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miércoles, 30 de septiembre de 2015

Fractal en 3D... Mandelbox 3D

Un fractal es un objeto geométrico cuya estructura básica, fragmentada o irregular, se repite a diferentes escalas. El término fue propuesto por el matemático Benoît Mandelbrot en 1975 y deriva del Latín fractus, que significa quebrado o fracturado. Muchas estructuras naturales son de tipo fractal. La propiedad matemática clave de un objeto genuinamente fractal es que su dimensión métrica fractal es un número no entero.
En matemáticas, el mandelbox es un fractal especial en forma de caja, resultado del análisis multifractal. Representa los puntos en el espacio que no se van al infinito bajo la acción de un conjunto de transformaciones geométricas. Se puede definir en cualquier número de dimensiones.

mandelbox
La imagen anterior se corresponde a un mandelbox 3D. El siguiente vídeo es una animación del mismo realizando un viaje por su interior en un zoom continuo.

Disfruten del vídeo… es Matemática en estado puro





Posteo dedicado a Violeta Aguirre una gran amiga!!!

Franz Reuleaux... y su triángulo

Franz Reuleaux (30 de septiembre de 1829 – 20 de agosto de 1905), ingeniero mecánico alemán considerado a menudo el padre de la cinemática, cumpliría hoy 186 años.
Franz Reuleaux en una fotografía de 1877. Imagen de dominio público

Realizó contribuciones en diferentes áreas de la ciencia y de la técnica. Supervisó el diseño y la construcción de unos 300 mecanismos simples como el mecanismo de cuatro barras o la manivela.
Pero, en el mundo de la matemática, se le recuerda por su triángulo de Reuleaux.

Planteemos lo siguiente:
Además de un círculo, ¿Qué otra forma puede tener una tapa de alcantarilla para que no caiga a través del agujero?

Parece una pregunta poco interesante, pues es muy probable que jamás nos la hayamos planteado, pues, seguramente pensamos en otras muchas cosas antes que en esto.

No obstante, si intentásemos contestar a la pregunta, seguramente lo primero que se nos ocurriría sería recurrir a los polígonos regulares (triángulo, cuadrado, pentágono…).
Hay que tener en cuenta que la figura que buscamos debe tener como ancho máximo el ancho del agujero, para que encaje a la perfección.
Pero ¿qué ocurriría con las tapas con forma de polígono? En los polígonos la anchura varía (por ejemplo, en un cuadrado, si medimos de vértice a vértice opuesto la anchura es la de la diagonal, y si medimos de un vértice a otro vértice consecutivo la anchura es la del lado, que es menor), por lo que si colocamos las tapas con forma poligonal por su ancho menor se podrían caer el agujero.
Estamos buscando, por tanto, una curva cerrada que tenga anchura constante, pero… ¿existe otra que no sea la circunferencia? Pues bien, el triángulo de Reuleaux tiene la particularidad de ser una curva de anchura constante.
Si observamos la figura anterior, siempre hay cuatro puntos de tangencia con el cuadrado, uno en cada lado, y dichas tangentes son paralelas dos a dos, por lo que el ancho es el mismo en todo momento.
Trazar un triángulo de Reuleaux es bastante sencillo. Partiendo de un triángulo equilátero y haciendo centro en uno de los vértices, se traza un arco de circunferencia que una los otros dos vértices. La operación se repite para cada vértice y así, eliminando el triángulo inicial, se obtiene el triángulo de Reuleaux.
Esta curva fue desarrollada, como he comentado al principio, por el científico e ingeniero alemán Franz Reuleaux.
En general, una curva de anchura constante o de diámetro constante es, por definición, aquella curva cerrada cuya anchura, medida por la distancia entre dos líneas paralelas tangentes a sus dos bordes opuestos, es la misma independientemente de la dirección de estas dos paralelas. En general, cualquier polígono regular curvo impar (triángulo, pentágono, heptágono…) es una curva de anchura constante. En particular, el caso del triángulo equilátero curvo corresponde al triángulo de Reuleaux.
Pero ¿el triángulo de Reuleaux sirve para algo más que para la recreación matemática o como tapa de alcantarilla? Pues sí, más de lo que podríamos imaginar. 
Éstas son algunas de sus aplicaciones:
  • En 1914 el ingeniero británico Harry James Watt patentó una broca con forma de triángulo de Reuleaux que va montada en un dispositivo especial que hace que gire un tanto excéntricamente y así puede taladrar un agujero con una forma casi exactamente cuadrada. En la figura se puede ver la rotación de esta broca dentro de un agujero cuadrado. Se ve que solo en las esquinas dicha broca deja cuatro pequeñas áreas sin cubrir, que suman un 1,33% del área del cuadrado.



