miércoles, 18 de noviembre de 2015

VIDEO DE LA HISTORIA DE LAS MATEMATICAS - PARTE 9/9


TOPOLOGIA

Históricamente, las primeras ideas topológicas conciernen al concepto de límite y al de completitud de un espacio métrico, y se manifestaron principalmente en la crisis de los inconmesurables de los pitagóricos, ante la aparición de números reales noracionales. El primer acercamiento concreto al concepto de límite y también al deintegral aparece en el método de exhaución de Arquímedes. La aparición delanálisis matemático en el siglo XVII puso en evidencia la necesidad de formalizar los conceptos de proximidad y continuidad, y la incapacidad de la geometría para tratar este tema. Fue precisamente la fundamentación del cálculo infinitesimal, así como los intentos de formalizar el concepto de variedad en Geometría lo que llevó a la aparición de la topología, a finales del siglo XIX y principios del XX.
Se suele fechar el origen de la topología con la resolución por parte de Euler del problema de los puentes de Königsberg, en 1735. Ciertamente, la resolución de Euler del problema utiliza una forma de pensar totalmente topológica, y la solución del problema nos lleva a la característica de Euler, el primer invariante de la topología algebraica, pero sería muy arriesgado y arbitrario fechar en ese momento la aparición de la topología. La situación es exactamente análoga a la del cálculo del área de la elipse por Arquímedes.
El término topología fue usado por primera vez por Johann Benedict Listing, en 1836 en una carta a su antiguo profesor de la escuela primaria, Müller, y posteriormente en su libro Vorstudien zur Topologie ('Estudios previos a la topología'), publicado en 1847. Anteriormente se la denominaba analysis situs. Maurice Fréchet introdujo el concepto de espacio métrico en 1906.


VIDEO DE LA HISTORIA DE LAS MATEMATICAS - PARTE 8/9


GEOMETRIA NO EUCLIDIANA

Euclides hizo cinco postulados sobre los cuales basó todos sus teoremas.


·         Se puede trazar una línea recta desde un punto hasta otro cualquiera.
·         Se puede prolongar una línea recta finita continuamente.
·         Se puede describir un círculo con cualquier centro y cualquier radio.
·         Todos los ángulos rectos son iguales.
·         Si una línea recta cruza otras dos líneas rectas forma ángulos interiores del mismo lado menores que dos ángulos rectos, entonces, si se continúan esas dos rectas indefinidamente, se cortan del lado en el que hay ángulos menores que los dos ángulos rectos.
Es claro que el quinto postulado es diferente de los otros cuatro. No satisfacía a Euclides, quien trató de evitar su uso tanto como pudo – de hecho, las primeras 28 proposiciones deLos elementos se demuestran sin emplearlo. Otro comentario que vale la pena hacer en este punto es que Euclides, y muchos otros que le siguieron, supuso que las líneas rectas eran infinitas.
Proclo (410-485) escribió un comentario sobre Los elementos en el cual comenta sobre intentos de deducir el quinto postulado de los otros cuatro; hace notar en particular queTolomeo había producido una ‘prueba’ falsa. Proclo prosigue dando una prueba falsa propia. Sin embargo sí dio el siguiente postulado, el cual es equivalente al quinto.
El Axioma de Playfair: Dados una línea y un punto que no esté en ella, es posible dibujar exactamente una línea a través del punto y que sea paralela a la línea.
Aunque es conocido desde la época de Proclo, éste se conoce como Axioma de Playfairdespués de que John Playfair escribiera un famos comentario sobre Euclides en 1795 en el cual propone reemplazar el quinto postulado de Euclides por este axioma.
Muchos intentos se hicieron para demostrar el quinto postulado a partir de los otros cuatro; muchos de ellos fueron aceptados como pruebas durante largos periodos de tiempo hasta que se encontraba el error. Invariablemente el error consistía en suponer alguna propiedad ‘obvia’ la cual resultaba ser el quinto postulado. Una de estas ‘pruebas’ fue dada por Wallis en 1663 cuando pensó que había deducido el quinto postulado pero en realidad había demostrado que era su equivalente:
Para cada triángulo existe un triángulo similar de magnitud arbitraria
Una de las pruebas intentadas resultó ser más importante que la mayoría de las otras. Fue la producida en 1697 por Girolamo Saccheri. La importancia del trabajo de Saccheri fue que suponía que el quinto postulado era falso y trataba de llegar de allí a alguna contradicción.

#1#En esta figura Saccheri demostró que los ángulos superiores en D y C eran iguales. La prueba usa propiedades de los triángulos congruentes que Euclides demostró en las Proposiciones 4 y 8, las cuales son demostradas antes de que se use el quinto postulado. Saccheri ha demostrado:
·         Los ángulos superiores son > 90° (hipótesis del ángulo obtuso).
·         Los ángulos superiores son < 90° (hipótesis del ángulo agudo).
·         Los ángulos superiores son = 90° (hipótesis del ángulo recto).
El quinto postulado de Euclides es c). Saccheri demostró que la hipótesis del ángulo obtuso implicaba al quinto postulado, obteniendo así una contradicción. Saccheri entonces estudió la hipótesis del ángulo agudo y derivó muchos teoremas de la geometría no-euclidiana sin darse cuenta de lo que hacía. Sin embargo, finalmente ‘probó’ que la hipótesis del ángulo agudo llevaba a una contradicción al suponer que hay un ‘punto al infinito’ el cual está sobre el plano.


