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lunes, 27 de octubre de 2014

miércoles, 22 de octubre de 2014

Conversión de Kilómetros a Millas y viceversa

Fibonacci, la representación de Zeckendorf y la conversión entre kilómetros y millas

La sucesión de Fibonacci, llamada así por el matemático italiano Leonardo de Pisa, Fibonacci (que la presentó en su obra Liber Abaci), es posiblemente una de las sucesiones numéricas más conocidas por los matemáticos y los no matemáticos. Y no es para menos, dada la gran cantidad de propiedades interesantes que posee y la manía que tiene de aparecer en los lugares más insospechados, además de por su relación con \phi, el número áureo. Pero es posible que un objeto matemático como éste nunca sea totalmente conocido, siempre esconda algo. Hoy vamos a hablar de una interesante propiedad de esta sucesión que es poco conocida y que está relacionada con representaciones de números enteros positivos.

Sabemos que todo entero positivo puede representarse de forma única como suma de potencias de 2. De hecho es en esta propiedad en la que se basa el sistema de numeración binario, en el que cada número entero positivo se representa de una única forma con una sucesión de ceros y unos, correspondiendo un 1 a cada potencia de 2 que aparece en la representación y un 0 a cada potencia de 2 que no aparece. Por ejemplo, el 46 se representa de forma única como suma de potencias de 2 de la forma
46=32+8+4+2=2^5+2^3+2^2+2^1,
por lo que 46 en binario es:
46=101110_{(2}.
Edouard Zeckendorf¿Qué tiene que ver esto de las representaciones de números enteros con los números de Fibonacci? Para responder a esta pregunta primero tenemos que introducir en esta historia al médico y matemático belga Edouard Zeckendorf, que además fue miembro del ejército belga y prisionero de guerra de 1940 a 1945. Él fue quien demostró el siguiente resultado, conocido como teorema de Zeckendorf:
Teorema de Zeckendorf:
Todo número entero positivo puede representarse de forma única como suma de números de Fibonacci (esto es, elementos de la sucesión de Fibonacci) distintos, de tal forma que dicha representación no contiene dos números de Fibonacci consecutivos.
Esta representación se denomina representación de Zeckendorf del número entero positivo en cuestión.
Vamos, que podríamos representar cada número entero positivo de una forma parecida a como lo hacemos con las potencias de 2 pero con números de la sucesión de Fibonacci, que, por cierto, no está de más recordar
F_n=\begin{cases} 1 & \mbox{si } n=0 \\ 1 & \mbox{si } n=1 \\ F_{n-1}+F_{n-2} & \mbox{si } n \geq 2 \end{cases},
asignando un 1 a una posición si el número de Fibonacci correspondiente aparece en la representación (como F_0=F_1=1, para evitar problemas nos quedamos uno de ellos nada más, F_1, para las representaciones) y un 0 a una posición si el número de Fibonacci correspondiente no está en ella. En el ejemplo que aparece un poco más adelante se verá más claro todo eso.
Zeckendorf publicó su resultado en The Fibonacci Quarterly en 1972, aunque al parecer lo conocía desde 1939. Puede accederse gratuitamente a su artículo en A generalized fibonacci numeration (aquí podéis ver las correcciones de algunas erratas que contenía dicho artículo).
¿Cómo encontramos la representación de Zeckendorf de un número entero positivo n? Pues, a priori es muy sencillo:
Tomamos el número de Fibonacci más grande de entre los que son menores que n y se lo restamos a n. Si queda cero es que el propio n era un número de Fibonacci, y si no es así repetimos el proceso las veces que sea necesario hasta que una de las restas dé cero.
Vamos a hacerlo también con el 46, del que hace un rato calculamos la expresión en binario:
  • Como 46 no está en la sucesión de Fibonacci, su representación de Zeckendorf no es él mismo. Tomamos el número de Fibonacci más grande que sea menor que 46, que es el34, que por tanto estará en la representación.
  • Restamos: 46-34=12. Como 12 no es un número de Fibonacci buscamos el mayor elemento de la sucesión que sea menor que él, que es el 8. Entonces este 8 también estará en la representación.
  • Restamos: 12-8=4. Como 4 no está en la sucesión, buscamos el mayor número de Fibonacci que sea menor que él, que es el 3, que por tanto también estará en la representación.
  • Restamos: 4-3=1, que sí es un número de Fibonacci, por lo que también hay que tomarlo.
  • La representación queda como sigue:


    46=34+8+3+1=10010101_{(F}
Cuanto menos curioso.
Esta representación de Zeckendorf también puede servir para definir una operación poco conocida: la denominada multiplicación de Fibonacci. Se define de la siguiente forma:
Dados dos números enteros positivos a, b cuyas representaciones de Zeckendorf son las siguientes:
a=\displaystyle{\sum_{i=0}^k F_{c_i}} \quad b=\displaystyle{\sum_{j=0}^l F_{d_j}}
con c_i, d_j \geq 1, definimos la multiplicación de Fibonacci de a y b, que denotaremos a \circ b, así:
a \circ b= \displaystyle{\sum_{i=0}^k \sum_{j=0}^l F_{c_i+d_j}}
Veamos un ejemplo. Vamos a hacer la multiplicación de Fibonacci de 7 y 14, esto es, 7 \circ 14. Para ello, calculamos las representaciones de Zeckendorf de cada uno de ellos:
7=5+2=F_4+F_2 y 14=13+1=F_6+F_1
Entonces:
\begin{matrix} 7 \circ 14=F_{1+2}+F_{1+4}+F_{6+2}+F_{6+4}= \\ =F_3+F_5+F_8+F_{10}= 3+8+34+89=134 \end{matrix}
Es fácil comprobar que esta operación es conmutativa (reordenando las sumas). Lo que es sorprendente es que también sea asociativa, hecho que probó Donald Knuth (parece que este señor tiene que estar siempre relacionado con cosas raras, como la notación de Knuth).
Y también podemos extender la sucesión de Fibonacci a índices negativos, consiguiendo así una forma de representar todo número entero (sea positivo y negativo) de forma única. Echadle un ojo a los trabajos de Zeckendorf y a los enlaces y podréis encontrar más información.
Para terminar, vamos a ver una manera de pasar de kilómetros a millas, y viceversa, usando esta representación. La clave está en el hecho de que la sucesión de los cocientes de cada número de Fibonacci entre el justo anterior converge al número áureo \phi=(1+\sqrt{5})/2 \approx 1,618 y que una milla son aproximadamente 1,609 kilómetros.
¿Cómo podemos usar esto para nuestro objetivo? Muy sencillo. Supongamos que queremos expresar 72 millas en kilómetros. Lo que tenemos que hacer es encontrar la representación de Zeckendorf de 72 y después sustituir cada número de Fibonacci que aparezca en ella por el inmediatamente superior. La representación de Zeckendorf de 72 es
72=55+13+3+1
Según lo anterior, esto nos dice que 72 millas serán, aproximadamente
89+21+5+2=117 kilómetros.
Si queremos pasar de kilómetros a millas hacemos lo mismo, pero en este caso sustituimos cada número de Fibonacci por el anterior.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

martes, 21 de octubre de 2014

RUSALKA


                                                 ANTONI   DVÖRAK

 

viernes, 17 de octubre de 2014

NO NUMERABILIDAD DE LOS NÚMEROS TRASCENDENTES

 
- Un número real \alpha es un número algebraico si existe algún polinomio de grado finito cuyos coeficientes sean todos números enteros
p(n)=a_nx^n+ \ldots+ a_1x+a_0    que tenga a \alpha como raíz (es decir, tal que p(\alpha)=0).

Propiedades del conjunto de los números algebraicos

  1. El conjunto de los números algebraicos es numerable, i.e. puede establecerse una biyección con el conjunto de los números naturales.
  2. La suma, la diferencia, el producto o el cociente de dos números algebraicos resulta ser algebraico, y por lo tanto los números algebraicos constituyen un un grupo aditivo, un anillo y un cuerpo matemático. De modo si s y t son números algebraicos lo son también s + t y st; para s existe el número algebraico -s tal que s + (-s) = 0; para s ≠ o existe s' tal que ss' = 1. 0 es la identidad aditiva, 1 la identidad multiplicativa.4 El teorema fundamental del álgebra asegura que toda ecuación polinómica, con coeficientes enteros, tiene solución en ℂ, tiene tantas raíces como indica el grado, tomando en cuenta que algunas raíces pueden repetirse,5 no se dice el formato del número algebraico, de hecho calculables por procedimiento de análisis numérico.6
  3. Como consecuencia de lo anterior, todos los números que pueden escribirse a partir de los racionales empleando solamente las operaciones aritméticas +, -, *, /, potencias y raíces son algebraicos. Sin embargo, existen números algebraicos que no pueden, en todos los casos, escribirse de esta forma, y son todos de grado >5. Ésta es una consecuencia de la Teoría de Galois.
  4. Puede demostrarse que si los coeficientes ai son números algebraicos cualesquiera, la solución de la ecuación volverá a ser un número algebraico. En otras palabras, el cuerpo de los números algebraicos es algebraicamente cerrado. De hecho, los números algebraicos son el cuerpo algebraicamente cerrado más pequeño que contiene los racionales (su clausura algebraica).
El conjunto de los números algebraicos, a veces denotado como \scriptstyle \mathbb{A}, forma un cuerpo con la adición y multiplicación heredadas de los complejos \scriptstyle \mathbb{C}. A diferencia de los números complejos los números algebraicos son un conjunto numerable.7 y por tanto su cardinal es alef 0). Esto es una consecuencia de que el conjunto de polinomios con coeficientes enteros es numerable.
 - Un número real \beta es un número trascendente si no es algebraico (es decir, si no existe ningún polinomio con las características descritas antes que lo tenga como raíz).

Todo número real puede clasificarse como algebraico (si existe tal polinomio) o trascendente (si no existe dicho polinomio). Por tanto, el conjunto \mathbb{R} de los números reales puede expresarse como la unión del conjunto \mathbb{A} de los números algebraicos y el conjunto \mathbb{T}=\mathbb{R} \backslash \mathbb{A} de los números trascendentes.

La demostración habitual de la no numerabilidad de los números trascendentes parte del conocido hecho de que los números reales forma un conjunto no numerable. Teniendo en cuenta esto, si se demuestra que el conjunto de los números algebraicos sí es numerable y de ahí se deduce que el de los trascendentes (el resto de número reales) no puede serlo, con lo que la demostración está terminada.
 
 
 
 
 
 
 

jueves, 16 de octubre de 2014

NÚMEROS TRASCENDENTES

Lista con los 15 números trascendentes más famosos. Para algunos no existe demostración, pero se cree con gran firmeza que lo son:
 
Los números de Feigenbaum (no demostrado):
\begin{matrix} \delta = 4.66920160910299067185320382 \ldots \\ \alpha = 2.502907875095892822283902873218 \ldots \end{matrix}