibujé la figura en un papel, di nombre a los vértices y me puse a contar triángulos, enumerando todas las combinaciones posibles, obteniendo al fin un total que supongo correcto.

Se me ocurrió llamar al programa, a ver si conseguía el premio, pero como nunca he llamado a ningún concurso de esos, y sé que la llamada telefónica cuesta una barbaridad, más de un euro el minuto, al final no me animé a participar. Pero sí me interesó mucho como curiosidad, el que un programa tan trivial y de relleno como el que estaba viendo presentara problemas matemáticos interesantes.

Las personas creen que contar es fácil, pero los matenavegantes sabemos que en ocasiones contar puede ser tremendamente complicado. A continuación tenemos la figura que vi en la tele, y desafío a todos los grumetes y marineros de agua dulce a que digan cuántos triángulos diferentes se pueden contar en ella.

Figura 1

Al siguiente día, me encontré de nuevo un problema de triángulos, esta vez para que se dijera cuántos había en la siguiente figura:

Figura 2

Este triángulo tenía menos combinaciones, y decidí plantearlo como problema de la semana a nuestros grumetes. Muchos de ellos lo averiguaron.

SOLUCIONES:

En la figura 1 se pueden contar hasta 47 triángulos distintos. Yo no he encontrado más (ni menos). En el siguiente gráfico están coloreados todos los triángulos encontrados:

Figura 3

La figura 2 es más sencilla. Solo tiene 21 triángulos diferentes. El caso es que yo en principio me equivoqué y creía que había 23, al final los volví a repasar una y otra vez y no encuentro más de 21. Aquí están, detallados todos con diferentes colores:

Figura 4

Encuentros

Cuaderno de bitácora: en nuestros viajes por los Mateocéanos hemos conocido a dos matenavegantes a los que no quiero dejar de mencionar:

La primera es María Teresa Gasch, de Seu D'Urgell, que me llamó por su interés en el corto Donald en el País de las Matemáticas. Desde aquí quiero enviarle un saludo y agradecer su amabilidad y entusiasmo.

El segundo es Juan Alberto Crespo, locutor de una emisora de radio de Gran Canaria, que se puso en contacto conmigo para una entrevista telefónica sobre el número pi. Es responsable, junto a Luis D. Espino, del programa El Aleph, que se emite los sábados a las tres de la tarde.

PD: La traducción más correcta del título del corto es Donald en el País de las Matemágicas, (Donald in Mathmagic Land), aunque nunca me ha gustado ese nombre. Se puede hablar de Matemagia, pero prefiero pensar en un País de las Matemáticas, un País de las Maravillas, como el que visita Alicia de la mano del matemático Lewis Carroll, en cuya obra está inspirado el corto de Donald.

Con motivo de la entrevista con Juan Alberto, estuve preparándome un tanto, y aproveché para ver la película de culto Pi (Fe en el Caos), del director Darren Aronofsky. No está mal. Quizás escriba un artículo en doDK sobre la misma.

Puntos e Intervalos

Cuaderno de bitácora: hace unos días mi matenavegante más querida leyó la entrada del blog en la que se hablaba de que el cero era un punto de la recta real y no un intervalo, y me dijo que no entendía muy bien la diferencia entre punto e intervalo ni a qué se refería cada cosa.

Es fácil imaginarse un punto. Basta mirar los píxeles de la pantalla de un ordenador. Basta mirar el punto ortográfico en el que suelen terminar las frases, por ejemplo las que escribo en este blog. Si nos dicen que dibujemos un punto, podemos tomar el lápiz y señalarlo en una hoja de papel, o tomar una tiza y marcarlo en la pizarra. Hasta ahí todo parece claro.

Un intervalo de una recta es un trozo continuo de recta. Imaginemos un trozo de hilo de coser. Imaginemos una mina de grafito para cargar nuestro portaminas. Imaginemos una de esas sierras pequeñas que se colocan en las seguetas para hacer trabajos de marquetería.

Un segmento de recta, como los que nos hemos imaginado, es un intervalo. Sin embargo, en la idea de intervalo también se encuentra implícitamente la idea de escala numérica: así, por ejemplo, se puede hablar del intervalo de temperaturas que se ha alcanzado durante un día en una ciudad, o del intervalo de edades en el que están comprendidas las de un grupo de personas. Un intervalo tiene una longitud, y además un punto de inicio y un punto final, perfectamente definidos.

La mayoría de nosotros habrá aprendido en el colegio que cuando un punto se mueve genera una línea, y que una línea está compuesta por puntos unidos. Es fácil imaginarse un punto, pero ¿cómo es un punto? ¿Cómo es un punto matemático?

Un punto matemático no es exactamente un píxel, ni lo que podamos dibujar en el papel con un lápiz, ni en la pizarra con la tiza. Un punto matemático no tiene dimensiones, ni longitud, ni anchura, ni altura, ni profundidad.

Si miramos al microscopio un píxel, veremos un cuadrado. Si miramos al microscopio el punto que hemos dibujado con el lápiz sobre el papel veremos una mancha de grafito de forma irregular pero aproximadamente circular, y para mirar el punto que hemos dibujado en la pizarra con la tiza no necesitamos un microscopio: a simple vista podremos ver una mancha más o menos grande, sobre fondo oscuro, quizás del tamaño de un guisante o de un garbanzo, un pequeño borrón de arcilla terrosa blanca (como dice el diccionario) en el que se aprecia el polvo de que está compuesta.

Pero si tomamos un punto matemático y lo observamos con un microscopio, lo seguiremos viendo como un punto, jamás lo veremos más grande, no engordará ante nuestra vista, por muchos aumentos que le pongamos al microscopio.

Un punto matemático es más pequeño que una mota de polvo, que una célula, que un átomo, que un electrón. Es más: un punto matemático no tiene forma, no es redondo, ni cuadrado, ni como una pequeña bola, ni hexagonal, triangular, ni ninguna forma que se nos ocurra, porque si tuviera forma tendría dimensiones, longitud, anchura, altura, etc. Y un punto matemático, perdonad que insista, ¡no tiene dimensiones!

