Aritmética Lunar (I)

Marc LeBrun introdujo la llamada Aritmética Lunar, antes conocida como Aritmética `triste' (`Dismal' Arithmetic). En esta Aritmética sólo se puede sumar y multiplicar. 

La regla para sumar dos dígitos es: $$a+b=max(a,b)$$ La regla para multiplicar dos dígitos es: $$a \times b=min(a,b)$$ A continuación se muestra el resultado de un par de sumas y multiplicaciones:

El resultado de los cuadrados de los primeros números es:

Se sabe que un número primo es aquel que sólo puede obtenerse como producto de sí mismo por el elemento unidad (el uno). Pero en esta aritmética el elemento unidad es el nueve. En las multiplicaciones siguientes se observa que ni el 1 ni el 7 pueden ser el elemento unidad. Sin embargo se ve que cualquier número multiplicado por el 9 da de resultado ese número.

A continuación se muestran los primeros números primos:

Vamos a probar que el número 109 es primo. Supongamos que no lo es, entonces deberá expresarse como producto de dos números ab y cd. El dígito a (o el c) debe valer 1 para poder conseguir que el producto empiece por 1. Además los dígitos b y d deben valer 9 para que el producto termine en 9. Al terminar la multiplicación se observa que c debería valer 0, pero eso obliga a que el producto no empiece por 1. Por contradicción se concluye que el número 109 es primo.

 

Existen infinitos números primos en la Aritmética Lunar. Para saber más cosas de los primos lunares en La Enciclopedia de Secuencias de Enteros.

Karen Uhlenbeck, Premio Abel 2019

La estadounidense Karen Uhlenbeck, de 76 años, se convirtió el martes pasado, Día Internacional de la Mujer, en la primera mujer en ganar el premio Abel de Matemáticas, un galardón que otorga la Academia Noruega de Ciencias y Letras, creado en 2002 con el objetivo de compensar la ausencia de un Nobel en esta rama de la ciencia. Ha sido un espaldarazo para la ciencia en general y en particular para las miles de mujeres que investigan sobre distintos aspectos de la realidad.

“Karen Uhlenbeck recibe el Premio Abel 2019 por su trabajo fundamental sobre análisis geométrico y teoría gauge, que ha transformado drásticamente el paisaje matemático”, indicó en un comunicado el presidente del comité Abel, Hans Munthe-Kaas. “Sus teorías han revolucionado nuestro modo de entender las superficies mínimas, como la formada por las burbujas de jabón, y los problemas de minimización generales en dimensiones más altas”, añadió la institución noruega en el escrito.

Su trabajo ha sido descrito como uno de los más importantes en Matemáticas del siglo XX. “Soy matemática. Los matemáticos hacen una investigación exótica, por lo que es difícil describir exactamente lo que hago en términos sencillos. Trabajo con ecuaciones diferenciales parciales que originalmente se derivaron de la necesidad de describir cosas como el electromagnetismo, pero han sufrido un siglo de cambios en el que se utilizan de una manera mucho más técnica para observar las formas del espacio”, explicó ella misma en su autobiografía.

Sus compañeros y compañeras no sólo destacan su capacidad, sino que la definen como una fuente de inspiración. “Es una maestra inspiradora y una mentora dedicada a miles de estudiantes, motivándolos a alcanzar grandes alturas en sus vidas académicas y profesionales. El Premio Abel es el honor más alto en Matemáticas, y es uno de los que la profesora Uhlenbeck se merece”, comentó el presidente de la Academia Noruega de Ciencias y Letras, Gregory L. Fenves.

La laureada dama es profesora emérita en la Universidad de Texas en Austin. También es docente de investigación invitada en la Universidad de Princeton y profesora asociada del Instituto de Estudios Avanzados (Institute for Advanced Study, IAS), de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos.

Para Paul Goldbart, decano de la Facultad de Ciencias Naturales y profesor de Física en la Universidad de Texas en Austin, la “revolución” causada por los avances de la científica se dio “en la intersección de las Matemáticas y la Física”. Y añadió: “Sus ideas pioneras tienen aplicaciones en una variedad de temas fascinantes, desde la teoría de cuerdas, que pueden ayudar a explicar la naturaleza de la realidad, a la geometría del espacio-tiempo”.