  • El triángulo de Reuleaux forma parte de un mecanismo que actualmente es usado en la mayoría de los proyectores de cine.

  • Esta figura, por su elegancia y por la sencillez de su trazado ha sido un motivo muy utilizado en arquitectura, sobre todo en el periodo gótico.
Iglesia de San Juan del Hospital (Valencia, España)
  • Algunos lápices son fabricados con este perfil, en lugar de los tradicionales de sección redonda o hexagonal. Por lo general son promocionados como más cómodos y que producen un agarre más adecuado, además de ser menos probable que rueden fuera las mesas.
  • Un triángulo de Reuleaux puede rodar fácilmente, pero no funciona bien como rueda debido a que no tiene un centro fijo de rotación. Sin embargo, en la figura adjunta la tabla puede hacerse avanzar de manera perfectamente horizontal.
En el rodillo de la izquierda habrá un eje que solo se desplace horizontalmente, mientras que en la sección del rodillo de la derecha, que es un triángulo de Reuleaux, todos los puntos tienen algo de movimiento vertical, como se aprecia en la animación de la broca de Harry Watt.

  • El triángulo de Reuleaux, bueno no exáctamente el triángulo pero sí este tipo de figuras que estamos viendo (polígonos de Reuleaux), lo podemos también encontrar en las antiguas monedas de quinientas pesetas, las cuales contaban con un heptágono equilátero curvo inscrito en ambas caras de la moneda
O en otras monedas
  • Y, por qué no, también se pueden construir vehículos con ruedas que no son circulares
Guan Baihua mostrando su bicicleta con ruedas cuya forma son polígonos de Reuleaux (6 de mayo de 2009, Qingdao, china). Su construcción le llevó 18 meses.

Y para terminar ¿qué tal si buscamos la analogía del triángulo de Reuleaux en tres dimensiones?

Pues sería el Tetraedro de Reuleaux, un cuerpo sólido resultante de la intersección de cuatro esferas de radio r, cuyos centros se encuentran en los vértices de un tetraedro regular de lado r.
Animación de un tetraedro de Reuleaux (en blanco), mostrando también en rojo un tetraedro a partir del que se genera.

El tetraedro de Reuleaux formado por la intersección de cuatro esferas. Imagen realizada en Blender por Stian Ellingsen

jueves, 13 de agosto de 2015

Mejora tus matemáticas jugando al ajedrez

Matemáticas y ajedrez, son un matrimonio duradero que ha coexistido desde el nacimiento del juego más impresionante que ha conocido la humanidad, del juego infinito por excelencia.

El ajedrez mejora el rendimiento académico en matemática

Numeroso estudios concluyen que es posible desarrollar el pensamiento de los niños a través del ajedrez, incluso desde el jardín de infantes.
El ajedrez es un recurso pedagógico muy apropiado con el que puedes ayudar a una persona a que desarrolle habilidades mentales que le servirán para optimizar sus procesos de aprendizaje.
Está comprobado que el ajedrez desarrolla el arte de pensar. Y uno de los verbos que mejor define a las matemáticas es precisamente este: PENSAR.
Y enseñar a pensar, es muy bueno para el desarrollo intelectual y personal de los estudiantes. Y mucho mejor cuando tienes herramientas que te ayudan a dar una enseñanza basada en el pensamiento crítico y creativo.

¿Qué potencia el ajedrez?

Posiblemente la lista sea mucho más larga, pero para no aburrirte, es bueno que sepas que tu hijo puede desarrollar esto:
  • Motivación
  • Imaginación
  • Autoestima
  • Planificación
  • Capacidad de cálculo
  • Previsión de consecuencias
  • Creatividad
  • Paciencia
  • Disciplina
  • Atender varias cosas a la vez

matemáticas-y-ajedrez

Matemáticas y ajedrez. Una estrecha relación

A lo largo de la historia el ajedrez ha llamado la atención de los matemáticos famosos.

Leonhard Euler, planteó y resolvió el problema del caballo (recorrer con el caballo todas las casillas del tablero sin pasar dos veces por ninguna de ellas), mediante la construcción de un cuadrado mágico!