Si ponemos dos puntos juntos, la anchura obtenida será cero. Si ponemos cien, mil, un millón de puntos juntos, uno al lado de otro, formando una larga fila, la longitud de esta fila será ¡cero! Es como si todos los puntos se fundieran en uno solo. Dos puntos siempre han de estar separados, porque si se acercan hasta juntarse el uno con el otro, se confunden en uno solo y ya sólo veremos un punto. Entonces, para formar un intervalo, para formar un segmento de recta, algo que tenga longitud, ¡se necesitan infinitos puntos!, tantos, tantos, que no se pueden contar, ¡ni siquiera con todos los números naturales que existen!

De repente, los puntos matemáticos se me antojan elusivos, extraños, misteriosos, y hasta me han dado un poco de miedo. Pero son así. Por eso siento respeto cada vez que se habla de un punto matemático.

PD: consultando el diccionario me he dado cuenta que la palabra tiza, tan corriente, tan cercana para todos los matenavegantes, tan del día a día, ha efectuado un largo viaje hasta llegar a nosotros. Proviene del nahua tizatl. El nahua es una de las antiguas lenguas mexicanas, hablada por los aztecas antes del descubrimiento de América y la llegada de Hernán Cortés.

El Calendario (y 4): La Medida del Tiempo

Cuaderno de bitácora: mientras estoy en cubierta observando las estrellas, midiéndolas con el astrolabio y otros instrumentos científicos, haciendo cálculos de posiciones, velocidades y fechas, no hago más que pensar que esto de la medida del tiempo es una cosa más profunda de lo que habitualmente pensamos o creemos.

Como suele suceder con tanta frecuencia en la actualidad, la medida del tiempo se nos da ya hecha, calculada, masticada y digerida, con una apariencia perfecta, exacta, acompañada del trabajo de aparatos muy precisos, cronómetros y relojes de todas clases, mediciones hechas con los métodos más sofisticados, ópticos, rayos láser, relojes atómicos, observaciones astronómicas de satélites y potentes telescopios, etc.

La medida del tiempo ha sido desde la más remota antigüedad una preocupación de primer orden, como se ha descubierto en diversos monumentos de civilizaciones perdidas: las pirámides de Egipto, Stonehenge, Newgrange, los calendarios babilónicos, aztecas y mayas... El cálculo de la duración de los ciclos de la luna, del sol, de las estrellas, de los planetas, ha impulsado las matemáticas de una forma poderosa, y viceversa: también el desarrollo de las matemáticas ha permitido hacer cálculos y seguimientos cada vez más precisos.

El calendario, dividido en días, meses, años, siglos y milenios, es algo totalmente relativo al mundo en que nos encontramos, a la cultura a la que pertenecemos y a la historia de nuestras civilizaciones. En realidad, si viajáramos fuera de la Tierra y nos estableciéramos en otros planetas, los días, meses, años, tal y como los conocemos dejarían de tener sentido real.

Un día coincide con el tiempo que tarda el sol en dar una vuelta completa a la Tierra. Un mes es aproximadamente el tiempo que la Luna emplea en completar su ciclo de luna llena, cuarto menguante, luna nueva, cuarto creciente y luna llena otra vez, y cada semana coincide con una parte de este ciclo. Un año es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta alrededor del Sol.

Nosotros estamos muy tranquilos, con nuestros relojes, almanaques y calendarios, y todo el sistema y el consenso social difundido a través de los medios de comunicación. Parecemos tener una medida perfecta del tiempo, el tiempo está controlado bajo nuestras manos, es como una maquinaria ideal de relojería con la que soñamos y con la que deberían estar fabricados los relojes más perfectos.

Pero el tiempo es relativo. Lo es a nivel psicológico, en el que las personas perciben el ritmo temporal de forma diferente, de acuerdo a sus circunstancias, su edad, su estado psíquico, etc. No corre el tiempo de la misma manera para un niño que para un anciano; todo el mundo sabe que en la infancia el tiempo se nos antoja muy lento, y que conforme vamos creciendo el tiempo parece correr cada vez más rápido. Una persona que está pasando por momentos difíciles, por sufrimientos, ve pasar el tiempo de forma lenta y exasperante, mientras que otra que está tranquila, feliz, entretenida, no se da ni cuenta de lo rápido que transcurre, hasta que se ha ido. Pero eso sí, lenta o rápidamente, el tiempo pasa y, con él, todo pasa.

Einstein nos demostró que el tiempo también es relativo físicamente hablando: si dos astronautas se desplazan a velocidades distintas, y uno de ellos se acerca a la velocidad de la luz, el tiempo para él transcurre más lentamente que para el otro.

J. Richard Gott, en su libro Los Viajes en el Tiempo nos explica que para la física actual no es posible viajar al pasado, pero sí al futuro. Basta montarse en una nave espacial, alejarse de la Tierra a una velocidad muy cercana a la de la luz, trasladarse en ella durante varios años, y luego dar la vuelta y regresar a la Tierra. El tiempo habrá pasado más deprisa para los habitantes de nuestro planeta que para los viajeros espaciales.

Si, por ejemplo, la nave alcanza el 99’995% de la velocidad de la luz, (teniendo en cuenta que la velocidad de la luz es de unos 299.792 kilómetros por segundo, esto equivale a ir a 299.777 kilómetros por segundo) y recorre un trayecto de ida y vuelta a una estrella que se encuentre a 500 años luz de la Tierra, en nuestro planeta habrán pasado mil años, mientras que para los tripulantes de la nave tan sólo habrán pasado diez años. Para ellos, por tanto, será como si hicieran un viaje de mil años hacia el futuro.

Por último, ¿quién nos garantiza que el tiempo transcurra siempre de la misma forma? ¿Acaso sabemos algo sobre el tiempo? Si el espacio, como afirma Einstein, no es tan homogéneo como suponemos, se curva y se retuerce en presencia de objetos de mucha masa, y admite matemáticamente dimensiones superiores a las tres dimensiones a las que estamos acostumbrados, ¿no puede suceder lo mismo con el tiempo?