En 1766 Lambert siguió una línea similar a la de Saccheri. No obstante, no cayó en la trampa en la que cayó Saccheri e investigó la hipótesis del ángulo agudo sin obtener una contradicción. Lambert notó que, en esta nueva geometría, la suma de los ángulos de un triángulo se incrementaba cuando el área del triángulo disminuía.
Legendre pasó cuarenta años de su vida trabajando en el postulado de las paralelas y esta obra aparece en el apéndice de varias ediciones de su muy exitoso libro de geometríaEléments de Géométrie. Legendre demostró que el quinto postulado de Euclides es equivalente a:
La suma de los ángulos de un triángulo es igual a dos ángulos rectos.
Legendre mostró, al igual que Saccheri cien años antes, que la suma de los ángulos de un triángulo no puede ser mayor que dos ángulos rectos. Esto, nuevamente como Saccheri, se basaba en el hecho de que las líneas rectas eran infinitas. Al tratar de demostrar que la suma de los ángulos no puede ser menor a 180° Legendre supuso que a través de cualquier punto en el interior de un ángulo es siempre posible dibujar una línea que toca ambos lados del ángulo. Esto resulta ser otra forma equivalente del quinto postulado, pero Legendre nunca se dio cuenta de su error.

La geometría elemental estaba en ese entonces envuelta en los problemas del postulado de las paralelas. d’Alembert, en 1767, la llamó el escándalo de la geometría elemental.
La primera persona que realmente entendió el problema de las paralelas fue Gauss. Empezó a trabajar sobre el quinto postulado en 1792 cuando tenía apenas 15 años de edad, intentando primero demostrar el postulado de las paralelas a partir de los otros cuatro. Par 1813 había progresado poco y escribió:
En la teoría de las paralelas no estamos hoy más avanzados que Euclides. Esta es una parte vergonzosa de las matemáticas…
Sin embargo para 1817 Gauss estaba convencido de que el quinto postulado era independiente de los otros cuatro postulados. Empezó a deducir las consecuencias de una geometría en la que más de una línea puede dibujarse que pase por un punto dado y que sean paralelas a una recta dada. Tal vez lo más sorprendente de todo es que Gauss nunca publicó este trabajo sino que lo mantuvo en secreto. En esa época el pensamiento estaba dominado por Kant, quien afirmó que la geometría euclidiana es la inevitable necesidad de pensamiento y a Gauss le disgustaba la controversia.
Gauss discutió la teoría de las paralelas con su amigo, el matemático Farkas Bolyai quien hizo varias demostraciones falsas del postulado de las paralelas. Farkas Bolyai le enseñó matemáticas a su hijo, János Bolyai pero, a pesar de haber pedido a su hijo que no perdiera una sola hora en ese problema del quinto postulado, János Bolyai sí trabajó en el problema.


En 1823 Bolyai escribió a su padre diciendo que he descubierto cosas tan maravillosas que estoy asombrado … de la nada he creado un extraño nuevo mundo. Sin embargo le llevó a Bolyai otros dos años escribirlo todo y publicó su extraño nuevo mundo como un apéndice de 24 páginas en el libro de su padre, aunque solamente para confundir a generaciones posteriores, el apéndice fue publicado antes que el libro mismo.
Gauss, después de leer las 24 páginas, describió a János Bolyai en estas palabras al escribirle a un amigo: Veo a este joven geómetra Bolyai como un genio de primer orden. Sin embargo en cierto sentido Bolyai solamente supuso que la nueva geometría era posible. Después siguió las consecuencias de manera no muy diferente a la de aquellos que habían elegido suponer que el quinto postulado era falso y buscaban una contradicción. No obstante a ello, el verdadero avance fue la creencia de que la nueva geometría era posible. Gauss, a pesar de lo impresionado por Bolyai que sonaba en la cita anterior, más bien lo devastó al decirle que él mismo (Gauss) había descubierto todo esto anteriormente pero no lo había publicado. Aunque esto debe sin duda ser cierto, no le quita nada al increíble avance de Bolyai.


Tampoco queda disminuido el trabajo de Bolyai porque Lobachevsky publicara una obra sobre geometría no-euclidiana en 1829. Ni Bolyai ni Gauss sabía del trabajo de Lobachevsky, principalmente porque fue publicada nada más en ruso en el Mensajero de Kazan, una publicación universitaria local. El intento de Lobachevsky para llegar a un audiencia más amplia había fallado cuando su artículo fue rechazado por Ostrogradski.
De hecho, a Lobachevsky no le fue mejor que a Bolyai para atraer el reconocimiento público de su trascendental obra. Publicó Investigaciones geométricas sobre la teoría de las paralelas en 1840, la cual, en sus 61 páginas, da la narración más clara del trabajo de Lobachevsky. La publicación de un recuento en francés en el Diario de Crelle en 1837 llevó su trabajo sobre geometría no-euclidiana a una gran audiencia pero la comunidad matemática no estaba lista para aceptar ideas tan revolucionarias.
En el folleto de Lobachevsky de 1840 se explica claramente cómo funciona su geometría no-euclidiana.
Todas las rectas que en un plano salen de un punto pueden con respecto a una recta dada en el mismo plano, ser divididas en dos clases -en las que cortan y las que no cortan. Las líneas frontera de cada clase de rectas se llamarán palalelas a la recta dada.
Desde aquí Lobachevsky ha reemplazado el quinto postulado de Euclides por:
Postulado de las paralelas de Lobachevsky. Existen dos líneas paralelas a otra dada y que pasan por un punto dado que no está en la línea dada.
Lobachevsky prosiguió con el desarrollo de muchas identidades trigonométricas para triángulos en esta geometría, demostrando que conforme el triángulo se hace más pequeño, dichas identidades tienden a las identidades trigonométricas habituales.
Riemann, quien escribió su disertación doctoral bajo la supervisión de Gauss, dio una conferencia inaugural el 10 de junio de 1854 en la cual reformuló por completo el concepto de geometría a la cuál el vio como un espacio con suficiente estructura adicional como para poder medir cosas como la longitud. Esta plática no fue publicada sino hasta 1868 dos años después de la muerte de Riemann, pero tendría una profunda influencia en el desarrollo de gran cantidad de geometrías distintas. Riemann brevemente discutió una geometría ‘esférica’ en la cual cada línea que pasa por un punto P que no está en una línea AB toca a la línea AB. En esta geometría las rectas paralelas son imposibles.
Es importante darnos cuenta de que ni la descripción de Bolyai ni la de Lobachevsky de su nueva geometría habían sido probadas como consistentes. De hecho, no era diferente de la geometría euclidiana en este aspecto aunque los muchos siglos de trabajo con la euclidiana eran suficientes para convencer a los matemáticos de que jamás aparecería una contradicción dentro de ella.
La primera persona que puso a la geometría no-euclidiana de Bolyai – Lobachevsky en la misma base que la geometría euclidiana fue Eugenio Beltrami (1835-1900). En 1868 escribió un artículo Ensayo sobre la interpretación de la geometría no-euclidiana que presentaba un modelo para una geometría no-euclidiana bidimensional dentro de la geometría euclidiana tridimensional. Este modelo se obtuvo en la superficie de revolución de una tractriz alrededor de su asíntota. A esto se le llama a veces una seudo-esfera.
Puedes ver la gráfica de una tractriz y cómo se ve la mitad superior de una pseudo-esfera.
De hecho, el modelo de Beltrami estaba incompleto pero sin duda daba una decisión final sobre el quinto postulado de Euclides ya que el modelo proporcionaba una base sobre la cual se sustentaban los primeros cuatro postulados de Euclides pero no así el quinto. Reducía el problema de la consistencia de los axiomas de la geometría no-euclidiana al de la consistencia de los axiomas de la geometría euclidiana.
El trabajo de Beltrami sobre un modelo de la geometría no-euclidiana de Bolyai-Lobachevsky fue completado por Klein en 1871. Klein fue más allá de esto y dio modelos de otras geometrías no-euclidianas tales como la geometría esférica de Riemann. El trabajo de Klein se basaba en la noción de distancia definida por Cayley en 1859 cuando propuso una definición generalizada de distancia.
Klein mostró que hay tres tipos básicos de geometría. En la del tipo de la de Bolyai-Lobachevsky, las rectas tiene dos puntos infinitamente distantes. En la geometría esférica del tipo de Riemann, las rectas no tienen puntos infinitamente distantes (o más precisamente dos imaginarios). La geometría euclidiana es un caso límite entre las dos en el cual para cada línea hay dos puntos infinitamente distantes que son coincidentes.


