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Biografías de matemáticos ilustres

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Historia de las matemáticas/Biografías de matemáticos ilustres
Autor:José Manuel González Rodríguez (Universidad de La Laguna)
Matemático, Físico, Astrónomo y Astrólogo italiano, a quien se debe la popularización y generalización del Método Científico, basado en la experimentación y la confrontación inductiva deductiva. Galileo Galilei: Tenacidad y Pasión (Pisa, 1564; Arcetri, Florencia, 1642) "La Naturaleza y la Biblia derivan de Dios, y es absurdo querer contradecir la Naturaleza que es la expresión directa de la voluntad divina sobre la base de la interpretación humana de las Sagradas Escrituras. Por el contrario, se debe aprender a leer e interpretar las escrituras a través de la Naturaleza". El párrafo anterior, parte del alegato que pronunciara Galileo ante el tribunal de la inquisición en 1633, ilustra a la perfección la dicotomía que gobernó toda su creación científica, en contraposición con sus creencias católicas y los azarosos avatares que jalonaron su vida particular. Hijo de Vicenzo Galilei, reconocido músico, que renovara en buena medida la escritura musical de la época, y de Guilia Ammanmati, nacida en Pescia; Galileo fue el mayor de siete hermanos, y, desde temprana edad hubo de enfrentar la dureza de una formación rigurosa, en no pocas ocasiones alejado de sus familiares. Así, con ocho años, sus padres se trasladan a Florencia, mientras Galileo permanece en Pisa al cuidado de Muzio Tedaldi, pariente por parte materna. No obstante, a los diez años se reúne con sus padres, quienes confían su educación a Jacopo Borghini. Este lo inscribió pocos años después en el Monasterio camalfolense de Vallombrasa, donde profesa como novicio. Su padre, instado por la tradición de sus ancestros (el nombre de Galileo le fue impuesto al pisano en recuerdo de uno de sus antepasados, médico de gran prestigio), le envía de nuevo con Tedaldi, quien lo matricula en 1581 en la carrera de medicina en la Universidad de Pisa.
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Historia de las matemáticas/Biografías de matemáticos ilustres
Autor:Fernando Corbalán (I.E.S. Francisco Grande Covián, Zaragoza)
No siempre los grandes matemáticos están alejados de las controversias políticas de su época. Unos se han acercado a las mismas desde posiciones completamente reaccionarias (como es el caso de Cauchy), mientras que otros lo han hecho desde un punto de vista revolucionario. Es lo que pasa con Galois, que además ejemplifica cómo se puede influir en el futuro desde la extrema juventud y con una obra que no pasa de algunas decenas de páginas. Evariste Galois, nació en 1811 en los alrededores de París, en el momento del máximo esplendor del Imperio de Napoleón, en una familia republicana, que sufre las dificultades de la caída en 1814 de Napoleón y la vuelta de la monarquía derrocada en la Revolución de 1789. Estudió al principio en su casa bajo la dirección de su madre, para ir más tarde a uno de los centros más prestigiosos de París, el Liceo Luis el Grande, donde está en todo su apogeo la contrarrevolución educativa. Tras unos años de estudio descubre las matemáticas durante el curso 1826/27 y le producen un deslumbramiento intelectual de tal calibre que se dedicará con toda su energía a las mismas, ‘olvidando’ el resto de las materias. Tiene además la suerte de encontrar en el Liceo un gran profesor de matemáticas, M. Richard, al tanto de los últimos avances de las mismas, que reconoce el genio de Evariste para las matemáticas y le ayuda en sus estudios, y hasta le presenta en la ‘sociedad’ matemática. Richard se dio cuenta del valor de los resultados que lograba su alumno y guardó durante toda su vida los manuscritos que le entregaba Evariste y los dejó a su muerte a otro gran matemático, Ch. Hermite, pensando que también él sabría apreciar su valor (hoy se conservan en la Biblioteca del Instituto de Francia). Incluso logra que a los 17 años (en 1829) le publiquen un artículo (‘Demostración de un teorema sobre las fracciones continuas periódicas’) en la revista ‘Annales de mathématiques pures et appliquées’. Los elogiosos juicios de Richard constan en las calificaciones que escribe sobre Evariste durante el curso: “Este alumno tiene una destacada superioridad sobre todos sus compañeros”, y también “este alumno no trabaja más que las partes superiores de las matemáticas”.
Lunes, 24 de Noviembre de 2008 | Imprimir | PDF |  Correo electrónico | Leer más
Historia de las matemáticas/Biografías de matemáticos ilustres
Autor:Antonio Pérez Sanz (IES Salvador Dalí, Madrid)
“El príncipe de los matemáticos” No es exagerado este título póstumo, Príncipe de los Matemáticos, acuñado en una moneda, con que el rey Jorge V de Hannover honró a Gauss tras su muerte. Según E.T Bell, y es una opinión compartida por la mayoría de los historiadores de la ciencia, Gauss junto a Arquímedes y Newton ocuparía el podium de los grandes genios de las matemáticas a lo largo de la Historia. No se puede entender el avance y la revolución de las matemáticas del siglo XIX sin la mítica figura de Gauss. Su figura ilumina de forma completa la primera mitad del siglo. Sus aportaciones se producen en todos los campos de las matemáticas, tanto puras – Teoría de Números, Análisis, Geometría – como aplicadas – Astronomía, Geodesia, Teoría de errores – y en Física –Magnetismo, Óptica, Teoría del potencial... Este gran matemático alemán llevó las Matemáticas del siglo XIX a cumbres insospechadas unas décadas antes y elevó la Aritmética Superior a la cima de las Matemáticas, citando sus propias palabras, “las matemáticas son la reina de las ciencias y la aritmética la reina de las matemáticas”. La apacible vida de un genio precoz El 4 de mayo de 1777 el viejo párroco de la iglesia de Wendengraben, en Brunswick, Alemania, procede a inscribir en el registro parroquial al más reciente de sus nuevos feligreses: Johann Friedrich Carl; se trata de un niño varón, nacido cuatro días antes, el último día del mes de abril, el hijo de un humilde matrimonio, la pareja formada por Geghard Dietrich Gauss  y Dorothea Benze, ambos de 33 años. Con el paso de los años, este niño abandonará su primer nombre Johann y será conocido en toda Europa como Carl Freidrich Gauss, así es como firmará sus obras. Su padre, Geghard Dietrich, desempeñó a lo largo de su vida los oficios manuales más diversos: jardinero, como su padre, matarife, albañil, mantenedor de los canales de riego de la ciudad, maestro constructor de fuentes y hasta cajero de una sociedad de seguros y pompas fúnebres. Dorothea, su madre, nació en Velpke, una aldea próxima a Brunswick. Su padre era cantero y murió de tuberculosis a la edad de treinta años, dejando a la familia en una situación precaria. Dorothea tuvo que emigrar a Brunswick, junto a su hermano Friedrich, cuando contaba 26 años para trabajar de criada. Esta fue su ocupación hasta que en 1776 contrajo matrimonio con el versátil Geghard, que había enviudado unos años antes. En el seno de esta humilde familia, muy alejada de los salones ilustrados de la nobleza germana, el joven Gauss va a dar muestras tempranas de su genio precoz. Él mismo, ya anciano, acostumbraba a alardear de haber aprendido a contar antes que a escribir y de haber aprendido a leer por sí mismo, deletreando las letras de los nombres de los parientes y amigos de la familia. Y a él le debemos el relato de la anécdota que le coloca como el más precoz de los matemáticos. Cuando tenía tan sólo tres años, una mañana de un sábado de verano, cuando su padre procedía a efectuar las cuentas para abonar los salarios de los operarios a su cargo, el niño le sorprende afirmando que la suma está mal hecha y dando el resultado correcto.  