Navegando por los matemares me imagino a veces entrando en regiones desconocidas, lugares donde es posible alterar las condiciones habituales en las que vivimos, Triángulos de las Bermudas en los que la realidad se desajusta y desfasa, y pienso qué matemáticas, qué leyes, qué conocimiento puede haber detrás de ello que todavía se nos escapa…

PD: Es curioso que en las series televisivas de la saga Star Trek se emplea la llamada fecha estelar. Cada episodio comienza habitualmente con una entrada en el cuaderno de bitácora o diario personal del capitán, marcada con la fecha estelar, por ejemplo 50893.5. Esta fecha estelar parece ser usada en conjunto por todas las razas de la Federación Galáctica cuando están en viaje por el espacio, y se creó para no depender del calendario de la Tierra, que en el espacio exterior, lejos de nuestro planeta, deja de tener sentido, y además no coincide con los calendarios propios de cada raza de la Federación: vulcanianos, klingons, etc.

Para conocer la historia de la fecha estelar de Star Trek, se puede visitar esta página explicatoria (está en inglés).

El Calendario (3): Algo de Historia

Aunque en la entrada anterior del blog me hice un lío, a propósito, sobre si existió o no el año cero, por lo que he consultado con ciertos navegantes expertos en historia, el año cero no aparece en las cuentas de nuestro almanaque occidental. Hay acontecimientos fechados en el año 1 antes de Cristo y otros acontecimientos en el año 1 después de Cristo, pero no hay ninguna referencia a ningún suceso histórico en el año cero.

¿De dónde proviene nuestro almanaque actual?

Por un lado, nuestros meses se originaron en el mundo romano. En la antigua Roma, al principio, el año empezaba en el mes de marzo, dedicado al dios Marte como su nombre indica, y tenía solo diez meses. Los meses iban de marzo a diciembre. Julio era quintilis, agosto era sextilis, y luego venían septiembre, octubre, noviembre y diciembre. Los nombres de los meses están relacionados, como se puede apreciar todavía en español, con los números de orden que ocupan: quintilis-quinto, sextilis-sexto, septiembre-séptimo, octubre-octavo, noviembre-noveno y diciembre-décimo.

Si sólo había diez meses, eso quiere decir que el año no duraba 365 días, como ahora, sino 304 días. No es que la Tierra tardara menos tiempo en dar la vuelta al sol, sino que los antiguos romanos contaban los años de 304 días en 304 días, y como consecuencia las estaciones del año, primavera, verano, otoño e invierno no se daban siempre en el mismo mes. Si en un año la primavera entraba en marzo, al año siguiente (304 días más tarde), en marzo todavía era invierno, y hacía falta esperar dos meses, hasta mayo, para que llegara la primavera, y al siguiente año hacía falta esperar hasta julio-quintilis, y así sucesivamente.

En el antiguo mundo romano, el calendario corría más deprisa que el giro del planeta Tierra. Los meses coincidían aproximadamente con el ciclo de la Luna, pero los años no estaban sincronizados con las vueltas de la Tierra alrededor del Sol. Al no tener un basamento astronómico firme, el año era tan solo un convenio social, y por tanto estaba a expensas de ser trastocado y manejado por intereses sociales o políticos, trayendo, a menudo, desequilibrio y confusión a la vida diaria de los ciudadanos.

Julio César

Posteriormente se añadieron dos meses más, enero y febrero, pero no fue hasta el 46 a.C. que el calendario fue reformado por Julio César para que el año se acomodara con exactitud a la duración de las vueltas de la Tierra en torno al Sol, y los meses se fijaron tal como los conocemos hoy. Julio César se apoyó en los cálculos del astrónomo griego Sosígenes de Alejandría, y se puede suponer que éste heredó su conocimiento del pueblo egipcio.

En el antiguo Egipto siempre se utilizó un calendario solar, un calendario que llevaba la medida del tránsito del sol y las estaciones. Gracias a ello, se podía calcular con precisión las fechas en las que el Nilo se desbordaba y anegaba las tierras de cultivo, fertilizándolas y garantizando el éxito de las próximas cosechas.

Julio César introdujo también el año bisiesto, para coincidir mejor con la duración del ciclo terrestre, aunque este sistema no es perfecto, necesita una adaptación cada siglo y cada milenio. Por eso el Papa Gregorio XII en 1582 hizo una pequeña reforma, quitando varios días del almanaque para obtener un correcto ajuste, que se había ido perdiendo desde la época romana.

El mes de quintilis fue renombrado como julio, en honor de Julio César, que había nacido ese mes, y se le dio una duración de 31 días, y posteriormente se hizo lo mismo con el de sextilis, que recibió el nombre de agosto en memoria de Octavio Augusto, y también fue dotado con 31 días.

PD: una de las fuentes consultadas durante la elaboración de este artículo del blog, es la revista de enero de Historia-National Geographic.

El Calendario (2): El Año Cero

El año cero no existió. Ésta era mi opinión. Alguien me quiso explicar una vez que el año cero no había existido por no sé qué razón histórica de ajuste de calendarios. Yo no compartía ninguna razón histórica. El año cero no existió porque matemáticamente no debía existir, si queremos que el calendario y la medida del tiempo tengan un poco de sentido común.

Sin embargo, empiezo a reflexionar, y pienso que tampoco debo ser tan radical. En realidad, depende de cómo nos guste contar y medir el tiempo.

Tomemos, por ejemplo, un reloj digital. En la mayoría de los relojes se puede elegir la hora en formato de 24 horas o con la distinción a.m.-p.m. A mí, personalmente, me gusta más el formato 24 horas para los relojes. Cuando llega la medianoche, el reloj marca las 0:00, es decir, la hora cero. Luego va contando el tiempo durante todo el día hasta marcar las 23:59, y luego regresa a las 0:00.