Otro de los grandes genios, el alemán Gauss se vio interesado en resolver el problema de las 8 damas. ¿Cuántas damas pueden estar en el tablero simultáneamente sin alcanzarse entre ellas? Y, ¿cuántas combinaciones de posición distintas de las mismas existen? Aunque parece un juego infinito, las posibilidades en ajedrez no son infinitas.

Pero para que te hagas una pequeña idea de la grandeza de este deporte: después de la segunda jugada, ya hay 197.742 partidas posibles. El número de partidas distintas que pueden jugarse es mayor que el número de átomos conocidos.

Grandes jugadores de ajedrez como Anderssen, Wilhelm Steinitz, Emanuel Lasker y Max Euwe, fueron también matemáticos.

Ajedrez en el aula

Forma parte del currículo en más de 30 países. En Islandia, Rusia y Venezuela, entre otros países, el ajedrez es una asignatura en todos los colegios públicos.

El ajedrez es un juego con componentes científicos, deportivos y artísticos. Realmente se trata de una gimnasia mental abierta a todos.

Muchos estudios confirman que el ajedrez es muy útil como herramienta pedagógica, para la formación intelectual y el desarrollo personal del alumno.

¿Qué ocurre cuando mueves las piezas?

Mover las piezas implica análisis, cálculo, evaluación y selección. Y otra cosa importante: capacidad de decisión. Además estimula la concentración, la memoria, el razonamiento y la creatividad, entre otros procesos mentales.

Buscar el jaque mate te ayudará a moldear la capacidad de afrontar y resolver problemas matemáticos.

domingo, 9 de agosto de 2015

Hipotrocoide

Una hipotrocoide, en geometría, es la curva plana que describe un punto vinculado a una circunferencia generatriz que rueda dentro de una circunferencia directriz, tangencialmente, sin deslizamiento.
La palabra se compone de las raíces griegas hipo hupo (abajo) y trokos (rueda).
Estas curvas fueron estudiadas por Albrecht Dürer en 1525, Ole Christensen Rømer en 1674 y Bernoulli en 1725.

lunes, 3 de agosto de 2015

Cuando la nada se convirtió en el todo

La historia del cero.

Las matemáticas no podrían funcionar sin el cero. Nuestro querido cero está presente en todos los conceptos matemáticos que hacen que nuestro sistema numérico, la geometría y el álgebra funcionen.
Caricatura del cero
Recuerda tu niñez. Te enseñaron que el 1 era el primero del “alfabeto numérico”, de los números de contar 1,2,3,4,5… Años más tarde pudiste contar el número de naranjas que había en una caja cuando no veías ninguna. La historia del cero no es sencilla. Parece una tontería pero los antiguos griegos y romanos, célebres ingenieros, no lograron dar un nombre a “la nada”. Ellos no contaban “nada”. Los griegos que desarrollaron la lógica y la geometría, nunca introdujeron el símbolo del cero.



¿Cómo llegó a ser aceptado el cero?
Se cree que tuvo su origen en la civilización maya, que usó el cero en diversas formas. Representaban el cero como una concha marina.
La historia del cero. Los mayasEste es el símbolo que los mayas usaban para el cero. Se trata del primer uso documentado del cero en América. Año 36 a.C.
Más tarde el astrónomo Ptolomeo, influenciado por los babilonios, utilizó un símbolo parecido a nuestro moderno 0 como marcador de posición en su sistema numérico. Algo comparable a la introducción de la “coma” en el lenguaje. Ahora ya podían distinguir entre el 75 y el 705.

Los mayas y los babilonios utilizaban el cero para marcar un numeral ausente.

¿Quiénes fueron los primeros en “tratar a la nada”?
Los calculistas indios lo definieron como el resultado de sustraer cualquier número de sí mismo. Podemos decir que el cero nació en la India. La palabra “cero” proviene de la traducción de su nombre en sánscrito (una lengua clásica de la India) “shunya” que significa vacío.
Parece ser que fue Brahmagupta quien trató el cero como un “número”, no como un mero marcador de posición, y mostró unas reglas para operar con él.
¿Cómo llegó el cero a Europa?
El último número llegó a Europa a través de los árabes. El sistema de numeración hindú-arábigo que incluyó el cero fue promulgado en occidente por Fibonacci, en su Liber Abaci (Libro del ábaco), publicado en 1202. Leonardo de Pisa reconoció el poder del 0. Y usó el nuevo símbolo, pero no como un número al mismo nivel que los otros.