El repaso posterior de Gerhard dio la razón al niño. Nadie le había enseñado los números y mucho menos a sumar. “Ligget se!” (¡Aquí está!) A los siete años, tras serios esfuerzos de Dorothea para convencer al padre, Gauss ingresa en la escuela primaria, una vieja escuela, la Katherinen Volkschule, dirigida por J.G Büttner, donde compartirá aula con otros cien escolares. La disciplina férrea parecía ser el único argumento pedagógico de Büttner, y de casi todos los maestros de la época. A los nueve años Gauss asiste a su primera clase de Aritmética. Büttner propone a su centenar de pupilos un problema terrible: calcular la suma de los cien primeros números. Nada más terminar de proponer el problema, el jovencito Gauss traza un número en su pizarrín y lo deposita en la mesa del maestro exclamando: “Ligget se!” (¡Ahí está!). Había escrito 5.050. La respuesta correcta. Ante los ojos atónitos de Büttner y del resto de sus compañeros, Gauss había aplicado, por supuesto sin saberlo, el algoritmo de la suma de los términos de una progresión aritmética. Se había dado cuenta de que la suma de la primera y la última cifra daba el mismo resultado que la suma de la segunda y la penúltima, etc., es decir: 1+ 100 = 2 + 99 = 3 + 98 = ... = 101 Como hay 50 parejas de números de esta forma el resultado se obtendrá multiplicando 101 · 50 = 5.050 “Ligget se!” Büttner tenía un ayudante, un joven estudiante de 17 años, Martin Bartels, que se encargaba de las clases de escritura de los más pequeños. Pero, por suerte para Gauss y para la ciencia, Bartels era un amante de las matemáticas, y un buen matemático, que acabó obteniendo una cátedra en la universidad de Kazan en la que dio clases de 1808 a 1820 teniendo como alumno a Lobachevski. A pesar de la diferencia de edad, Gauss tenía 10 años, juntos se iniciaron en los caminos de las matemáticas. En los libros de Bartels, Gauss se familiarizó con el binomio de Newton para exponentes no enteros y con las series infinitas e inició los primeros pasos por el análisis. Con 11 años de edad Gauss dejará la Katherinen Volkschule para ingresar en el Gymnasium Catharineum, a pesar de las reticencias de su padre a que continúe sus estudios. Allí estudia latín y griego y al cabo de dos años accede al grado superior de la enseñanza secundaria. Su fama se empieza a extender por los círculos cultivados de Brunswick y llegará a oídos del duque Karl Wilhelm Ferdinand (1735-1806). Así, en 1791, apadrinado por E.A.W. Zimmerman (1743-1815), profesor de Collegium Carolinum y consejero provincial del duque, éste le recibe en audiencia. Gauss es un adolescente de 14 años que deja impresionado al anciano duque con su habilidad de cálculo. El duque le proporcionará los fondos para que pueda proseguir su formación y le regalará las tablas de logaritmos elaboradas por Johann Carl Schulze. El 18 de febrero de 1792, antes de cumplir los 15 años hace su inscripción en el Collegium Carolinum de Brunswick. En este colegio da clases de matemáticas y ciencias naturales  E. A W. Von Zimmermann (1743-1815) su valedor ante el duque. Gauss permanecerá en él hasta 1795, estudiando lenguas clásicas, literatura, filosofía y, por supuesto, matemáticas superiores, siendo un alumno brillante en todas ellas. Entre sus lecturas de matemáticas de esta época están los Principia Mathematica de Newton, el Ars Conjectandi de Jackob Bernoulli y algunas de las memorias de Euler. En el Collegium Carolinum Gauss iniciará alguna de sus futuras investigaciones matemáticas, según sus propias confesiones posteriores, como la distribución de los números primos o los fundamentos de la geometría. Cuando en el otoño de 1795 se traslada a la Universidad Georgia Augusta de Göttingen, con una beca del Duque. Gauss aún no ha decidido su futuro académico dudando entre los estudios de Filología clásica y las Matemáticas. Las lecciones de matemáticas, no muy buenas según la opinión de Gauss; las impartía el anciano profesor Gotthelf Abraham Kästner que tenía entonces 76 años. En esta época conoce a Wolfgang (Farkas) Bolyai, que se incorporó a la universidad un año después que él. Gauss, unos años más tarde llegó a afirmar: “Bolyai fue el único que supo interpretar mis criterios metafísicos sobre las Matemáticas”.  Y también que Bolyai fue el “espíritu más complicado que jamás conocí”. Bolyai es más explícito al hablar de su amistad: “Nos unía la pasión por las Matemáticas y nuestra conciencia moral, y así paseábamos durante largas horas en silencio, cada uno ocupado en sus propios pensamientos”. Construcción con regla y compás del polígono regular de 17 lados Desde su llegada a Göttingen el joven Gauss siguió desarrollando de forma autónoma sus investigaciones sobre números que había iniciado en el Collegium. Sin duda más fruto de estas investigaciones que de las enseñanzas de Kästner, cuando Gauss estaba en su casa de Brunswick, se va a producir un descubrimiento que será clave, no sólo en la carrera de Gauss, sino en el futuro de las matemáticas: el heptadecágono, el polígono regular de 17 lados se puede construir con regla y compás. (Construcción) Él mismo, muchos años más tarde, recordará el momento, en una carta que dirige a Gerling fechada el 6 de enero de 1819: “Fue el día 29 de marzo de 1796, durante unas vacaciones en Brunswick, y la casualidad no tuvo la menor participación en ello ya que fue fruto de esforzadas meditaciones; en la mañana del citado día, antes de levantarme de la cama, tuve la suerte de ver con la mayor claridad toda esta correlación, de forma que en el mismo sitio e inmediatamente apliqué al heptadecágono la correspondiente confirmación numérica.” El día siguiente, el 30 de marzo, justo un mes antes de cumplir los 19 años, Gauss se decantará definitivamente por las matemáticas y hará su primera anotación en su diario de notas, un pequeño cuaderno de 19 páginas, que acompañará a Gauss hasta 1814, el diario científico más importante de la historia de las matemáticas, en el que irá anotando, a veces de forma críptica, los resultados matemáticos que le vienen a la cabeza, en total 144 anotaciones. Por este diario desfilará un alto porcentaje de los descubrimientos matemáticos del siglo XIX. En este libro no fueron recogidos todos los descubrimientos de Gauss en el período prolífico de 1796 a 1814. Pero muchos de los anotados bastarían para establecer la prioridad de Gauss en campos, donde algunos de sus contemporáneos se niegan a creer que Gauss les precediera. Muchos hallazgos que quedaron enterrados durante décadas en este diario habrían encumbrado a media docena de grandes matemáticos de haber sido publicados. Algunos jamás se hicieron públicos durante la vida de Gauss, y nunca pretendió la prioridad cuando otros autores se le anticiparon. Sus anotaciones constituían descubrimientos esenciales de la Matemática del siglo XIX. Un documento que por desgracia para la ciencia no verá la luz hasta casi 50 años después de la muerte de Gauss “Principia quibus innititur sectio circuli, ac divisibilitas eiusdem geometrica in septemdecim partes, etc. Mart. 30 Brunsv.” Con tan sólo 18 años, el joven Gauss había hecho un descubrimiento que por sí solo le habría hecho pasar a la historia de las matemáticas. Un descubrimiento que constituía sólo la punta del iceberg de una teoría mucho más amplia que dará origen tres años más tarde a las Disquisitiones Arithmeticae, obra que Gauss va madurando durante su estancia en la universidad de Gottingën. Al terminar sus estudios Gauss deja de percibir la subvención del duque y regresa a la casa de sus padres en Brunswick. Por fortuna la situación no duró mucho tiempo. A principios de 1799 el duque le renueva su apoyo económico con la misma cuantía que cuando estaba estudiando. Esto le va a permitir continuar sin preocupaciones monetarias con sus investigaciones matemáticas, en concreto ultimar la obra que recogía todas sus conclusiones sobre los números, las Disquisitiones Arithmeticae. Ahora nos explicamos el encendido prefacio de Gauss manifestando su sincero agradecimiento al duque Karl Wilhelm Ferdinand. Gauss siempre fue una persona agradecida al duque, al fin y al cabo la persona que había hecho posible