Pero si ponemos el reloj en el formato a.m.-p.m. podemos observar que la cuenta es diferente. Al llegar la medianoche, no tenemos hora cero, sino que marca las 12:00 a.m. Luego sigue contando las 12:01 a.m., las 12:02 a.m., así hasta las 12:59 a.m., y luego pasa a las 1:00 a.m., etc. Cuando llega al mediodía marca las 11:59 a.m., y luego pasa a las 12:00 p.m., luego las 12:01 p.m., etc., hasta llegar a las 11:59 p.m. en la medianoche y luego otra vez 12:00 a.m. y vuelta a empezar. Las horas están agrupadas en dos conjuntos, doce horas a.m., es decir, ante meridiem o antes del mediodía, y otras doce p.m., post meridiem, después del mediodía.

Los relojes, por tanto, nos dan a elegir dos maneras de contar el tiempo. En la primera, las 24 horas se cuentan de corrido, empezando en las 0 horas y terminando en las 23 horas. En la segunda manera, las 24 horas se cuentan en dos grupos, pero en ninguno de ellos hay hora cero. Se cuentan del 1 al 12.

Si en los relojes las horas se pueden contar de dos maneras distintas, una con hora cero y la otra sin hora cero, ¿por qué no se pueden contar los años de dos maneras distintas?

Bien, aunque la respuesta parece obvia, no lo es tanto, porque los relojes cuentan las horas cíclicamente, lo que quiere decir que si hay hora cero, cuando lleguemos a la 23 cerramos la cuenta y comenzamos de nuevo con el cero, pero si no hubiera hora cero, empezamos en el 1, llegamos al 24, cerramos la cuenta y empezamos de nuevo con el 1. No hay problema, el 24 y el 0 harían el mismo papel. Pero la cuenta de los años no es cíclica, parece más bien lineal, con años después de Cristo y años antes de Cristo, o dicho para matenavegantes: años positivos y años negativos.

Los matenavegantes estamos acostumbrados a viajar por la recta real, o recta de los números reales, una escala en la que aparecen todos los números, tanto negativos, positivos y decimales. En esa recta, los números son puntos, no tienen dimensión, no son como los intervalos. Si pensamos en el tiempo como una línea, los puntos serían momentos en el tiempo, sucesos, diferentes de los intervalos de tiempo.

Cuando me imagino un año, ¿debe ser un punto o un intervalo? Yo siempre lo consideré como un intervalo, lleno de momentos y sucesos puntuales. El año tiene una extensión, y por tanto no debe ser un punto. El cero de la recta real no es un intervalo, sino un punto, y debe corresponder con un momento en el tiempo, el momento en que comenzó el calendario.

Si empezamos a contar el calendario y estamos en el primer año, ¿no debería ser llamado año 1? Cuando un niño nace, durante sus primeros doce meses, ¿no está en el primer año de vida, o año 1? Cuando pasan los doce meses, y cumple 1 año, ¿no entra en su segundo año de vida?

Pero luego pienso en un reloj que comenzara a contar el tiempo desde un momento inicial. El 1 de Enero a las 12:22 marcaría: "años:0, días:0, horas:12, minutos:22". Durante todo ese año, y hasta que no entrara el siguiente, el marcador de años sería cero, por tanto podríamos llamarlo año cero.

Y si es así, ¿por qué no hay un 0 de Enero, un 0 de Febrero, etc.? Todos los meses empiezan con el 1...

No nos metamos en un nuevo laberinto y volvamos al tema de los milenios. Si llamamos al primer año, año cero, entonces el primer milenio comprendería los años 0 al 999, el segundo los años 1000 al 1999, el tercer milenio los años 2000 al 2999, etc.

Según la humanidad, el cambio de milenio se produjo al pasar del 1999 al 2000. Conclusión: el año cero sí existió.

PD: para ver la ingente cantidad de calendarios que existen o han existido, se puede consultar la página de la Wikipedia.

El Calendario (1): La Entrada de los Milenios

Con la llegada del año nuevo me gustaría comentar algunas inquietudes que tengo sobre el calendario.

Durante estas fiestas recordé, por ejemplo, cómo hace siete años entramos en el 2000. Era la llegada del nuevo milenio, y todo el mundo lo celebró de esa manera. Comenzábamos el siglo XXI, el tercer milenio, una fecha muy importante. Curiosamente, se temió que los chips de los ordenadores antiguos, no preparados para los cambios de siglos, dieran un problema general en todo el mundo y, como consecuencia, el planeta cayera en un caos informático que paralizara la mayoría de las máquinas y aparatos existentes, pero no fue así.

Con catástrofe o sin ella, los números son los números, y recuerdo que en aquella época insistí en explicar a algunas personas que quisieron escucharme, que el nuevo siglo y el nuevo milenio no entraban en el 2000, sino en el 2001. Todo fue inútil. Casi nadie entendía algo que para mí era muy sencillo y hasta natural. Sin embargo, al final empecé a dudar, y llegué a pensar que todo, en realidad, dependía, como decimos los matenavegantes, de la definición, y en este caso, de la definición de año, de siglo y de milenio.

Sin embargo, voy a aprovechar para intentar aclarar mi punto de vista, que supongo que comparten muchas personas en el mundo. Empecemos poniendo un ejemplo con una docena de huevos.

Supongamos que tenemos un cesto lleno de huevos y los vamos tomando y agrupando por docenas. Cogemos los huevos de uno en uno y los colocamos en un envase para doce. Este envase contendrá el primer huevo, o huevo 1, el segundo, huevo 2, así hasta el décimo segundo huevo, o huevo 12.

Ya tenemos lleno el primer envase. Empezamos a llenar el segundo envase. ¿Qué huevo viene el primero? El huevo 13, luego el 14 y así hasta el 24 inclusive. El tercer envase empezará con el huevo 25, luego el 26, hasta el huevo 36, etc.

Ahora con los años. Tenemos los años en una cesta, y los agrupamos por siglos. Primero tomamos un año, el año 1, luego el año 2, y así hasta el año 100. Con esto completamos los 100 primeros años, el primer siglo. Para el segundo siglo, empezamos con el año 101, luego el 102, y así hasta el 200. El tercer siglo comenzaría con el año 201 y terminaría en el 300, etc.