VIDEO DE LA HISTORIA DE LAS MATEMATICAS - PARTE 7/9


PROBABILIDAD ESTADISTICA

La Edad media termina históricamente en el año1453 con la caída de Constantinopla por parte de los otomanes, dando paso a la etapa conocida como Renacimiento, la cual se destacó por la actividad mercantil, industrial, artística, arquitectónica, intelectual y científica, entre otras. En esta época surge una nueva relación del hombre con la naturaleza, que va unida a una concepción ideal y realista de la ciencia. La matemática se va a convertir en la principal ayuda de un arte y una sociedad que se preocupan incesantemente en fundamentar racionalmente su ideal de belleza. A partir de esta etapa con el avance en las matemáticas y la filosofía, se empieza a dar una explicación coherente a muchos fenómenos que no seguían un patrón determinístico, sino aleatorio. Es el caso de todos los fenómenos relativos a la probabilidad de los sucesos, concretados en este tiempo fundamentalmente en los juegos de azar.
En este periodo del Renacimiento es cuando empiezan a surgir de manera más seria inquietudes entorno a contabilizar el número de posibles resultados de un dado lanzado varias veces, o problemas más prácticos sobre cómo repartir las ganancias de los jugadores cuando el juego se interrumpe antes de finalizar. Como vemos estas inquietudes surgían más como intentos de resolver problemas “cotidianos” con el fin de ser justos en las apuestas y repartos o incluso de conocer las respuestas para obtener ventajas y en consecuencia mayores ganancias respecto a otros jugadores y mucho menos de inquietudes matemáticas verdaderas. De hecho la idea de modelizar el azar mediante las matemáticas aún no estaba plenamente presente en los intelectuales de la época.

Pacioli, Cardano y Tartaglia:

Uno de los primeros problemas dedicados a contabilizar el número de posibles resultados al lanzar un dado varias veces podemos encontrarlo aún en la Edad Media, en el poema De Vetula de Richard de Fournival (1200-1250) donde afirma correctamente que si se lanzan tres dados hay 216 combinaciones posibles y calcula acertadamente los diferentes valores para la suma de los tres dados. Aunque ahora puede parecer una cuestión trivial, en aquella época no lo era, y otros autores se equivocaron al intentar resolverla, generalmente porque no tenían en cuenta las posibles permutaciones de una misma combinación. Pero el problema más importante relativo a los juegos de azar era el conocido como “problema del reparto de apuestas” que distribuía las ganancias entre jugadores cuando la partida se interrumpía antes de finalizar.

Este problema fue abordado por Luca Pacioli (1445-1517) quien en 1487 propuso estos dos problemas particulares: un juego en el que el premio es de 22 ducados que consiste en alcanzar 60 puntos se interrumpe cuando un equipo lleva 50 puntos y el otro 30; y tres arqueros que compiten por un premio de 6 ducados lanzan flechas hasta que uno de ellos haga 6 dianas, siendo interrumpidos cuando el primero de ellos lleva 4 dianas, el segundo 3 y el tercero 2. ¿Cómo deben repartirse los premios entre los contendientes? Pacioli propuso que el premio debería ser repartido en función de las victorias obtenidas anteriormente: así, el premio del primer problema se dividía en 60×5/8 ducados para el primer equipo y en 3 60×3/8 para el segundo; para el problema de los arqueros, el premio se dividía en la proporción 4/9, 3/9 y 2/9. Como más tarde se pondría de manifiesto, esta solución obtenida por Pacioli es incorrecta.

Fue Girolamo Cardano (1501-1576) quien escribió la primera obra importante relacionada con el cálculo de probabilidades en los juegos de azar. Fue en 1565 y se llamaba Libro de los juegos de azar. Además Cardano se había ocupado anteriormente del problema del reparto de apuestas y en 1539 llegó a la conclusión de que la solución de Pacioli era incorrecta porque al considerar tan sólo el número de juegos ganados por cada equipo, no contaba cuántos juegos debían ganar para hacerse con el premio. Cardano propuso como solución del problema que si n es el número de juegos totales y a y b los juegos ganados por cada equipo, el premio debía repartirse de la siguiente manera: [1+2+…+(n-b)]: [1+2+…(n-a)]. Esta solución es, en general, incorrecta y sólo da resultados válidos en casos particulares.