recibir una formación alejada de sus posibilidades familiares. El Teorema Fundamental del Álgebra Pero  los estímulos del duque no acabaron aquí, él mismo sufragará los gastos para que Gauss obtenga el doctorado en filosofía en la universidad de Helmstedt. Gauss leerá su tesis “in absentia” y dispensado del examen oral. El título de su tesis: Demonstratio nova theoremattis omnem functionem algebraicam rationalem integram unius variabilis in factores reales primi vel secundi gradus posse, (Nueva demostración del teorema que dice que toda función algebraica racional puede descomponerse en factores de primer o segundo grado con coeficientes reales). El título contiene un ligero error que hará aún más grande al joven Gauss. No es una nueva demostración, es la primera demostración completa de la historia del Teorema fundamental del álgebra. El sueño del gran Euler. El presidente del tribunal es el mejor matemático germano de la época, Johann Friedrich Pfaff. Que este teorema cautivó a Gauss lo demuestra el hecho de que realizara tres demostraciones más del mismo. La segunda en 1815, basada en las ideas de Euler, rehuye los planteamientos geométricos y es el primer intento serio de una demostración exclusivamente algebraica. En la de 1816 ya utiliza expresamente los números complejos y de paso realiza una crítica a los intentos de otros matemáticos basados en métodos analíticos. La última demostración realizada en 1849 con motivo del cincuentenario de su tesis, es muy similar a la primera, pero en ella Gauss extiende el campo de variación de los coeficientes a los números complejos. 1801. Un año glorioso El primer año del siglo XIX va a ser testigo del ascenso del joven Gauss, que cuenta con 24 años, a las más altas cimas de la matemática europea con el reconocimiento de toda la comunidad científica. Sus dos cartas de presentación: la publicación de las Disquisitiones Arithmeticae y el cálculo de la órbita de Ceres. Disquisitiones arithmeticae Gauss inicia sus investigaciones sobre teoría de números durante su estancia en el Collegium Carolinum, en 1795. Pero acomete la elaboración de las Disquisitiones a lo largo de su estancia en la Universidad de Göttingen entre 1795 y 1798. Lo sabemos gracias a su diario científico en el que ya en 1796 aparecen dos de sus resultados más brillantes: la descomposición de todo número entero en tres triangulares y la construcción del heptadecágono regular. Ambos recogidos en las Disquisitiones. A finales de 1798 Gauss entregará el manuscrito a un editor de Leipzig, pero dificultades económicas retrasarán la publicación hasta el verano de 1801. Con las Disquisitiones, Gauss da una nueva orientación a la Teoría de Números, dejando de ser ésta una acumulación de resultados anecdóticos aislados para convertirse en una rama de las matemáticas tan importante como el análisis o la geometría. En el prefacio, Gauss explica el contenido de esta obra, advirtiendo que tratará sobre los números enteros, excluyendo a menudo los fraccionarios y siempre a los irracionales, los sordos como se les conocía hasta entonces. Su discurso tratará no de los temas de numerar y calcular, de los que se dedica la Aritmética elemental, sino de los aspectos propios de los números enteros de los que se ocupa la Aritmética Superior. En él afirma que en esa época desconocía muchos de los resultados contemporáneos: “desconocía todas las que habían sido elaboradas por los más modernos en este campo y estaba privado de todos los recursos mediante los cuales habría podido ayudarme un poco en estas cuestiones”. Las Disquisitiones están organizadas en siete secciones: 1. Números congruentes en general 2. Congruencias de primer grado 3. Residuos de potencias 4. Congruencias de segundo grado 5. Formas y ecuaciones indeterminadas de segundo grado 6. Aplicaciones de las nociones anteriores 7. Ecuaciones de las secciones de un círculo. Un gran descubrimiento, una conquista revolucionaria de notación aritmética: las congruencias Dados dos números enteros a y b si su diferencia (a - b ó b - a) es exactamente divisible por el número m, decimos que a, b son congruentes respecto al módulo m, y simbolizamos esto escribiendo a≡b (mód m ) Así, 100≡2 (mód 7), 35≡2(mód 11). La ventaja de esta notación es que recuerda la forma en que escribimos las ecuaciones algebraicas, trata la divisibilidad aritmética con una breve notación y permite "sumar, restar, multiplicar… congruencias", con tal de que el módulo sea el mismo en todas, para obtener otras congruencias. Y permite estudiar ecuaciones con congruencias: ax + b ≡ c (mód m). Como colofón a las dos primeras secciones Gauss aplica estos métodos a problemas históricos como el de dado un número A determinar la cantidad de números primos con A y menores que él. Se trata de la célebre función φ(A) introducida por Euler. Dando una fórmula general para su cálculo: Si A = am bn cp... siendo a, b, c, ... primos, Y termina con la demostración del teorema fundamental de las congruencias polinómicas Una congruencia de grado m, Axm + Bxm-1 + ... + Mx + N ≡ 0 (mod p) cuyo módulo p es primo que no divide a A, no puede resolverse de más de m maneras diferentes o no puede tener más de m raíces no congruentes con relación a p. En la secciones 3ª y 4º Gauss aborda los residuos cuadráticos y de potencias superiores. Dados r y m números enteros donde r no es divisible por m, si existe un número x tal que x2 ≡ r (mód m), decimos que r es un residuo cuadrático de m, en caso contrario decimos que r es un no-residuo cuadrático de m. Por ejemplo: 13 es residuo cuadrático de 17, pues la ecuación x2 ≡ 13 (mód 17) tiene soluciones x = 8, 25, 42 Demuestra Art. 49 y 50 el Pequeño Teorema de Fermat: Si p es un número primo que no divide a a, ap-1 – 1 es siempre divisible por p. Y el de Wilson: El producto de todos los números menores que un número primo dado, aumentado en una unidad es siempre divisible por dicho número. En la sección 4ª Gauss nos proporciona la primera demostración de la ley de reciprocidad cuadrática, a la que denomina Theorema aureum. Art. 131 y siguientes: Si p es primo de la forma 4n + 1, +p será un residuo o un no-residuo de todo primo que tomado positivamente sea un residuo o un no residuo de p. Si p es de la forma 4n + 3,   -p tiene la misma propiedad. En un lenguaje más asequible, existe una reciprocidad entre el par de congruencias x2 ≡ q (mód p),  x2 ≡ p (mód q) en la que tanto p como q son primos; ambas congruencias son posibles o ambas son imposibles, a no ser que tanto p como q den el resto 3 cuando se dividen por cuatro, en cuyo caso una de las congruencias es posible y la otra no. Gauss contaba con esta demostración desde 1796, a los 19 años. Euler y Legendre lo habían intentado sin éxito como muy bien comenta el propio Gauss en el art. 151. Sólo por esta demostración Gauss ya debería ser considerado como uno de los matemáticos más potentes de la época. Pero habría más, dentro de la misma obra. Las secciones 6ª y 7ª tratan de las formas cuadráticas y sus aplicaciones. Un número entero M puede representarse mediante la expresión ax2 + 2bxy + cy2 = M, donde a, b, c, x e y son números enteros. A la expresión F = ax2 + 2bxy + cy2 Euler la denominó forma cuadrática. Euler ya había utilizado las formas cuadráticas para abordar problemas de números enteros. El problema directo consiste en determinar todos los enteros M que se pueden representar por una forma dada. El inverso, y más interesante, consiste en dados M y a, b y c, encontrar los valores de x e y que representan a M. Para Gauss el objetivo del estudio de formas es demostrar teoremas de teoría de números. Y a lo largo de la sección nos irá proporcionando unas cuantas joyas, algunas de ellas de incalculable valor. Una de ellas le hizo escribir el 16 de julio de 1796, en su diario, una de sus pocas manifestaciones de júbilo: EURHKA:     Num = Δ + Δ + Δ La alegría estaba más que justificada. El joven Gauss acababa de resolver uno de los retos del viejo Fermat. Y no un reto