Con los milenios debe pasar igual. Primer milenio: desde el año 1, hasta el año 1000. Segundo milenio: desde el año 1001, hasta el 2000. Tercer milenio: desde el año 2001 hasta el 3000, etc. Luego, según esta cuenta, el año 2000 pertenece al segundo milenio, y el tercer milenio empieza con el año 2001. Conclusión: según esta forma de contar, EL CAMBIO DE MILENIO NO SE DIO EN EL PASO DEL 1999 AL 2000, SINO DEL 2000 AL 2001.

Sin embargo, en la mente de todo el mundo había el siguiente concepto: los años que empiezan por 1 son del segundo milenio: del 1000 hasta el 1999. Los años que empiezan por 2 son del tercer milenio: del 2000 al 2999. ¿Qué está ocurriendo aquí? Simplemente que la definición de milenio es distinta de la anterior. ¿No es lo mismo entonces contar milenios de años que contar docenas de huevos? Que yo sepa, la humanidad no se ha puesto de acuerdo en qué definición tomar, simplemente se admitió, de facto, que el nuevo milenio entraba en el 2000, que el año 1999 y el año 2000 pertenecían a milenios diferentes.

Y el año cero, ¿existió o no existió? Depende de la definición que se escoja. Pero esto será un tema para una próxima entrada del blog. También seguiré investigando sobre los milenios y nuestro calendario occidental.

Anexo: Buscando imágenes de calendarios, he encontrado una dirección muy interesante. Desde ella se puede descargar un calendario en forma de dodecaedro, con un mes en cada cara; Viene en formato pdf, ha de imprimirse en una hoja A4 y luego recortarlo y pegarlo. Se puede descargar en cualquier idioma, incluido el español.

Espacios Vectoriales

Junto al libro Problemas de Concurso, encontré otro que en ese momento me pareció interesante. Su título era Álgebra Lineal y Teoría de Matrices, y había sido escrito por las profesoras Rosa Barbolla y Paloma Sanz.

Se dieron varias circunstancias para que me decidiera a comprarlo: su edición, hecha por Prentice Hall, tenía muy buena calidad. Su estado de conservación era óptimo, o por decirlo de otra manera, el libro estaba nuevo. El tema que trataba me interesó, pues el Álgebra Lineal siempre se me ha dado muy bien; además, era un tratado extenso que abarcaba hasta las Formas Canónicas de Jordan, una parte intrincada de la Teoría de Matrices que me interesaba recordar. Y el precio me pareció muy interesante: tan sólo cinco euros.

El libro está dirigido a los estudiantes de económicas y empresariales, pero en su interior es matemática pura. Estoy empezando a leerlo, repasando los polvorientos conceptos que yacen semiocultos en mi memoria, y una de las primeras cosas que me encuentro es una encantadora definición:

Es habitual representar un vector por una "flecha", que queda determinada por su dirección y longitud... Por tanto, intuitivamente, un vector puede identificarse en general con un segmento de recta orientado.

Esta frase tuvo el mágico poder de trasladarme instantáneamente al pasado, hace veintitrés o veinticuatro años, cuando empecé a estudiar los vectores. Mucho antes de saber qué eran los Espacios Vectoriales, mucho antes de explorar mundos incomprensibles del Álgebra más abstracta, en un libro de texto de 7º de E.G.B. sobre Física, con pequeñas fotos explicativas donde se veían muelles tensos, conocí el concepto de vector. ¡Cuántos recuerdos!...

Ahora observo nuestro barco, sus obenques estirados, sus velas hinchadas por el viento, la estela que deja tras la popa, y me veo rodeado de vectores, surcando inmensos espacios, espacios abiertos salpicados de espuma de mar, azules espacios vectoriales...

Problemas de Concurso 2

El libro del que estuve hablando ayer tiene una introducción muy interesante escrita por los editores L. Bers y J. H. Hlavaty, de la que a continuación voy a hacer un extracto:

Los problemas matemáticos son más antiguos que las matemáticas; enunciados como rompecabezas se encuentran en los registros escritos más arcaicos, como los papiros egipcios de hace 4000 años. En la India, por ejemplo, los problemas eran registrados en lenguaje poético. La gloria de elevar las matemáticas del plano de resolver problemas a la ciencia que es hoy, se le debe a los griegos; pero a pesar de esto los matemáticos griegos no despreciaron el arte de resolver problemas. Tres de sus grandes problemas geométricos fueron un desafío para los matemáticos hasta el siglo XIX: la trisección del ángulo, la duplicación del cubo y la cuadratura del círculo, empleando solamente regla y compás. A pesar de los fracasos durante siglos para hallarle solución a estos problemas, los esfuerzos continuaron hasta que se logró demostrarlos con la ayuda de teoremas algebraicos y se concluyó que, en cada caso, la construcción era imposible con los citados instrumentos.

Tales problemas han estimulado el desarrollo de las matemáticas y han conducido a los matemáticos a inventar nuevos métodos y a crear nuevos conceptos. A un nivel más modesto, pero igualmente importante, dichos problemas han constituido un excelente campo de entrenamiento para los matemáticos jóvenes.

La resolución de problemas nunca fue un campo del dominio exclusivo de los matemáticos. En todos los tiempos han sido un estímulo intelectual y de diversión para muchos profesionales de otros campos. Durante el Renacimiento, en Italia la solución de problemas se convirtió en un deporte de competencias y entre los matemáticos no era raro hacerlas públicas. Algunas veces este espíritu los condujo a excesos. Por ejemplo, en el siglo XVI, Tartaglia, ganador de una de esas competencias, tuvo que escapar de un pueblo para no ser víctima de la violencia de los entusiastas del campeón local.

El objetivo de esta competencia particular era la solución de las ecuaciones cúbicas y al prepararse para ellas, Tartaglia descubrió las importantes fórmulas para su solución. Aún hoy, los matemáticos compiten en la resolución de problemas en forma menos pública, con menos agresividad, pero quizás con la misma intensidad.