¿Cómo funciona el cero?
Al igual que la coma tiene sus reglas de uso, también tiene que haber reglas para el cero!
Chiste sobre el cero
No era fácil tratar al nuevo “intruso”. El cero debía integrarse en el sistema aritmético de entonces. En las sumas y las multiplicaciones el cero encajaba perfectamente. Pero en las operaciones de sustracción y división la cosa se complicaba. 
¿Qué te dice el cero?
  • Si me sumas no te altero. 0 + número = Número
  • Si me multiplicas te destrozo. 0 x número = 0
  • Si me restas te transformas. 0 – 5= – 5 (los números negativos no eran aceptados)
  • Es una tontería que me dividas 0/número= 0 La nada es indivisible
  • Pero es un atrevimiento que yo intente dividirte número/0 = ??
Por ejemplo, ¿Qué podemos hacer con cero dividido entre 6? Si a la posible solución le llamas a, tienes que: 0/6 = a
Y por multiplicación cruzada esto equivale a 0 = 6 · a
Es decir, el único valor posible para a es 0 ¿verdad? No vale la pena dividir al cero, se queda igual.Esta no es la principal dificultad que entraña el cero. Lo peligroso es la división entre 0. De la misma forma, si establecemos que: 7/0 = a
Por multiplicación cruzada, 0 · a = 7 y acabamos con la absurda conclusión que 0 = 7.
Al admitir la posibilidad de que 7/0 sea un número, puedes provocar un caos numérico de enormes dimensiones. La forma de evitarlo es argumentar que 7/0 es indefinido. De la misma forma que no se permite poner una coma en mitad de una palabra, en matemáticas tampoco es permisible dividir un número entre cero. Es absurdo!
Cuando la nada se convirtió en infinito

El gran matemático Bhaskara se planteó la división entre 0 y propuso que un número divido entre 0 era infinito! Esto es razonable si piensas que al dividir cualquier número por uno pequeñísmo, próximo a cero, la solución es enorme. Por ejemplo:Del cero al infinito


En la máxima pequeñez, el propio 0, la solución debe ser el infinito. Ahora tenemos que explicar un concepto más extraño, el infinito … En este artículo traté de hacerlo. Aprendamos de los niños! Para un niño la nada es el todo. Para un adulto el todo es la nada.

¿Y si me divido conmigo mismo?
¿0/0? Si 0/0 = a, por multiplicación cruzada verás que 0=0 · a, es decir 0 = 0
No aclara mucho, pero tampoco es un absurdo. Puedes llegar a la conclusión de que 0/0 puede ser cualquier número, pero no puedes saber cual. En matemáticas esto se llama “indeterminado”. Es recomendable entonces que te olvides de dividir entre 0. Es mejor excluir esta operación de los cálculos aritméticos.

¿Para qué sirve el cero?
No podemos prescindir del cero! El progreso de la ciencia ha dependido de este número. ¿No te lo crees? Ahí van unos cuantos ejemplos:
Cero grados en la escala de temperatura, gravedad cero, energía cero, cero grados de longitud, etc. Incluso aparece en el lenguaje no científico: tolerancia cero, la hora cero.
La importancia del cero
Este número redondo es tremendamente útil. Un descubrimiento matemático comparable al de la rueda. Es curioso, en América al entrar en un hotel estás en la planta número 1. En Europa sí que entras en la planta 0, pero existe cierta renuncia a llamarla así.

Ocupa una posición privilegiada
En la línea de los números, el 0 es el número que separa los números positivos de los negativos. En el sistema decimal, el cero sirve como marcador de posición que nos permite usar tanto números enormes como cifras microscópicas.
Con el devenir de los tiempos, a lo largo de cientos de años, el cero se ha ido aceptando progresivamente, y se ha convertido en una de las mayores invenciones del hombre.
Piensa que dieron un nombre a la nada, una imagen, un símbolo y una utilidad.
Cuando se introdujo el cero, se debió considerar como algo extraño. Dicen que los matemáticos se aferran a conceptos extraños que posteriormente resultan ser muy útiles.
Cuando te digan que eso no vale nada, no te lo creas. Porque la nada no es nada desdeñable.