Nacida en Cleveland (Ohio), “desarrolló técnicas y métodos de análisis global que están actualmente en la caja de herramientas de todo geómetra y analista”, indicó la Academia Noruega de Ciencias y Letras. Graduada en la Universidad de Michigan, se doctoró en la de Brandeis, pero fue en la de Chicago, en la década de 1980, donde se convirtió en un referente internacional. En 1983 recibió una beca MacArthur. En 1986 la eligieron para integrar la Academia Nacional de Ciencias de EEUU, y en 2000 se hizo acreedora a la Medalla Nacional de la Ciencia. En 2007 recibió el Premio Steele por una contribución seminal a la investigación de la American Mathematical Society.

Sus intereses matemáticos incluyen las ecuaciones en derivadas parciales no lineales, las teorías gauge, topológica cuántica de campos y de Morse, e inició el tratamiento analítico de la geometría diferencial. Yau y Karen Uhlenbeck probaron la existencia y unicidad de métricas Hermiticas–Einstein (o equivalentemente conexiones Yang–Mills Hermíticas) para fibrados estables sobre variedades Kähler compactas, extendiendo un resultado de Donaldson para superficies algebraicas proyectivas, y de M.S. Narasimhan y C.S. Seshadri para curvas algebraicas. Los resultados y los métodos utilizados en ese artículo han sido muy influyentes en geometría algebraica y teoría de curvas. Este resultado se denomina ahora Teorema de Donaldson–Uhlenbeck–Yau.

El nombre de pila de la laureada es Karen Keskulla, pero adoptó el apellido de su primer marido, el bioquímico estadounidense Olke Uhlenbeck, del que después de divorció. Su relación le dejó huellas que ella recuerda en sus testimonios. “Los padres de mi primer marido eran viejos intelectuales europeos y mi suegro era un físico famoso -el holandés George Uhlenbeck-. Fueron muy influyentes para mí. Tenían una actitud ante la vida diferente de la de los estadounidenses. Recuerdo a mi suegra leyendo a Proust en francés y dándome la versión en inglés”, ha escrito la investigadora: “Mis suegros valoraban el mundo intelectual de una manera que mis padres no hacían: mis padres valoraban las cosas intelectuales, pero creían que ganar dinero era más importante”.

También es una activista en favor de la igualdad de sexos en las ciencias y las matemáticas. Ella misma contó las dificultades que tuvo de joven para avanzar en el mundo de las matemáticas. “Cuando buscaba trabajo me dijeron que las personas no contrataban mujeres. Que debía ir a casa y tener bebés. Así que los lugares interesados en mi esposo - el biofísico Olke C. Uhlenbeck, del que luego se separó-, no estaban interesados en contratarme. Recuerdo que me dijeron que había reglas del nepotismo y que no podían contratarme por este motivo”.

Esta distinción, que lleva el nombre del matemático noruego Niels Henrik Abel, quien murió prematuramente a los 27 años en 1829, cuenta con un premio de 6 millones de coronas (620.000 euros o 703.517 dólares) y es uno de las más prestigiosas condecoraciones en el mundo en Matemáticas junto a la medalla Fields, que se otorga cada cuatro años. Este galardón, que se había entregado a 19 hombres hasta ahora, es considerado el “Nobel” de las Matemáticas.

Décadas después de aquellos rechazos, la norteamericana se ha convertido en la primera mujer que recibe el premio Abel, creado en 2002 por el gobierno noruego con el objetivo de compensar la ausencia de un Nobel de Matemáticas. El rey de Noruega, Harald V, realizará la entrega del galardón el 21 de mayo, en una ceremonia a realizarse en la ciudad de Oslo.

Los círculos gemelos del arbelos (II)

En Septiembre de 2014, Floor van Lamoen publicó su descubrimiento de un par de gemelos arquimedianos (círculos iguales construidos en un arbelos).