Niccolò Fontana (Tartaglia)

El final del siglo XIX vio el comienzo de la organización de competiciones entre los estudiantes de las escuelas secundarias. En Hungría, las llamadas competiciones de Eötvös (iniciadas en 1894) son muy famosas; probablemente han jugado un papel básico en la formación de tantos matemáticos y físicos eminentes de este pequeño país. En la Unión Soviética los estudiantes de la Escuela Secundaria toman parte en un sistema de "olimpiadas" patrocinadas por la universidad.

En los Estados Unidos, la tradición de competiciones periódicas entre los estudiantes de matemáticas tiene aproximadamente 50 años.

Téngase en cuenta que el texto anterior fue escrito en 1960, para ubicar la fecha cuando dice que la tradición en Estados Unidos tiene 50 años. Por eso mismo se alude a la Unión Soviética .

Nota: el Diccionario de la Real Academia admite olimpiada y olimpíada, pero esta última forma, con acento, no me suena bien, aunque algunos se empeñen en escribirla así.

Problemas de Concurso

La semana pasada tocamos puerto y pudimos pasar algún tiempo en tierra firme. Aprovechamos para visitar un mercado de libros antiguos, y encontré un par de ejemplares interesantes a muy buen precio. Hoy me gustaría hablar sobre el más antiguo de los dos, una pequeña joya que tan sólo me costó 2.70 euros.

Su título, como puede apreciarse en la imagen es PROBLEMAS DE CONCURSO, y debajo aparece un subtítulo: Problemas de los Concursos Anuales para Estudiantes de Secundaria presentados por la Asociación Americana de Matemáticas. Los problemas están compilados y con las soluciones explicadas por Charles T. Salkind, y traducido por Álvaro Pinzón E., Matemático de la Universidad Nacional de Colombia. La edición original es responsabilidad de Random House, Nueva York y esta edición en español es de la Editorial Norma en Colombia.

La portada está amarillenta y tiene motivos para ello. El libro fue publicado en 1961, antes de que se llegara a la Luna. Estamos hablando, pues, de un título que ha cumplido 45 años. Recopila los problemas de los Concursos Anuales desde el año 1950 hasta el 1960, ambos inclusive. Estos Concursos son una especie de Olimpiada Matemática para los estudiantes de Secundaria que se empezaron a realizar en Estados Unidos precisamente en el año 1950, organizados por la Mathematical Association of America, MAA, de la que se puede visitar la página web.

Me llama mucho la atención este libro; es un volumen pequeño, fino, poco valorado, pero su antigüedad, su rareza, su viaje a través del tiempo y del espacio, su puerta hacia otro mundo desconocido dentro de la Matenavegación, le dan mucho valor para mí. Los problemas que trata son de diversos tipos: proporciones, ecuaciones de primer y segundo grado, porcentajes, raíces, geometría, progresiones... Hay un ejercicio en una de sus primeras páginas que me resultó sorprendente por lo corto de su enunciado y lo sencillo que parece:

Si el radio de un círculo se aumenta en 100%, el área se aumenta en: a) 100%; b) 200%; c) 300%; d) 400%; e) ninguna de estas respuestas.

Aunque a primera vista pueda parecer extraño, la respuesta correcta es la c). Es sencillo dar una explicación. (Ver la solución en los comentarios).

Sueños Delirantes

Cuaderno de bitácora: uno de nuestros matemarineros cayó enfermo hace seis días y está sufriendo de fiebres muy altas. Durante la noche y por la mañana parece dormir plácidamente, pero en la tarde entra en delirios y se queja y se revuelve en su cama. Más tarde, y tras la continua aplicación de paños húmedos y fríos sobre la frente, se despierta y recupera el sentido, y ha tenido a bien contarme los sueños que tiene para así liberarse de ellos.

El que más se le repite, una y otra vez, durante las últimas horas, es una ensoñación en la que se ve trepando por el palo mayor, desplegando las velas para que el viento sople con fuerza sobre ellas. No me extraña que sus delirios giren en torno a las velas del palo mayor, pues ha sido su responsabilidad en los dos últimos meses. El muchacho trepa y recoge la Vela Mayor, después sigue trepando y recoge la siguiente, la Gavia, luego el Juanete Mayor, pero encima hay más velas, un Sobrejuanete, un Sosobrejuanete, un Sososobrejuanete, y así continúan y continúan. Cuando mira hacia arriba para ver donde terminan, puede contemplar una nube oscura y baja en la que se pierde el Palo Mayor y que no le permite vislumbrar el extremo.

Ante la angustia de estos sueños, el matemarinero me ha preguntado si será capaz de llegar al final del Palo. Está seguro que hay un número infinito de Sososo...sobrejuanetes, cada uno más pequeño que el anterior, pero no sabe si la longitud del mástil es finita o infinita. Yo le he contestado que trate de medir las velas, comparándolas entre sí, la próxima vez que tenga el delirio, y que intentaré darle una respuesta.

Después del acceso de fiebre de la última tarde, me ha explicado que la Vela Mayor mide lo mismo que la nuestra, que la Gavia mide la mitad de la Mayor, el Juanete mide un tercio de la Mayor, el Sobrejuanete un cuarto de la Mayor, el Sosobrejuanete un quinto de la Mayor, y así sucesivamente. Al escuchar esto no he podido menos que decirle, con gran disgusto, que si las velas siguen esa progresión entonces el Palo Mayor de sus delirios no tiene límite, se extiende hacia el cielo de forma infinita. El muchacho ha puesto una expresión de desesperación y no ha querido escuchar el argumento que demuestra que la sucesión se hace infinita (ver la solución más abajo).

Después de esta conversación, y a pesar de todo, la fiebre le ha disminuido un tanto. Ha pasado una noche más tranquila, y se ha despertado con mejor aspecto en su rostro. Me ha contado que ha vuelto a tener el mismo sueño, pero ahora la Gavia medía tres cuartos de la Vela Mayor, el Juanete medía tres cuartos de la Gavia, el Sobrejuanete tres cuartos del Juanete y así sucesivamente. Yo le he confirmado, con una sonrisa, que está mejorando de su postración, y que ahora la sucesión sí termina, y el Palo Mayor, aunque siga oculto entre las nubes, tiene un final, e incluso es sencillo calcular su longitud. Pero tampoco ha querido oír la demostración (que viene más abajo). Con un suspiro de alivio se ha envuelto entre las sábanas y ha seguido durmiendo.