Niccolo Tartaglia (1499–1557), también intentó resolver este problema y en 1556 publicó un libro en el que descartaba la solución dada por Pacioli y daba su propio solución: si un equipo ha ganado a puntos y el otro b, se juega a n puntos y el premio total es P, las ganancias deberían repartirse de la forma: (P/2)±P[(a-b)/n] siendo la cantidad mayor para el equipo que tenga más victorias. Sin embargo, Tartaglia fue consciente de que su solución no era la correcta y en su libro dejaba claro que era buena para impartir justicia y equilibrio a un reparto, pero no era exacta desde el punto de vista matemático. Además de estos tres nombres importantes, entre los precursores de la probabilidad destacó también un hombre mucho más conocido en otros campos de las matemáticas y la física como fue Galileo Galilei, que durante su vida también resolvió problemas sobre dados, hasta tal punto que escribió un libro llamado Sobre la puntuación en tiradas de dados. Sin embargo, la mayor aportación de Galileo a los inicios de la probabilidad fue la invención de su teoría de la medida de errores. Clasificó los errores en dos tipos: “sistemáticos” y “aleatorios”, clasificación que se mantiene aún en la actualidad y estableció cuidadosamente las propiedades de los errores aleatorios. Con esto contribuyó sin saberlo a la creación de ramas fundamentales de la estadística y la probabilidad posterior.

NACIMIENTO Y EVOLUCIÓN DE LA TEORIA DE LA PROBABILIDAD

El problema del Caballero de Meré: Nacimiento de la probabilidad Cierto día del año 1654, Blaise Pascal (1623 - 1662) matemático francés, hacía un viaje en compañía de un jugador más o menos profesional conocido como el caballero de Meré, quien era una persona apasionada por todo lo relacionado con el juego de los dados y las cartas, siendo además un hombre noble e ilustrado. Este caballero creía que había encontrado una "falsedad" en los números al analizar el juego de los dados, observando que el comportamiento de los dados era diferente cuando se utilizaba un dado que cuando se empleaban dos dados. La "falsedad" partía simplemente de una comparación errónea entre las probabilidades de sacar un seis con un solo dado o de sacar un seis con dos dados. Para el caballero debía existir una relación proporcional entre el número de jugadas necesarias para conseguir el efecto deseado en uno y otro caso.

El problema estaba en que el citado caballero no tuvo en cuenta que en el segundo caso estaba analizando una probabilidad compuesta en donde las distintas probabilidades se deben calcular multiplicativamente. 
Este y otros problemas planteados por el caballero a Pascal sobre cuestiones relacionadas con diferentes juegos de azar, dieron origen a una correspondencia entre el propio Pascal y algunos de sus amigos matemáticos, sobre todo con Pierre de Fermat (1601-1665) de Toulouse, abogado de profesión, pero gran amante de las matemáticas. Esta correspondencia constituye el origen de la teoria moderna de la probabilidad. En una carta de Pascal a Fermat, en la que narraba la anécdota anteriormente mencionada, concluía que "el caballero de Meré tiene mucho talento, pero no es geómetra; ésto es, como sabéis un gran defecto" (carta del 29 de julio de 1654). Otro de los problemas famosos planteados por el caballero a Pascal fue resuelto por éste y Fermat tras el carteo de manera independiente, llegando ambos a la misma solución : En una partida de dados intervienen dos jugadores y apuestan 32 doblones de oro cada uno, eligiendo un número diferente, gana el juego el primero que obtenga tres veces el número que eligió.

Después de un rato de juego, el número elegido por el primer apostador ha salido dos veces mientras el otro jugador sólo una vez ha acertado, en este instante la partida debe suspenderse. ¿Cómo dividir los 64 doblones de oro apostados? ¿en qué proporción ha de ser compensado cada jugador?. En la correspondencia que siguió a este problema, tanto Pascal como Fermat estuvieron de acuerdo en que el primer jugador tiene derecho a 48 doblones de oro. Veamos también el último de los problemas históricos ( al ser su solución parte del inicio de la probabilidad actual) que propuso Meré y resolvieron Pascal y Fermat: El juego consistía en lanzar 24 veces un par de dados y el problema era decidir si es lo mismo apostar a favor o en contra de la aparición de por lo menos un seis doble. Solución: A= {No sacar un seis doble en una tirada de dos dados} , P(A)=35/36 P(A y A y A………24 veces….y A)= 24 ( )36/35 Este número vale 0´508596121 y por tanto la probabilidad del suceso contrario será 1- P(A y A….24 veces…y A)= 1- 0´508596121 = 0´491 5 Luego es más probable obtener una vez un seis doble en 24 tiradas que obtenerlo al menos una vez.

En cambio para 25 tiradas cambian las cosas pues. Pascal y Fermat resolvieron este problema y otros muchos y fueron los que empezaron a formalizar la teoría de las probabilidades, probando el desacuerdo con el caballero de Meré, este se debía a que era erróneo el cálculo que había efectuado, ya que se equivocó en considerar equiprobables sucesos que no lo eran, y sólo cuando los casos posibles son equiprobables tiene sentido aplicar la definición dada por Meré de probabilidad. Sin embargo, Pascal erró al intentar extender algunos de los resultados de los problemas del caballero al caso en el que hubiera tres o más jugadores. Ni Pascal ni Fermat expusieron sus resultados por escrito y fue el físico-matemático holandés Christian Huygens (1629-1695) quien en 1657 publicó un breve tratado titulado ”De Ratiocinnis in ludo aleae” (sobre los razonamientos relativos a los juegos de dados) inspirado en la correspondencia sostenida entre los dos creadores de la teoría de la probabilidad. Además Huygens extendió algunos resultados de Pascal y aclaró varios problemas para tres o más jugadores. En 1665, Pascal publicaba Tratado sobre el triángulo aritmético, la más importante contribución realizada hasta la fecha en el ámbito de la combinatoria. El libro se basa en la construcción y propiedades combinatorias del posteriormente llamado triángulo de Pascal.