Sea el arbelos con un semicírculo de diámetro AB, mientras el punto C, móvil en AB, define dos semicírculos más pequeños de centros O1 y O2 en AC y CB respectivamente. Se trazan las perpendiculares a AB desde O1 y O2 que intersectan con el semícírculo mayor en D y E respectivamente. Los segmentos DA y DC intersectan con el semicírculo de centro O1 en F y G, respectivamente. Este segmento es el diámetro de un círculo arquimediano. De forma análoga se obtiene el segmento HK al intersectar EC y EB con el semicírculo de centro O2. Pues bien, este nuevo círculo arquimediano es 'gemelo' del obtenido anteriormente.

Se pueden mover los puntos A y B para modificar el segmento AB. Así mismo, al desplazar sobre ese segmento el punto C, se comprueba la igualdad de los círculos del arbelos. Desactivando el botón 'construcción' el arbelos toma el aspecto de un buho. Se puede observar la construcción 'paso a paso'.

Los círculos gemelos del arbelos (I)

En un arbelos hay dos círculos 'gemelos' que son tangentes al semicírculo mayor, a un semicírculo menor y al segmento vertical que divide al semicírculo mayor y es tangente a los semicírculos menores.

Sea el arbelos, construido sobre el segmento AB, de medidas:

$$ AB=1 \wedge AC=r, \rightarrow BC=1-r$$

Los radios de los círculos gemelos miden: $$ R=\frac{1}{2}r(1-r)$$

Observando la figura y aplicando el teorema de Pitágoras en los triángulos DFG y HEK se obtiene: $$DG=\frac{1}{2}r+R   \wedge  DF=\frac{1}{2}r-R \rightarrow GF=\sqrt{2rR}$$ $$KE=\frac{1}{2}(1-r)+R \wedge  HE=\frac{1}{2}(1-r)-R \rightarrow KH=\sqrt{2(1-r)R}$$

El punto G, centro de un círculo gemelo, tiene de coordenadas:

$$x_1=r-R=\frac{1}{2}r(1+r) \wedge y_1=\sqrt{2rR}=r\sqrt{1-r}$$

El punto K, centro del otro círculo gemelo, tiene de coordenadas:

$$x_2=r+R=\frac{1}{2}r(3-r) \wedge y_2=\sqrt{2(1-r)R}=(1-r)\sqrt{r}$$

Se pueden mover los puntos A y B para modificar el segmento AB. Así mismo, al desplazar sobre ese segmento el punto C, se comprueba la igualdad de los círculos del arbelos. Se puede observar la construcción 'paso a paso'.

Algoritmo de Moessner

El algoritmo, propuesto por el matemático Alfred Moessner en 1951 (aunque el resultado sería demostrado por Oskar Perrone al año siguiente), permite obtener las sucesiones de potencias de números naturales (como por ejemplo, la sucesión de los cuadrados, 1, 4, 9, 16, 25,…) a partir de la sencilla sucesión de los números naturales (1, 2, 3, 4, 5,...). Este método, de gran belleza, aparece en el libro The book of numbers de los matemáticos John H. Conway y Richard K. Guy.

En la serie de los números naturales eliminamos los múltiplos de 2 (dejamos un número y eliminamos el siguiente), y con los números resultantes se hacen las sumas acumulativas, obteniendo los cuadrados de los números naturales.

Ahora eliminamos los múltiplos de 3 (dejamos dos números y eliminamos el siguiente). Con los números resultantes dejamos uno y eliminamos el siguiente. Finalmente, con los números resultantes se hacen las sumas acumulativas, obteniendo los cubos de los números naturales.

Ahora eliminamos los múltiplos de 4 (dejamos tres números y eliminamos el siguiente). Con los números resultantes dejamos dos y eliminamos el siguiente.Con los números resultantes dejamos uno y eliminamos el siguiente. Finalmente, con los números resultantes se hacen las sumas acumulativas, obteniendo las cuartas potencias de los números naturales. Y así sucesivamente...

Sin embargo, este tipo de construcción se puede aplicar a situaciones más generales aún. Por ejemplo, ¿qué ocurriría, en la construcción de Moessner, si en lugar de mantener fija la distancia entre los números eliminados, se fuese incrementando dicha distancia. Un primer caso podría ser que se incremente en una posición la distancia anterior entre los números eliminados. En este caso obtendríamos los factoriales de los números naturales.