SOLUCIONES:

En el primero de los delirios, la solución está en ver si se puede sumar o no la siguiente sucesión:

 (1)

Esta suma es lo que se llama en matemáticas serie armónica. Se puede comprobar fácilmente que esta suma va creciendo sin ningún límite (tiende a infinito). Basta fijarse en la suma siguiente:

 (2)

Esta suma es menor que la (1), ya que estamos sustituyendo algunas fracciones por otras más pequeñas. Sin embargo, agrupando términos, obtenemos:

 (3)

En la serie (3) estamos sumando infinitas veces 1/2, luego el resultado no puede ser otro que infinito.

Como la serie (1) es mayor que la (2), y la (2) tiende a infinito, la (1) también tiende a infinito.

En el segundo de los delirios, tenemos que comprobar si se puede sumar la siguiente sucesión:

 (4)

Esta es una serie geométrica, de razón igual a 3/4. Como la razón es menor que 1, entonces la suma de los términos tiene un límite finito, y se puede calcular con la fórmula:

 (5)

Donde a₁ es el primer término de la sucesión y r es la razón. Hacemos la cuenta y obtenemos el resultado:

 (6)

Como conclusión a los delirios: en el primero, el Palo Mayor tiene longitud infinita; en el segundo, el Palo Mayor tiene una longitud igual a 4 veces la medida de la Vela Mayor.

Mesas de Piratas

Conversando sobre cuestiones de cómo sentarse a la mesa, uno de mis compañeros matenavegantes me contó una pequeña anécdota sobre los piratas y sus manías.

En la isla de la Tortuga era frecuente que se reunieran los piratas después de cometer sus fechorías, para beber ron y contarse sus aventuras. En verano, sobre todo en los meses de agosto y septiembre, las salidas de los piratas decrecía, debido a la presencia de huracanes en el Caribe que impedían la navegación. Aprovechando la inactividad, nueve capitanes piratas decidieron juntarse cada 18 de septiembre en la taberna La Pata Coja para cenar juntos. Por alguna razón misteriosa, aquellos capitanes deseaban cenar de una forma civilizada, tratarse con educación y sentirse por una noche personas normales.

El primer 18 de septiembre que se reunieron las condiciones eran idóneas. En el piso de arriba de la taberna había un reservado, y en él una mesa circular. Para evitar problemas y contradecir el nombre del local, la mesa sólo tenía tres patas. Cuando los piratas llegaron y se fueron acomodando alrededor de la mesa todo prometía que aquella iba a ser una velada inolvidable. Pero por mucho que lo intentaban, los piratas no podían dejar de lado sus malas inclinaciones, y antes de que se sentaran todos, el capitán Barba Cobriza empezó a quejarse del sitio que le había tocado en la mesa, si le llegaba más o menos luz procedente del candil, si sus compañeros inmediatos eran comensales agradables o no, si la tabernera le serviría a él antes que a los demás, etc. La discusión se extendió rápidamente entre todos los capitanes, y pronto las palabras dieron paso a los gritos y a los insultos, y varios empezaron a echar mano de los sables y las pistolas. Sonó un disparo que hizo retumbar toda la casa con un terrible estruendo, y una nube de humo se extendió por la habitación.

Cuando el humo se disipó, todos vieron que el que había disparado era Flan Haragán, el pirata más duro y más experimentado de todos ellos. En realidad había apuntado al techo, pues su intención era parar la discusión y obtener unos momentos de silencio, y evidentemente lo había conseguido. Se guardó la pistola en su faja, miró a todos con expresión adusta y dijo:

−¡Ya está bien! Sentémonos tal como estamos ahora y, para que nadie se queje, cada 18 de septiembre iremos cambiando de lugar hasta agotar todas las combinaciones posibles.

Se oyeron leves murmullos y gruñidos, pero todos los piratas se sentaron y pudieron cenar en paz.

¿De cuántas formas diferentes se pueden sentar los nueve capitanes en las nueve sillas?

SOLUCIÓN:

Veamos la situación planteada. Evidentemente, si Flan Haragán quisiera agotar todas las combinaciones posibles, tendría que probar las maneras de ir permutando los piratas entre todos los asientos. Las permutaciones de 9 elementos, que se escribe 9! (léase nueve factorial) dan un total de: 9!=9·8·7·6·5·4·3·2·1=362880 posibilidades diferentes. Si los piratas cenaran juntos todos los días y no sólo el 18 de septiembre, se necesitarían cerca de mil años en cubrir tantas permutaciones.

Otra posibilidad diferente es que se hubiera propuesto "que cada uno se siente en un sitio distinto cada vez". En ese caso bastan 9 cenas para conseguirlo, pues a partir de la cena número 10 cada uno tiene que repetir sitio inevitablemente.

Nota: Este relato está inspirado en el problema número 96 de 100 Problemas Matemáticos, de Germán Bernabeu Soria.

Choque de Copas

Cuaderno de bitácora: el otro día estuvimos comiendo todos los oficiales en nuestro camarote de reuniones, y al final realizamos un brindis celebrando el comienzo del nuevo periplo. La mesa a la que nos sentamos era redonda y me recordó aquella mesa mítica de las épocas del Rey Arturo.

Escena de la película Master and Commander.

Sería muy largo enumerar aquí todos los símbolos que se le asocian al círculo en general y a la Tabla Redonda en particular, pero comentaré lo que se me viene a la mente en estos momentos.

Algunos Matenavegantes distinguimos entre circunferencia, que es la línea, y el círculo, que se refiere a la línea y al área de dentro. Para el caso que nos ocupa hablaremos de círculo para referirnos a la línea exclusivamente.