Con esta construcción Pascal demostró que el valor de la k-ésima entrada de la n-ésima columna era el número combinatorio y enunció algunas propiedades importantes del triángulo como que cada elemento es la suma de todos los elementos de la columna anterior hasta la fila anterior o como que la suma de todos los elementos de la fila n-ésima. Las aportaciones de Pascal se extienden a muchos campos como el de la filosofía e incluso al de la teología, intentando argumentar la existencia de Dios en términos probabilísticas y gananciales ( probabilísticamente es mejor creer que no creer, es decir, es mejor actuar como si existiera, por si acaso existe). 6 Primeras definiciones y teoremas básicos: El primero en dar la definición clásica de probabilidad fue Jacob Bernoulli (1654– 1705), matemático suizo que trabajó en la universidad de Basilea en 1687, en su obra”Ars conjectandi” (El arte de la conjetura) que fue publicada algunos años después de la muerte del autor. En esta obra encontramos entre otras cosas la importante proposición conocida como el Teorema de Bernoulli mediante el cual la teoría de la probabilidad fue elevada por primera vez del nivel elemental de conjunto de soluciones de problemas particulares a un resultado de importancia general.
Bernoulli siempre detacó la importancia de que los fenómenos aleatorios dejaran de enfocarse como casos particulares y se intentara ver los conceptos generales que habías detrás de ellos, sólo así se avanzaría y profundizaría en el entendimiento de esta materia. Más adelante, el matemático francés exiliado en Inglaterra Abraham De Moivre (1667–1754) aceptó la definición dada por Bernoulli y la reformuló en términos más modernos para la época: «una fracción en la que el numerador es igual al número de apariciones del suceso y el denominador es igual al número total de casos en los que es suceso pueda o no pueda ocurrir. Tal fracción expresa la probabilidad de que ocurra el suceso». La definición clásica de la probabilidad, en su forma actual, está basada en el concepto de equiprobabilidad de los resultados, basado a su vez en la simetría. Se supone que un experimento se puede descomponer en n sucesos equiprobables y mutuamente excluyentes ,…., llamados sucesos básicos o ‘elementales’.

Así, la probabilidad de suceso A es el número del intervalo [0,1] que expresa el cociente entre los m sucesos elementales que componen A y el número total n de posibles sucesos elementales. La traba fundamental que encuentra esta interpretación de la probabilidad es la dificultad de descomponer un suceso en sucesos elementales equiprobables; lo que es fácil para problemas sencillos ( cartas, dados, etc…), pero es de gran dificultad en problemas más complicados. B1 Bn Además otro de los descubrimientos importantes de Bernoulli fue el saber obtener la probabilidad de ocurrencia de un suceso sin necesidad de contar los casos favorables (bien por omisión de datos o bien por la imposibilidad de contarlos). Para ello inventó la probabilidad a posteriori, es decir: “mediante la observación múltiple de los resultados de pruebas similares…” De esta manera, introdujo el concepto de probabilidad ‘estadística’: asignar como probabilidad de un suceso el resultado que se obtendría si el proceso se repitiera en condiciones similares un número grande de veces. Sin embargo, estas condiciones no eran muy concretas y con ellas no se podía dar lugar a una definición seria y rigurosa de todos los conceptos q manejaba Bernoulli. En primer lugar, se habla de un ‘número grande’ de veces, pero no se da ninguna indicación sobre cuál es ese número o lo suficientemente grande que debe ser, no se especifica tampoco que significa condiciones similares y tampoco se establece cuál es el error admitido respecto al resultado teórico.

Precisamente, fueron la necesidad de precisar con exactitud qué se entiende por un ‘número grande’ de repeticiones y de calcular el error del resultado obtenido respecto del resultado teórico, lo que llevaron a Jacob Bernoulli a idear, en su forma más intuitiva y básica, la Ley de los Grandes Números. 7 A continuación expondremos los tres teoremas más importantes de la probabilidad clásica. Estos teoremas los idearon Bernoulli (Teorema de la suma, formalizado por Bayes) , De Moivre (Teorema de la multiplicación) y Bayes (Teorema de la probabilidad condicionada), aunque todos los conceptos que se manejan en estos teoremas aparecen ya de forma implícita y muy frecuente en los diferentes trabajos de Pascal, Fermat y Huygens. -Teorema de la Suma: Pascal dio a entender implícitamente que sabía cómo calcular los casos favorables de un suceso

A si conocía los casos favorables de unos Aj disjuntos cuya unión es A (es decir, si los Aj son una partición de A). Jacob Bernoulli también fue consciente de ello, y fue más lejos al darse cuenta de que la probabilidad de la unión no es la suma de las probabilidades si los sucesos no son disjuntos, aunque no supo dar la razón. No fue ninguno de ellos quien formuló finalmente el teorema de la suma de la probabilidades, sino el reverendo inglés Thomas Bayes (1702–1761), cuyo trabajo fue leído póstumamente, en 1763. En esta obra, Bayes da la primera definición rigurosa y explícita de sucesos disjuntos y enunció la fórmula ahora conocida: P(A B) = P (A) + P(B)− P(A∩B) -Teorema de la Multiplicación: Al igual que el teorema anterior, el teorema de la multiplicación de probabilidades era conocido por casi todos los matemáticos anteriores a través de resultados particulares. No obstante, fue Abraham De Moivre el primero que lo enunció rigurosamente. De Moivre fue un hugonote francés que debido a su religión se ausentó de Francia y vivió como refugiado en Inglaterra. 