cualquiera; hasta el gran Euler se había estrellado con él. Esta vez Gauss iba a ser el primero en la historia en proporcionar la respuesta a uno de los innumerables enigmas de Fermat: Todo número entero positivo se puede escribir como suma de tres números triangulares. La demostración de este resultado aparece en el art. 293 y es una consecuencia del estudio que Gauss realiza de las formas ternarias. Sección 7ª. De las ecuaciones que definen las secciones del círculo ¿Qué tienen que ver las funciones que dependen del círculo, tan en boga a finales del siglo XVIII, como afirma el propio Gauss en el artículo de introducción de esta sección, con la aritmética superior, con la teoría de números? El joven Gauss no se resiste a la tentación de incluir una sección que contenga su primer resultado estrella, aquel que en bifurcación vital del Collegium le inclinó a decantar su vida por el camino de las matemáticas en detrimento de las lenguas clásicas: la construcción con regla y compás del polígono regular de 17 lados. Aunque en apariencia este resultado tenga más que ver con la geometría o con el análisis que con la aritmética de números enteros. Gauss va a dejar para su último artículo, el 366, un resultado que permite decidir los polígonos regulares construibles con regla y compás: [Para poder seccionar geométricamente el círculo en N partes iguales]... se requiere que N no contenga ningún factor primo impar que no sea de la forma 2m +1, ni tampoco ningún factor primo de la forma 2m +1 más de una vez. De esta forma, se encuentran los 38 valores de N menores que 300: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 16, 17, 20, 24, 30, 32, 34, 40, 48, 51, 60, 64, 68, 80, 85, 96, 102, 120, 128, 136, 160, 170, 192, 204, 240, 255, 256, 257, 272. En aquel verano de 1801 Gauss había entrado con todos los honores en el parnaso de los genios matemáticos. A partir de este momento, y como vaticinara Bolyai a su madre en Brunswick, hacía sólo unos pocos años, Gauss se había convertido en el matemático más grande de Europa. En el invierno también sería uno de los astrónomos más populares del viejo continente. La órbita de Ceres Desde que en 1781 Herschel descubriera el planeta Urano, una fiebre por descubrir el esquivo planeta que los astrónomos Titius y Bode habían situado entre Marte y Júpiter. El siglo XIX no puede empezar con mejores augurios en esta desesperada búsqueda. Exactamente la noche del primer día de enero de 1801, Giuseppe Piazzi, un clérigo de Palermo y astrónomo aficionado observa por primera vez lo que él piensa, como Herschel unos años antes, que es un nuevo cometa, un objeto de magnitud 8. Durante cuarenta y dos días, hasta la noche del 11 de febrero realiza el seguimiento del nuevo objeto en su viaje por el fondo de estrellas. Pero una inoportuna gripe le mantiene alejado del telescopio las noches siguientes. Cuando se reincorpora a la observación el astro ha dejado de ser visible durante la noche. Sencillamente ha desaparecido ocultado por el Sol. El corto periodo de observaciones no le permite fijar la órbita del “cometa” y predecir dónde volvería a aparecer en el cielo nocturno. Sus datos abarcaban sólo un arco de 9 grados de la órbita. Cuando los datos de sus observaciones se divulgan un hecho parece claro, la distancia heliocéntrica del objeto lo sitúa entre Marte y Júpiter. En el mes de junio de ese mismo año el astrónomo alemán Franz von Zach utilizando los datos de Piazzi realiza un estudio previo de la órbita, sin ningún éxito. Como el supuesto “cometa” no aparece por ninguna parte del firmamento, Zach envía los datos a un joven matemático de 24 años afincado en Gottingen, cuya fama se empieza extender por toda Alemania para que realice su propia estimación de la órbita. Se trata de Johann Friedrich Carl Gauss. La posición del astro que se deducen de los cálculos de Gauss es muy diferente de todas las demás. Las predicciones de Zach y de otros astrónomos profesionales resultaron erróneas. No así las del joven Gauss, que puso en el intento además de su enorme capacidad de cálculo una de las herramientas matemáticas más fructífera para el cálculo de órbitas planetarias como se demostrará a lo largo del siglo: la ley de mínimos cuadrados, descubierta por Gauss unos seis años antes y que mantuvo sin publicar hasta 1809. En diciembre, Zach decide por fin probar con las predicciones de Gauss y muy cerca de donde los cálculos teóricos de éste situaban el deseado objeto aparece un pequeño punto brillante; es la noche del 7 de diciembre. Las observaciones se prolongan todas las noches de diciembre, al menos todas en las que las condiciones meteorológicas lo permiten y por fin, el 1 de enero de 1802, Orbels en Bremen puede afirmar con toda certeza que el objeto observado encaja a la perfección con los datos de las observaciones de Piazzi de hace un año y con la órbita prevista teóricamente por Gauss. El pretendido cometa de Piazzi era en realidad un nuevo planeta que será observado por los astrónomos más prestigiosos a lo largo de los próximos meses en toda Europa: el 3 de febrero Maskelyne confirma su avistamiento en Grenwich, y unos días más tarde el propio Bode en Berlín y Méchain en París. Pero en el lugar del planeta perdido entre Marte y Júpiter no había uno, sino un rosario de pequeños planetas, los asteroides. Gracias a Ceres, al final del primer año del nuevo siglo, Gauss es además de uno de los matemáticos más notables, el astrónomo más popular de Europa. En marzo de 1802 Olbers descubre Pallas y plantea a Gauss la fijación de su órbita. El método de los mínimos cuadrados vuelve a manifestar su potencia... Orbels le propone la dirección del nuevo observatorio de Gottingën, aún por construir. En noviembre el joven Gauss, que cuenta con 25 años es nombrado miembro de la Real Sociedad de Ciencias de Gottingën. Tres meses más tarde rechazará una oferta para instalarse en San Petersburgo como miembro de la Academia de Ciencias. La década triunfal. 1800-1810 La primera década del siglo XIX es la década triunfal del joven matemático. En 1805 se casa con Johanna Ostoff con la que tendrá tres hijos: Joseph, Minna y Louis. Al año siguiente, poco después del nacimiento de su primer hijo, participará con el coronel francés Epailly en la triangulación de Brunswick, lo que dará origen a su interés por la geodesia. En 1807 es nombrado profesor en Gottingën y director de su observatorio astronómico que por los avatares políticos, la ocupación napoleónica de gran parte de los estados germánicos, no se terminará hasta 1816. Durante estos años prepara la que será la obra cumbre de la astronomía teórica durante más de medio siglo, la Theoria motus corporum coelestium in sectionibus conicis solem ambientium (Teoría del movimiento de los cuerpos celestes que giran alrededor del Sol siguiendo secciones cónicas)., publicada en 1809, una obra en dos volúmenes, el primero trata de las ecuaciones diferenciales, las secciones cónicas y las órbitas elípticas, en el segundo Gauss explica su método de mínimos cuadrados para la determinación de la órbita de un planeta. Aunque conocido y aplicado por Gauss desde 1796, la publicación de Legendre de un método similar en 1806 alimentó una agria polémica entre ambos sobre la paternidad del mismo. Gauss es el padre de la moderna teoría de errores. Descubrió que la función de distribución de los errores es: , la célebre campana de Gauss. En la memoria presentada a la Real Sociedad de Gottingen el 15 de febrero de 1821, titulada Método de Mínimos Cuadrados. Teoría de la combinación de las observaciones, Gauss desarrolla de forma completa y general sus ideas ya esbozadas en 1809 en Theoría motus corporum coelestium... Pero 1809 también será un año negro para Gauss; en octubre muere esposa al mes de dar a luz a su tercer hijo Louis, que morirá a los tres meses. Un año más tarde y tras rechazar una oferta de Humbolt para ocupar una plaza en la universidad de Berlín, Gauss contrae nuevo matrimonio con Minna Waldeck, amiga de Johanna, con la que tendrá dos hijos varones Eugen y Wilhelm y una hija Therèse. 