El círculo está definido por la propiedad de que todos sus puntos equidistan de un punto fijo llamado centro. Por ello en el círculo no hay ningún punto destacado de los otros, el punto destacado, el centro, no pertenece al círculo. Se decía en las antiguas leyendas de la Edad Media que los Caballeros de la Tabla Redonda por igual se sentaban y por igual servidos estaban. Cuando se da un banquete y los comensales se acomodan en mesas redondas, da igual por dónde empiecen a servir los camareros, cualquier invitado puede ser el primero en ser servido, pues no hay un lugar que se pueda considerar el primero ni el último. (Este tema está ampliado en otra entrada del blog sobre La Tabla Redonda y otras curiosidades matemáticas de la Inglaterra antigua.)

Hay muchos fenómenos naturales en donde encontramos el círculo. El movimiento circular aparece continuamente en el Universo. Los planetas alrededor del Sol tienen órbitas que se asemejan, unas en mayor y otras en menor medida, a un círculo. También es el movimiento aparente que tiene el Sol y las estrellas en nuestro firmamento. Concretamente, el Sol va desplazándose con el paso de los días por una línea que cruza diferentes constelaciones, llamadas zodiacales porque se corresponden con los signos del zodiaco. Dichas constelaciones presiden el firmamento formando una especie de consejo estelar. También los Caballeros de la Tabla Redonda quisieron colocar ese símbolo a su hermandad, un símbolo cósmico, como si su Fraternidad fuera un reflejo en la Tierra de lo que sucede en el Cielo.

Todas estas cosas me vienen a la memoria, pero también recuerdo el momento de los brindis. Como es natural, todos los siete oficiales nos levantamos de nuestros asientos y fuimos chocando las copas mutuamente, deseándonos salud y buena fortuna. En ese momento, y antes de que terminaran de chocarse todas las copas, me puse a calcular el número total de choques que se darían, y no me fue difícil dar con la solución.

Puede el lector pensarlo durante unos momentos. Si no sabe calcularlo, sólo tiene que mirar en los comentarios.

Libros que son un Lastre

Nos reunimos hace unos días todo el cuadro de mando en el camarote del Capitán, para decidir sobre el destino de un montón de libros que atestaba nuestras estanterías y que son un lastre para la Navegación. Yo era partidario de arrojarlos casi todos a los tiburones, pero el resto de oficiales se opusieron a decisión tan drástica, y por tanto, después de discutir durante un buen rato, les salvaron la vida a casi todos.

Sin embargo, estoy determinado a deshacerme de algunos cuando no me vean, en horas nocturnas y cuando la mar esté tranquila.

La mayoría son textos pasados de fecha, que nosotros no hemos comprado, sino que nos han regalado por intereses comerciales.

A los amantes de los libros nos duele deshacernos de ellos, pero hemos de reconocer que cuando el espacio falta y los libros no son útiles, y nunca lo van a ser, lo mejor es reciclar el papel y ganar espacio.

Varias cajas de desgraciados ejemplares acabaron en la sentina, como futuro alimento de ratas o, en el mejor de los casos, criaderos de telarañas. Un oficial me comentó que ya llegará el día en que serán útiles, y yo le contesté que sí, cuando estemos atravesando los hielos Árticos o Antárticos, y nos falte madera para calentarnos caerán irremisiblemente en la fogata como les sucedió a aquellos compañeros de hace cuatrocientos años, de los cuales no tuvieron ninguna piedad ni el Cura, ni el Barbero ni el Ama.

A pesar de todo, al revisar los estantes encontramos algunos ejemplares y complementos que desconocíamos y que nos interesaron: cuadernos de ejercicios, pósters y un libro que me quedé, una guía de 3º ESO con la programación y el solucionario, de la editorial Santillana. El libro está editado con los colores del mar, blanco y azul, y en tamaño cuartilla con tapas duras. Tiene un paratexto extraordinario, como dirían los especialistas, y está lleno de ejercicios que les mandaré implacablemente a mis grumetes para que los resuelvan. (Je, je, je...)

Para finalizar, hagamos cálculos con algunas preguntas sobre libros:

(1) ¿Cuántos libros crees que te daría tiempo a leer en toda tu vida?

(2) Estima cuántas palabras contiene una página de un libro.¿Cuántas puede tener un libro en total?

(3) Haz lo mismo pero con las letras que hay en una página.

(4) Calcula la velocidad, en letras por segundo, a la que lees.

(5) Una pregunta sobre gustos personales: ¿prefieres los libros de texto con muchos colores, como los de ahora, o te gustarían con menos o con ningún color, como los antiguos?

Las preguntas anteriores son en realidad personales, y cada uno puede tener sus propias respuestas. Yo voy a dar las mías:

(1) Yo leo a un ritmo de uno o dos libros al mes. Supongamos que en un año leo veinte libros, y que dicho ritmo lo puedo mantener durante setenta años. Me daría tiempo a leer unos mil cuatrocientos o mil quinientos libros en toda mi vida. Una respuesta más amplia podría ser entre mil y dos mil libros.

(2) El número de palabras depende del tamaño de las letras y del espaciado de las líneas. Pero una estimación media podría ser de diez palabras por renglón, y treinta o cuarenta líneas. Es decir, unas trescientas a cuatrocientas palabras por página.

El número de palabras de un libro depende, evidentemente, del número de páginas. Un libro no muy largo, de doscientas páginas, puede contener unas sesenta mil o setenta mil palabras. Un libro más largo pasará de cien mil palabras. Los escritores suelen medir la longitud de su trabajo por palabras. Es habitual que el editor también le pida al escritor un libro de una medida determinada: "escríbeme una novela de cien mil palabras."

(3) Si calculamos una aproximación de unas cincuenta letras por renglón, entonces tenemos que en una página puede haber entre mil quinientas y dos mil letras.

(4) Yo no soy un lector rápido, y calculo que en leer una página sin prisas puedo tardar unos dos minutos, es decir, unos ciento veinte segundos. Eso significaría que mi velocidad podría ser de unas quince letras por segundo.

(5) Los libros de texto actuales los encuentro empachosos, con demasiados colores.