Allí publicó su obra The doctrine of chances (Doctrina de las Probabilidades) en 1711.
De Moivre presentó el importante concepto de independencia de sucesos aleatorios; así, escribió: “Diremos que dos sucesos son independientes, si el primero de ellos no tiene ninguna relación con el otro” y procedió a definir los sucesos dependientes: “Dos sucesos son dependientes si están ligados el uno al otro y la probabilidad de ocurrencia de uno de ellos influye en la probabilidad de ocurrencia del otro”. Una vez hecho esto, De Moivre lo aplicó al cálculo de probabilidades: «la probabilidad de ocurrencia de dos sucesos dependientes es igual a la probabilidad de ocurrencia de uno de ellos dividida por la probabilidad de que el otro ocurra si el primero ya ha ocurrido. Esta regla puede generalizarse para varios sucesos ». El caso de varios sucesos lo describía así: “Se necesita elegir uno de ellos como el primero, otro como el segundo, y así. Luego, la ocurrencia del primero debe considerarse independiente de todas las demás; el segundo debe considerarse con la condición de que el primero ha ocurrido: el tercero con la condición de que tanto el primero como el segundo han ocurrido, y así. De aquí, la probabilidad de las ocurrencias de todos los sucesos es igual al producto de todas las probabilidades” La obra de De Moivre contó con tres ediciones, lo que da una idea del gran interés que despertó esta materia en aquella época.
En las dos últimas ediciones de la obra el autor también da las primeras indicaciones acerca de la distribución normal de las 8 probabilidades, que más tarde desarrollaría un papel sumamente importante en el desarrollo la teoría de la probabilidad. -Teorema de Bayes: El trabajo de De Moivre fue seguido y difundido en la mayoría de los círculos científicos importantes de Europa y fue el británico Thomas Bayes, probablemente alumno de De Moivre en Londres, quien extendió el trabajo del francés y expresó la probabilidad condicional en función de la probabilidad de la intersección: P(A/B)= [P(B/A) P(A)] / P(B) Además, el teorema que lleva su nombre no es sólo suyo, ya que Bayes no estaba en condiciones de formular con probabilidades totales.


Fue Pierre–Simon Laplace (1749–1827) quien mejoró y desarrolló la mayor parte del teorema de Bayes en su Théorie analytique des probabilités (Experiencia en la Filosofía de la Teoría de la Probabilidad) en 1812. Sea A un suceso que ocurre en conjunción con uno y sólo uno de los n sucesos disjuntos . Si se sabe que el suceso A ha ocurrido, ¿cuál es la probabilidad de que el suceso también? Laplace respondió de la siguiente manera: “La probabilidad de existencia de una de esas causas es igual a una fracción con un numerador igual a la probabilidad del suceso que se sigue de esta causa y un denominador que es la suma de las probabilidades relativas a todas las posibles causas. Si estas diferentes causas a priori no son equiprobables, entonces en lugar de tomar la probabilidad del suceso que sigue a cada causa, se toma el producto de esta probabilidad por tantas veces la probabilidad de la causa”. Aparte de esta revisión importantísima del teorema de Bayes, Laplace incluye en su obra una exposición sistemática muy completa de la teoría matemática de los juegos de azar con aplicaciones a una gran variedad de cuestiones científicas y prácticas. En su libro citado anteriormente dedica una extensa introducción escrita para los lectores no matemáticos a explicar sus puntos de vista generales sobre todas las cuestiones y apreciaciones de los resultados alcanzados con la ayuda de la teoría de la probabilidad. El estudio de esta introducción es muy famoso y se recomienda a todos los interesados en la historia de la ciencia.

VIDOE DE LA HISTORIS DE LAS MATEMATICAS - PARTE 6/9


MATRICES



El origen de las matrices es muy antiguo. Los cuadrados latinos y loscuadrados mágicos se estudiaron desde hace mucho tiempo. Un cuadrado mágico, 3 por 3, se registra en laliteratura china hacia el 650 a. C.
Es larga la historia del uso de las matrices para resolver ecuaciones lineales. Un importante texto matemático chino que proviene del año300 a. C. a 200 a. C., Nueve capítulos sobre el Arte de las matemáticas (Jiu Zhang Suan Shu), es el primer ejemplo conocido de uso del método de matrices para resolver un sistema de ecuaciones simultáneas.En el capítulo séptimo, "Ni mucho ni poco", el concepto de determinante apareció por primera vez, dos mil años antes de su publicación por el matemático japonés Seki Kōwa en 1683 y el matemático alemán Gottfried Leibniz en 1693.
Los "cuadrados mágicos" eran conocidos por los matemáticos árabes, posiblemente desde comienzos del siglo VII, quienes a su vez pudieron tomarlos de los matemáticos y astrónomos de la India, junto con otros aspectos de las matemáticas combinatorias. Todo esto sugiere que la idea provino de China. Los primeros "cuadrados mágicos" de orden 5 y 6 aparecieron en Bagdad en el 983, en la Enciclopedia de la Hermandad de Pureza (Rasa'il Ihkwan al-Safa).


Después del desarrollo de la teoría de determinantes por Seki Kowa y Leibniz para facilitar la resolución de ecuaciones lineales, a finales del siglo XVII, Cramer presentó en 1750 la ahora denominada regla de Cramer. Carl Friedrich Gauss yWilhelm Jordan desarrollaron la eliminación de Gauss-Jordan en el siglo XIX.
Fue James Joseph Sylvester quien utilizó por primera vez el término « matriz » en 1848/1850.
En 1853, Hamilton hizo algunos aportes a la teoría de matrices. Cayley introdujo en 1858 la notación matricial, como forma abreviada de escribir un sistema de m ecuaciones lineales con n incógnitas.
Cayley, Hamilton, Hermann Grassmann, Frobenius, Olga Taussky-Todd y John von Neumann cuentan entre los matemáticos famosos que trabajaron sobre la teoría de las matrices. En 1925, Werner Heisenberg redescubre el cálculo matricial fundando una primera formulación de lo que iba a pasar a ser la mecánica cuántica. Se le considera a este respecto como uno de los padres de la mecánica cuántica.