1810 -1830. Astronomía, Geodesia y Matemáticas. Desde 1810 hasta 1830 la mente de Gauss se ocupa de sus tareas como director del astronómico que se inaugurará en 1816 y que le obligará a realizar uno de los pocos viajes conocidos de Gauss para adquirir material científico para el mismo, pero no abandona sus investigaciones matemáticas. Investiga sobre series infinitas y sobre la serie hipergeométrica, sobre aproximación de integrales y sobre estimadores estadísticos. Serie hipergeométrica En 1816 confiará en carta a su ex -alumno Schumacher (profesor de Astronomía en Copenhague) sus ideas sobre la geometría no euclídea que llevaba desarrollando desde hacía 20 años. En 1818 el ministro Arnswaldt encarga a Gauss la triangulación y medición de Hannover. Es una práctica muy habitual sobre todo tras la medición del meridiano realizada por los franceses e impuesta por las necesidades militares – toda Europa está en guerra - de una cartografía precisa. Durante casi 8 años, hasta 1825, Gauss dedicará sus esfuerzos a una práctica rutinaria y agotadora, al alcance de cualquier calculista mediano: efectúa mediciones durante el día y realiza los cálculos durante la noche, que le apartarán de actividades mucho más productivas en el ámbito de las matemáticas. Podemos afirmar que durante casi 20 años el genial Gauss perdió gran parte de su tiempo en tediosos cálculos astronómicos y geodésicos. Pero fruto de esta tarea nacerán más de 70 escritos sobre Geodesia,  la aplicación del método de mínimos cuadrados a medidas terrestres, el invento del heliotropo, un mecanismo ingenioso gracias al cual pueden ser transmitidas instantáneamente señales por medio de la luz del sol reflejada, y su interés por la geometría de superficies. La triangulación de Hannover se reinició en 1828, duró hasta 1844, y en ella participó su hijo Joseph, oficial del ejército. Geometría diferencial: 1827. Disquisitiones circa generales superficies curvas Esta obra, fruto de las ideas sobre la geometría de superficies nacidas de sus observaciones geodésicas constituye la contribución definitiva de Gauss a la geometría diferencial. Gauss concibe la superficie “no como el límite de un sólido, sino como un sólido flexible e inextensible, una de cuyas dimensiones está obligada a desvanecer”. Pero su gran aportación va a ser no estudiar la superficie desde un punto de vista global sino desde un punto de vista local, en el entorno de un punto. Esto le va a permitir despreciar las potencias de grado superior a dos en el cálculo de las distancias. En esta obra está Gauss aborda tres grandes problemas: la medida de la curvatura, la representación conforme y la aplicabilidad de superficies. Gauss define la curvatura total de una porción de superficie encerrada dentro de una curva C de la siguiente manera: La normal a una superficie en un punto dado es la recta que pasa por el punto y que es perpendicular al plano tangente a la superficie en el punto. En cada punto de C existe una normal a la superficie. Si trazamos todas las normales en los puntos de C tendremos un haz de rectas. En una esfera de radio unidad trazamos las paralelas a las rectas normales a C que pasen por el centro de la esfera. Este haz de rectas corta a la superficie esférica determinando una curva C'. El área encerrada de la superficie esférica encerrada por esta curva C' se denomina curvatura total de la porción de superficie limitada por C. La curvatura total en un punto interior de C es el límite de la razón entre el área de C' y el área de C cuando la superficie C tiende al punto. Cada normal en un punto de una superficie genera un haz de planos que lo tienen como eje. Cada uno de esos planos corta a la superficie en curvas planas dentro de ellos. Cada una de esas curvas en el punto de apoyo de la normal tiene una curvatura dada. Entonces dado un punto de una superficie habrá un conjunto de curvaturas planas. Se sabe que hay una máxima y una mínima. La curvatura gaussiana que es el producto de la curvatura máxima por la curvatura mínima, las curvaturas principales introducidas por Euler. En su estudio de superficies Gauss utiliza de forma magistral la representación paramétrica introducida por Euler, realizando una visión intrínseca de la superficie como una variedad bidimensional, las coordenadas (x, y, z) de un punto vienen dadas por tres ecuaciones dependiendo de dos parámetros: x=x(u,v); y=y(u,v);  z=z(u,v). Demuestra que si dos superficies son isométricas (aplicable la una sobre la otra) la curvatura total en dos puntos correspondientes es la misma. (theorema egregium). Una conclusión inmediata es que para mover sin distorsión una parte de una superficie sobre otra parte de la misma superficie es necesario que la superficie tenga curvatura constante. Así una parte de una esfera puede ser desplazada sin distorsión sobre otra, pero esto no ocurrirá con un paraboloide. Trata también el problema de determinar las geodésicas (el equivalente a las rectas en el plano) de una superficie. En un artículo publicado en 1827 demuestra que la curvatura total de un triángulo cuyos lados son geodésicas y los ángulos α1, α2 y α3 viene dada por ∫∫KdA = α1+α2+α3-π, donde K es la curvatura variable en los puntos del triángulo. En esta obra se pone definitivamente de manifiesto una observación interesante: la superficie puede ser un espacio en sí misma y las líneas rectas son las geodésicas siendo su geometría, una geometría no euclídea. Los números complejos Desde 1799 Gauss dominaba la idea de una representación bidimensional de los complejos, de hecho los utilizó en su tesis doctoral aunque no de forma explícita. Y en 1811, tiene completamente acabada no sólo la representación de los complejos como puntos de un plano bidimensional, sino también la idea de integración de funciones complejas, el teorema integral y el desarrollo en serie de potencias de funciones analíticas. Buena prueba de ello es la carta que dirige a Bessel este año, comentando un ensayo de éste sobre la integral logarítmica ∫, en la que podemos leer: ¿Qué debemos entender por ∫φ(x)·dx para x=a+bi? Evidentemente si se quiere partir de conceptos claros es necesario admitir que x, partiendo del valor para el cual la integral debe ser cero, mediante incrementos infinitesimales (cada uno de la forma a + bi) pasa a x = a + bi y entonces se suman todos los φ(x)·dx. Así el sentido de la integral queda completamente establecido. Pero el paso se puede dar de infinitas maneras: así como la totalidad de las magnitudes reales se pueden imaginar en forma de una recta infinita, también la totalidad de todas las magnitudes reales e imaginarias se puede en imaginar mediante un plano infinito, cada uno de cuyos puntos de abscisa a y ordenada b representará la magnitud a+bi. El paso continuo de un valor de x a otro a+bi se representa entonces mediante una línea, posiblemente de infinitas maneras. Afirmo ahora que la integral ∫φ(x)·dx para dos caminos distintos siempre conserva un mismo valor si dentro de la parte del plano comprendida entre las dos líneas representantes del cambio, φ(x) no se hace infinita. Este maravilloso teorema, cuya demostración no es difícil la daré en otro momento. El teorema está vinculado con otras verdades magníficas relacionadas con el desarrollo en series” Gauss, como 150 años antes hiciera Fermat con su famoso último teorema, nos amenaza con la publicación de una demostración, que él ya parece tener, de un resultado que será demostrado por Cauchy  en 1825 y que hoy se conoce como teorema de la integral compleja de Cauchy. Habrá que esperar hasta 1831, para que Gauss, en una extensión de la teoría de los restos bicuadráticos a los números complejos, haga su presentación definitiva y su representación geométrica ante la sociedad matemática, propiciando gracias a su reconocida autoridad su aceptación definitiva. En esta obra introduce la noción de enteros complejos sobre los que generalizará resultados obtenidos para enteros reales. Gauss y la geometría no euclídea. La preocupación de Gauss por el problema de las paralelas, el quinto postulado de Euclides, data de 1796, de su estancia en Gottingën. Su profesor Kastnër disponía de una biblioteca de varios miles de volúmenes sobre este tema y seguro que contagió su inquietud a dos jóvenes inquietos como Gauss y Bolyai. A partir de 1813 hasta 1831 elabora su geometría no euclídea. En 1813 escribe a Schumacher: “En la teoría de las líneas paralelas, nosotros, no nos encontramos más allá de Euclides. Esta es la parte de la matemática, que más tarde o más temprano debe adquirir una fisonomía absolutamente distinta”. Gauss encuentra numerosos resultados pero no se atreve a publicarlos. En 1829 en carta a Bessel le comunica: “Pasará tiempo antes de que yo elabore para conocimiento público mis extensas investigaciones, y quizás esto no llegue a ocurrir durante mi vida, pues temo el griterío de los beocios (das geschrei der böotier), si alguna vez me propusiera exponer mi criterio”. No es de extrañar que cuando Gauss recibe en 1831 el anexo de Johann Bolyai, hijo de su viejo compañero, La ciencia absoluta del espacio, exponiendo sus ideas sobre una geometría no euclídea, Gauss responda a Wolgang: “Si empiezo diciendo que no puedo alabar semejante trabajo te sentirás desconcertado, pero no puedo hacer otra cosa, porque alabarlo sería alabarme a mí mismo, pues todo el contenido del escrito, el camino seguido por tu hijo y los resultados a los que ha llegado coinciden casi completamente con mis meditaciones, parte de las cuales han tenido lugar desde hace 30 o 35 años”. Sin embargo Gauss consideró públicamente a Janos Bolyai y a Lobachevski, cuando conoció los escritos de éste en 1841, como genios de primera magnitud; de hecho y a propuesta de Gauss Lobachevski fue nombrado miembro de la Academia de Gottingën en 1842. Hoy nadie discute que la paternidad de la primera geometría no euclídea es una gloria compartida por Gauss, Bolyai y Lobachevski. El magnetismo terrestre 1831 será un año clave en la vida de Gauss. Si un año antes su hijo Eugen emigra a Estados Unidos al parecer por desavenencias familiares, este año muere Minna la segunda esposa de Gauss. Desde entonces será su hija Therèse la que se encargará de los asuntos domésticos.  Pero a finales de ese año llega a Gottingën Wilhelm Weber, para ocupar la plaza de profesor de Física. A partir de este momento un decaído Gauss va a encontrar otra vez en la ciencia la solución de sus males familiares. En estrecha colaboración con Weber Gauss desarrollará una intensa labor en el estudio del magnetismo terrestre. Acoge con entusiasmo la propuesta de Alexander von Humbodlt de crear una red de observatorios magnéticos que cubran toda la superficie terrestre. En la década de los 30 publica varias obras sobre el tema: Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata (1832), que trata teorías actuales sobre magnetismo terrestre, anticipando las ideas de Poisson, la medida absoluta de la fuerza magnética y una definición empírica del magnetismo terrestre,  Allgemeine Theorie Erdmagnetismus (1839), en la que demuestra que solo puede haber dos polos y sienta las bases para determinar la intensidad de la componente horizontal de la fuerza magnética junto con el ángulo de inclinación. Se ayuda de la ecuación de Laplace y especifica la ubicación del polo sur magnético. Ambos construyen el primer telégrafo electromagnético que conseguía transmitir hasta nueve letras por minuto a una distancia de 500 pies, la que se paraba el Observatorio Astronómico de la Facultad de Física. Junto a Weber es autor del primer atlas geomagnético terrestre y de más de 40 obras sobre mediciones magnéticas de la Sociedad de Magnetismo, fundada por ellos, y de nuevas herramientas para medir el campo magnético. Sin embargo, un hecho va a truncar esta fructífera colaboración, Weber, junto a otros 6 profesores, es despedido de su cargo por negarse a jurar fidelidad al nuevo rey Ernesto Augusto von Cumberland, que había derogado la constitución de 1833. Gauss, de carácter conservador, no movería un dedo a pesar de su influencia para detener el despido, a pesar de que entre los 7 de Gottingën estaban su propio yerno y su inseparable colaborador. Tras la marcha definitiva de Weber de Gottingën la producción científica de Gauss disminuye de forma rotunda. Trabaja en sus observaciones astronómicas, en dióptrica, en la teoría del potencial, en geodesia pero todas son obras menores. Los últimos años En 1849, con motivo del cincuentenario de su doctorado impartirá su famosa conferencia en la que presentará su cuarta demostración del Teorema Fundamental del Álgebra, una variación de la presentada en su tesis, incorporando ya de manera abierta los coeficientes complejos. Jacobi y Dirichlet serán testigos excepcionales. El reconocimiento de Gauss es general en Alemania y en toda Europa. Continuará con sus observaciones astronómicas hasta 1851, contando entre sus alumnos en estos años a Dedekind y Cantor. Y en junio de 1854, será el presidente del tribunal de la prueba para la habilitación de Riemann como profesor de matemáticas. En ella, Riemann a petición del tribunal leerá su famosa exposición, Sobre las hipótesis en que se fundamenta  la geometría, que sin duda impactó al anciano Gauss por lo que suponía de reconocimiento de las geometrías no  euclídeas. Curioso ante el progreso tecnológico visitará unos días más tarde las obras del ferrocarril Hannover – Gottingen, excursión en la que casi pierde la vida al sufrir un grave accidente el coche de caballos en que viajaba. De cualquier manera, el corazón del anciano Gauss, aquejado de hidropesía, está dando sus últimos latidos. Y dejará de latir de forma irremediable en la madrugada del 23 de febrero de 1855 mientras dormía plácidamente. Tenía 77 años, 10 meses y 22 días y sobre sus hombros la obra matemática más grandiosa en la historia de Humanidad. Sin duda, como muy bien reflejaba la inscripción de la  moneda acuñada en su honor por el rey Jorge V de Hannover, Gauss era “el Príncipe de los Matemáticos”. Como decía su amigo Sartorius von Waltershausen, "Gauss fue sencillo y sin afectación desde su juventud hasta el día de su muerte. Un pequeño estudio, una mesita de trabajo con un tapete verde, un pupitre pintado de blanco, un estrecho sofá, y, después de cumplir los 70 años, un sillón, una lámpara con pantalla, una alcoba fresca, alimentos sencillos, una bata y un gorro de terciopelo eran todas sus necesidades". Bibliografía Internet: Los Grandes Matemáticos. Gauss. E. T. Bell. Edición en Internet: http://www.geocities.com/grandesmatematicos/index.html http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Gauss.html http://www.geocities.com/RainForest/Vines/2977/gauss/english.html http://www.geocities.com/RainForest/Vines/2977/gauss/formulae/heptadecagon.html http://www.dim.uchile.cl/~mkiwi/applets/tfa/ http://mathworld.wolfram.com/Congruence.html Libros: C. B. Boyer: Historia de la matemática. Alianza Universidad. Madrid. 1986. W. K. Bühler: Gauss A biographical Study. Springer-Verlag. New York. 1981 G W Dunnington, Carl Friedrich Gauss : Titan of Science (New York, 1955). C. F Gauss: Méthode des moindres carrés. Traduits en francais par J. Bertrand. Mallet-Bachelier. Paris 1855. C.F. Gauss: Werke. Hildesheim Georg Olms, 1973.. C. F Gauss: Disquisicions aritmètiques. Traducción de la profesora Pascual Xufrí G., editato por la sociedad Catalana de Matemáticas. Barcelona. 1996. A. García Azcárate, Legendre. La honestidad de un científico. Ed. Nivola. Madrid 2002 T Hall, Carl Friedrich Gauss : A Biography (1970). V. Pardo Rego, Lagrange. La elegancia matemática. Ed. Nivola. Madrid 2003 G M Rassias (ed.), The mathematical heritage of C F Gauss (Singapore, 1991). Reich, K. Gauss. 1777/1977. Inter Nationes. Bonn-Bad Gedessberg. 1977. Vídeos: Gauss. De lo real a lo imaginario. Serie Universo Matemático. Guión: Antonio Pérez. RTVE. 2000.