VIDEO DE LA HISTORIA DE LAS MATEMATICAS - PARTE 5/9


NACIMIENTO DEL ALGEBRA MODERMA



Actualmente se debe, en buena medida a René Descartes (1596-1650), quien la introdujo en La Géométrie, uno de los tres apéndices con los cuales ejemplifica su método “para bien conducir la razón y buscar la verdad en las ciencias” que expone en su famoso tratado Discours de la Méthode, publicado en 1637.                                                                                                                         
La Géométrie se divide en tres partes y en ella Descartes presenta lo que hoy conocemos como geometría analítica; además, se formaliza la teoría de ecuaciones y se establecen muchos de los símbolos y de la terminología del álgebra actual. Este trabajo influyó profundamente en el desarrollo del álgebra pues con el método de Descartes las curvas podían ser estudiadas a través de sus ecuaciones y las ecuaciones a través de sus curvas.
En palabras del propio Descartes: “Cualquier problema en geometría puede ser reducido fácilmente a tales términos que un conocimiento de las longitudes de ciertas líneas rectas es suficiente para su construcción” (citado en [16, p. 78]). Al denotar las líneas por medio de símbolos algebraicos y sujetarlas a operaciones geométricas que involucraban construcciones con regla y compás que correspondían a las cinco operaciones aritméticas básicas, i.e. suma, resta, multiplicación, división y extracción de raíces cuadradas, abrió un camino en el cual el álgebra jugaba un papel muy importante y lo llevó a introducir una nueva notación: “por a 2 , b 3 , y expresiones similares, yo ordinariamente hago referencia a simples líneas, a las cuales, sin embargo, llamo cuadrados, cubos, etc., de tal manera que pueda hacer uso de los términos empleados en el álgebra” (citado en [16, p.79]).   

Este nuevo simbolismo algebraico de Descartes usa las primeras letras del alfabeto para denotar las cantidades conocidas y las últimas letras se usan para denotar las incógnitas; también se dispone de una notación más compacta: x, x 2 , x 3 , etcétera, y define los conceptos de ecuación y de raíz (de una ecuación), que fueron aceptados casi de inmediato por los matemáticos de su tiempo.
Para Descartes era claro, y él así lo escribe, que si a es una raíz de una ecuación polinomial, entonces x - a es un factor de la ecuación; también establece la regla de los signos por medio de la cual podemos estimar el máximo número de raíces reales de una ecuación de acuerdo con los cambios de signo de los coeficientes de ésta y Descartes ilustra la regla con varios ejemplos. Sin embargo, va mucho más allá al afirmar que “Toda ecuación puede tener tantas raíces distintas como el número de dimensiones de la incógnita de la ecuación” (citado en [16, p. 82]), lo que sería para nosotros una primera aproximación al Teorema Fundamental del Álgebra.                           

Para ejemplificar lo anterior, Descartes considera las raíces x = 2, x = 3 y x = 4 y muestra que al multiplicar las ecuaciones x – 2 = 0, x – 3 = 0 y x – 4 = 0 se obtiene 9 26 24 0 3 2 x x x , una ecuación en la que la dimensión de la incógnita es 3 y tiene tres raíces.
Si bien Descartes acepta y trabaja con raíces negativas, a las que llama falsas, al parecer se siente más cómodo usando sólo raíces positivas; con respecto a las raíces complejas, éstas también son aceptadas por él pues en el libro III de La Géométrie hace una afirmación más fuerte que la citada anteriormente, la cual lo acerca más al Teorema Fundamental del Álgebra: Un polinomio de grado n tiene n raíces, sean estas positivas, falsas reales o complejas. En palabras del propio Descartes: "Ni las verdaderas raíces ni las falsas son siempre reales; algunas veces son solamente imaginarias; esto es, mientras que siempre podemos concebir tantas raíces para cada ecuación de la forma como ya las he asignado, no siempre existe una cantidad definida que corresponda a cada raíz así concebida. De esta manera, si bien podemos concebir que la ecuación 6 13 10 0 3 2 x x x tiene tres raíces, solamente existe una raíz real, 2, mientras que las otras dos, de cualquier manera que las incrementemos, disminuyamos, o las multipliquemos de acuerdo con las reglas ya expresadas, permanecen imaginarias"                                                                                                                             

 Así, esas raíces que no corresponden a cantidades son sólo producto de la imaginación y Descartes las llama imaginarias; su reconocimiento de éstas va más allá de lo aceptado por sus colegas matemáticos y, de cierta manera, legitima su uso. Otro matemático francés a quien también se le atribuye la invención de la geometría analítica casi simultáneamente que Descartes, aunque de manera independiente, fue Pierre Fermat (1601-1665). Sus muchas contribuciones las podemos situar en varias ramas de las matemáticas tales como la teoría de números, el análisis diofantino, la probabilidad y el cálculo, entre las más significativas.
De hecho, en varias de estos campos fue pionero y dejó una huella perdurable hasta nuestros días. A Fermat le debemos el uso de las llamadas coordenadas cartesianas pues fue quien las introdujo en su exposición del método de la geometría analítica, mismo que desarrolló en su escrito Ad Locos Planos et Solidos Isagoge3 , el cual data de 1643 pues en ese año Fermat se lo envió a Pierre de Carcavi con quien mantenía correspondencia.                                                                              
Sabemos por varias fuentes que mucho del material expuesto en esta obra es bastante familiar para Fermat desde al menos 1629, y para 1636 ya había descubierto el principio fundamental de la geometría analítica pues, en sus propias palabras: “Siempre que en una ecuación final estén presentes dos cantidades desconocidas, tenemos un lugar geométrico, uno de cuyos 3 Introducción a los lugares [geométricos] planos y sólidos.