Martes, 25 de Noviembre de 2008 | Imprimir | PDF |  Correo electrónico
Historia de las matemáticas/Biografías de matemáticos ilustres
Autor:María Molero Aparicio (Liceo Español de París) y Adela Salvador Alcaide (U. P. Madrid, E. T. S. I. C
Sophie Germain fue una matemática autodidacta. Nació en París en las últimas décadas del Siglo de las Luces. Los cambios políticos y sociales que se producían en Francia durante su niñez determinaron que, desde muy pequeña, considerara la Ciencia y especialmente las Matemáticas, como el estímulo intelectual que daba sentido y tranquilidad a su existencia. Sus primeros trabajos en Teoría de Números los conocemos a través de su correspondencia con C. F. Gauss, con el que mantenía oculta su identidad bajo el pseudónimo de Monsieur Le Blanc. El teorema que lleva su nombre fue el resultado más importante, desde 1753 hasta 1840, para demostrar el último teorema de Fermat, además permitió demostrar la conjetura para n igual a 5. Posteriormente sus investigaciones se orientaron a la teoría de la elasticidad y en 1816 consiguió el Premio Extraordinario de las Ciencias Matemáticas que la Academia de Ciencias de París otorgaba al mejor estudio que explicara mediante una teoría matemática el comportamiento de las superficies elásticas y publicó varios libros sobre este tema. En los últimos años de su corta vida, además de dos trabajos matemáticos, uno sobre la curvatura de superficies y otro sobre teoría de números, escribió un ensayo sobre filosofía de la ciencia que Augusto Comte citó y elogió en su obra. La historia de Sophie es la de una matemática brillante que no pudo lograr su pleno desarrollo porque en sus años de formación no pudo acceder a una educación matemática formal y en su madurez tuvo que trabajar en solitario porque una jerarquía científica, totalmente masculina, la excluía. Tener una formación autodidacta, anárquica y con lagunas le perjudicará toda su vida. Su aislamiento no fue tan evidente cuando trabajaba en teoría de números, pero cuando comenzó a trabajar en física matemática no tuvo, en un primer momento, los últimos conocimientos matemáticos que entonces se estaban utilizando y que requerían un trabajo cada vez menos solitario y ligado a la comunidad científica. Aunque su obra merecía el reconocimiento académico, nunca recibió título alguno. Una calle de París y un Liceo llevan su nombre, y una placa, en la casa donde murió, (el número 13 de la rue de Savoie) la recuerda como matemática y filósofa. Actualmente, el Instituto de Francia, a propuesta de la Academia de Ciencias, concede anualmente “Le prix Sophie Germain” al investigador que haya realizado el trabajo más importante en Matemáticas, pero todo este reconocimiento es póstumo, ya que incluso en su certificado de defunción lo que figura como profesión es rentista y no matemática.
Miércoles, 26 de Noviembre de 2008 | Imprimir | PDF |  Correo electrónico | Leer más
Historia de las matemáticas/Biografías de matemáticos ilustres
Autor:Carlos Sánchez Fernández y Rita Roldán Inguanzo (Universidad de La Habana)
Christian Goldbach nace el 18 de marzo de 1690 en el seno de la familia del profesor de Historia y Retórica Bartolomeus Goldbach de la Universidad de Königsberg. El primer maestro de Goldbach fue su padre, quien sin dudas ejerció una notable influencia en la amplitud de intereses culturales que durante toda su vida mostró Christian. Poco sabemos de los años escolares, pero a partir de los 19 años comenzó un diario que se conserva y ha sido estudiado. Su padre murió cuando Christian tenía 18 años de edad y su espíritu inquieto aún no había encontrado el camino cierto para su realización. El hermano mayor de Christian Goldbach estudiaba en la Universidad de Leipzig que era una de las más antiguas de Europa y tenía una reconocida fama. Goldbach también matricula en esta universidad para estar con su hermano mayor y en un ambiente intelectual que le apetece. En Leipzig contacta con Christian Wolff, confeso discípulo de Leibniz en Matemáticas y Filosofía Natural. Será Wolf quien le facilite su primer encuentro con Leibniz, cuando Goldbach acaba de cumplir 21, mientras Leibniz ya contaba con 65 años de edad. No obstante, Leibniz lo estimula a continuar con sus preocupaciones científicas, particularmente matemáticas. Aunque esta no fue la única vez que estos dos sabios se encontraron, la mayor parte de su relación se llevó a cabo por cartas, ya que Goldbach emprende un largo viaje por Europa. En el diario se observa que en la época de este peregrinaje, sus intereses siguen siendo, amplios, sin preferencias científicas o humanistas. En total Leibniz y Goldbach se escribieron 11 cartas, las últimas dedicadas a temas de la teoría matemática de la música y el movimiento de los planetas. La última carta fue escrita por Leibniz en 1713 y Goldbach no continúa la correspondencia a pesar de que Leibniz muere tres años más tarde. Quizás la razón de ello sea el temor a verse envuelto en la penosa polémica con Newton y la Royal Society, que podría obstaculizar su carrera profesional y sus íntimas aspiraciones que fueron estimuladas con el nombramiento el 3 de diciembre de 1714 como Consejero de Federico Guillermo I, Rey de la emergente y pronto poderosa Prusia. En sus prolongados viajes por Europa Goldbach conoció a tres de los miembros de la afamada familia matemática de los Bernoulli: Nicolaus I, sobrino de los hermanos Jacob y Johann, y a dos de los hijos de este último, Nicolaus II y Daniel. Con Nicolaus I se encontró en Londres, en 1712 y después en Padua e intercambiaron sobre los temas científicos de la época. En el primer encuentro, Nicolaus, Goldbach y también el matemático francés exiliado en Inglaterra, Abraham de Moivre, discutieron sobre problemas simples de los números enteros en particular sobre la posibilidad de solución en enteros de las ecuaciones. xp - 3 = 9n o xp - 6 = 9n.También Nicolaus obsequió a Goldbach la tesis desarrollada bajo la guía de su tío Jacob sobre sumas infinitas y su aplicación a la cuadratura de áreas y la rectificación de curvas, la cual en ese momento resultaba para él oscura y difícil de comprender. Así todo parece indicar que desde entonces se ven estimulados sus intereses por los dos temas principales de sus reflexiones matemáticas: las propiedades de los números enteros y las sumas infinitas. A Nicolaus II, Goldbach lo conoció en Venecia en1721. En este encuentro y en la intensa correspondencia que mantuvieron durante un año, hasta la prematura muerte de Nicolaus, discutieron sobre temas relacionados con el nuevo cálculo de los diferenciales. Fue Nicolaus II quien recomendó a Goldbach que escribiera a su hermano Daniel, quien se interesaba tanto por los temas teóricos de las Matemáticas, como por sus aplicaciones. El intercambio epistolar entre Goldbach y Daniel Bernoulli duró más de 8 años y consta de más de 70 cartas. Al principio eran frecuentes los temas de Teoría de Números, pero también intercambiaron ideas sobre diferentes variantes de la ecuación de Riccati, sobre el llamado juego o