Extremos describe una línea, recta o curva” Sin embargo, es hasta después de su muerte que por primera vez se publican muchas de sus investigaciones en su “Varia Opera”, la cual salió a la luz en 1679. En su Introducción Fermat sigue la notación de Vieta y, por ejemplo, la ecuación de un círculo la escribe como Bq. + Aq. = Eq. (A y B son incógnitas, E es una constante y q es por quadratum). Además, clasifica las secciones cónicas de acuerdo a su ecuación y muestra que toda ecuación cuadrática en dos incógnitas representa una línea recta o una cónica. Por otra parte, podemos decir que Fermat es el fundador de la teoría moderna de los números y obtuvo una gran cantidad de resultados en este campo.                                                                                                        

No dio demostración alguna de muchos de sus “teoremas”, la mayoría de los cuales han probado ser correctos pues varios matemáticos de las generaciones posteriores a la suya se encargaron de establecer las demostraciones. La más famosa de esas afirmaciones es sin duda el llamado Último Teorema de Fermat que establece que no existen números enteros x, y, z que satisfagan la ecuación n n n x y z para n 3, de la cual Fermat afirmaba tener una demostración "verdaderamente bella". Este teorema sólo se pudo probar hasta hace poco tiempo, en la última década del siglo XX por Andrew Wiles, del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. Las matemáticas desarrolladas para lograr esta proeza han dejado una profunda huella en el álgebra contemporánea, en la teoría algebraica de números y en la geometría algebraica. A propósito, se le llama “último teorema” no porque haya sido el último enunciado por Fermat sino porque fue el último en ser demostrado.
Mientras en la Europa continental tenían lugar todas esas novedosas ideas, en Inglaterra, un discípulo de Oughtred, John Wallis (1616-1703), llegaría a ser reconocido como uno de los mejores matemáticos del continente. En 1648 estudió a Descartes y se replanteó el trabajo de éste con respecto a la ecuación bicuadrática; Wallis le dio un nuevo enfoque al factorizarla por medio de dos ecuaciones cuadráticas.                                                                                                                        
Para el año de 1656 se publica su libro Operum Mathematicorum Pars Altera4 el cual consta de dos partes siendo una de ellas el Tractatus de Sectionibus Conicis5 . Este tratado es el primer texto sobre las cónicas desde un punto de vista Cartesiano y aparte de éstas, se estudian curvas planas tales como la parábola cúbica 2 3 a y x y la parábola semicúbica 2 3 ay x , la cual jugó un importante papel en el desarrollo posterior del cálculo infinitesimal. Pero el trabajo que más fama le trajo a Wallis fue su Aritmética Infinitorum6 , que se publicó en 1655; esta obra ejercería una influencia decisiva en el trabajo de Newton sobre el cálculo infinitesimal.
En 1659 Wallis publica Tractatus Duo en el cual se presentaban sus investigaciones sobre algunas curvas tales como la cicloide, la cisoide y también sobre otras figuras geométricas. 4 Obra Matemática Selecta. 5 Tratado de Secciones Cónicas. 6 Aritmética del Infinito. APUNTES DE HISTORIA DE LAS MATEMÁTICAS VOL. 2, NO. 2, MAYO 2003 45 Otro texto de Wallis de título Treatise of Algebra, Both Historical and Practical se publicó en 1685 y su autor adopta una posición un tanto chauvinista pues acusa injustamente a Descartes de que gran parte de su trabajo lo tomó de la Praxis de Harriot y trata de hacer ver que el álgebra simbólica de Vieta ya estaba presente en la matemática griega. Mención especial debemos hacer de Isaac Newton (1642-1727) de quien se dice ha sido uno de los más grandes científicos de la historia de la humanidad. 

Su trabajo más conocido y admirado es Philosophiae Naturalis Principia Mathematica7 (1687) en el que establece las leyes del movimiento de los cuerpos y las leyes de la gravitación universal sobre bases geométricas; también hizo contribuciones fundamentales en óptica y por eso la idea que se tiene de él es la de un físico-matemático. Sin embargo, su contribución a las “matemáticas puras” y en particular al desarrollo del álgebra, son suficientes para asegurarle un lugar junto a los más grandes matemáticos de todos los tiempos.
Se sabe con certeza que el período de 1664 a 1667 fue determinante en la vida de Newton pues muchas de sus más revolucionarias ideas las desarrolló en esa época. Antes de esos años sus lecturas habían sido mayormente sobre filosofía aristotélica, lo común en las universidades europeas de ese tiempo; sin embargo, aprendió muy bien el estilo de razonamiento lógico usado por Aristóteles en su complicado sistema filosófico. En 1664 sus lecturas fueron más allá de las que ofrecía el currículum tradicional y se abrió a las ideas cartesianas. Si bien Newton ya había leído a Euclides cuando estudiante, sus conocimientos de geometría no eran particularmente profundos y, aunque parezca contradictorio, su interés por la astrología lo llevó a estudiar trigonometría en 1663.

Al no entender varias demostraciones de su texto de trigonometría por falta de bases geométricas firmes, vuelve de nuevo al estudio de la geometría euclidiana aunque sus lecturas fueron bastante superficiales ya que sólo leía los enunciados de los teoremas pues las demostraciones le parecían muy sencillas, opinión que cambió al llegar al llamado Teorema de Pitágoras. Esto hizo que releyera a Euclides con mayor atención de principio a fin. 

Después leyó la Clave de Oughtred y tuvo algunas dificultades para entenderlo por completo. Cambió entonces su lectura a la Geometría de Descartes en la edición latina que de esta obra había realizado Frans van Schooten la cual se publicó en 1649; uno de los grandes méritos del trabajo de Schooten fue que esta edición estaba ampliamente comentada y presentaba explicaciones muy valiosas del trabajo de Descartes. Después de varias relecturas entendió a Descartes mejor que a Euclides por lo que leyó de nuevo a éste último y, por segunda vez, a Descartes. Luego vinieron las lecturas de Arithmetica Infinitorum de Wallis; Euclides Elementorum de Isaac Barrow, quien también fue su maestro; la Opera Mathematica de Vieta; también es muy posible que haya leído el Tractatus Duo de Wallis.