paradoja de San Petersburgo relacionado con el cálculo de probabilidades y sobre temas de integración de funciones irracionales y sumación de series. Tras un largo peregrinar por Europa que duró alrededor de 6 años, Goldbach regresa a Prusia en 1724, donde conoció personalmente al matemático Jacob Hermann, discípulo de Jacob Bernoulli, quien se aprestaba a viajar a San Petersburgo, para laborar en la recién creada Academia de Ciencias. Goldbach se entusiasmó con la idea y envió una carta al Presidente de la nueva Academia, preguntando por la posibilidad de contratación. Aunque, por ese entonces no tenía resultados científicos significativos, sí poseía experiencia como consejero del reino de Prusia, a lo que sumaba una vasta cultura adquirida en sus viajes y visitas a los más ilustres sabios de la época. Después de algunas negociaciones fue nombrado Secretario de la Academia, con la obligación de escribir las actas de las reuniones, preparar la edición de las obras y conservar los documentos que se precisaran para llevar la historia de la institución y, junto con el Bibliotecario, se ocuparía de la correspondencia entre los académicos y otros sabios de Europa. A las gestiones de Goldbach como Secretario de la Academia se debió la contratación de los hermanos Nicolaus y Daniel Bernoulli, el primero para la cátedra de Mecánica y el segundo para la de Fisiología. Al fallecer Nicolaus, Daniel pasó a la cátedra de Mecánica y propuso a su coterráneo y amigo Leonhard Euler para la plaza de Fisiología. Así conoció Goldbach a quien, a pesar de ser 17 años más joven, sería el mejor corresponsal y confidente de su elucubraciones matemáticas. La correspondencia entre Euler y Goldbach duró hasta poco antes de su fallecimiento y consta de casi 200 cartas sobre diferentes temas. En toda esta correspondencia se manifiesta la gran estima que Euler siempre profesó a las opiniones y consejos de Godbach, a quien escogió como padrino de su primogénito. Durante su estancia en San Petersburgo, Goldbach no solo realizó su trabajo como Secretario de la Academia de Ciencias, sino que pronto se vio inmerso en el torbellino de la alta política rusa de la época. Primero como preceptor del Zar Pedro II, sobrino de Pedro I (el Grande), que contaba con solo 10 años, después como consejero de la emperatriz Anna Ivanovna, también sobrina de Pedro I. Esta labor como consejero de los zares la continuó desarrollando aún cuando retornó a ocuparse de los asuntos de la Academia de Ciencias. Un mérito extraordinario de Goldbach es haber conseguido mantenerse dentro de los confidentes en la corte rusa mientras se sucedieron una tras otras las purgas administrativas y políticas. Cierto es que Goldbach poseía una cultura exquisita, además del alemán dominaba el latín y el francés, y entendía algo de ruso, además de poseer un amplio círculo de amigos influyentes y un indiscutible tacto diplomático. Desde 1742 es aceptado en el colegio de asuntos extranjeros con el rango de Consejero de Estado, realizando funciones que hoy denominaríamos como criptógrafo oficial. Muestra del respeto y el prestigio ganado sea que se le asignó uno de los aposentos del Palacio de Invierno, residencia de los zares rusos, y allí lo encontró la muerte el 1 de diciembre de 1764. El legado matemático de Goldbach Por supuesto que si comparamos los aportes matemáticos de Goldbach con los de cualquiera de los grandes sabios de la primera mitad de este siglo, resultan insignificantes. Pero si valoramos con justicia y objetividad sus influencias en el desarrollo de la comprensión de la naturaleza íntima de las matemáticas puras, sus estímulos al desarrollo de las investigaciones a través de sus contactos personales, de su correspondencia, de sus discursos en la Academia; y no centramos el análisis en sus pocas publicaciones originales o en la ausencia de premios obtenidos, sin dudas puede afirmarse que Christian Goldbach fue uno de los más influyentes sabios del siglo XVIII. Su nombre ha quedado prendado en una conjetura de la teoría de números que aún reclama resolución, pero sus más originales ideas son del campo de las sumas infinitas. En una carta a su amigo Daniel Bernoulli en 1723, Goldbach cuenta cómo comenzó su interés en el tema de la sumación de series. El primo de Daniel, Nicolaus I Bernoulli, le obsequió la tesis que había desarrollado con su tío Jacob sobre el tema de las sumas infinitas. Pero, la tesis de Nicolaus era la quinta y última de las que asesoró Jacob Bernoulli y Goldbach todavía desconocía las cuatro anteriores, por tanto, su ignorancia no le permitió inmediatamente apreciar el arte de calcular que subyacía en la tesis, y la dejó a un lado. Cinco años después lee un artículo de Leibniz “Sobre una relación exacta del círculo con un cuadrado inscrito expresada en números racionales” donde aparecen dos resultados sorprendentes relacionados con sumas infinitas: Una cuadratura aritmética del círculo:1 . Una cuadratura aritmética de la hipérbola: . El atractivo de estos resultados lo decidió a aprender lo necesario para apreciar mejor el arte del cálculo. Así Goldbach se dio a la tarea de indagar más sobre las series a través de los trabajos de algunos de sus contemporáneos, muy especialmente en las tesis dirigidas por Jacob Bernoulli. Así aparece la primera publicación de Goldbach en 1720, unas notas con algunas recetas ingenuas para expresar las sumas parciales de una serie, de forma que la estimación de su suma total fuera más expedita. Pero en sus publicaciones Goldbach no hizo ningún aporte prominente al arte de la sumación de series, ni en este primer artículo ni en los dos siguientes que se publicarían en 1729 y 1732. Sus ideas más originales y fructíferas las expuso en su correspondencia con Daniel Bernoulli y, principalmente, con Leonhard Euler. Era como si Goldbach poseyera un talento especial para componer agraciadas melodías de forma tal que sus brillantes corresponsales se sintieran estimulados a elaborarlas y presentarlas en muy diversas variantes. Fué Goldbach quién motivó a Euler para que se interesara por el famoso problema de Basilea: hallar la suma de la serie . Christian Golbach elaboró un original método de aproximación que lo llevó a estimar el valor de S entre 1,64 y 1,66, envió sus ideas por carta a Euler con el reto de mejorarlo. Dos años más tarde Euler hizo pública una asombrosa aproximación de 6 cifras decimales exactas: 1,643934. Y como es sabido, mas tarde encontró el valor exacto en función de la cuadratura del círculo unidad. Otro ejemplo de la fructífera relación con Euler ha quedado rubricado con el único teorema que enlaza sus nombres y también se refiere a las sumas infinitas. Goldbach conocía una forma de probar la igualdad y desafió a Euler para que encontrara otra demostración más precisa y concisa. En un extenso y maduro trabajo sobre series, Euler publica la demostración de este hecho y según él mismo reconoce, es la misma demostración que Goldbach le comunicó. Este es el resultado que actualmente se conoce como Teorema de Goldbach-Euler. La ingenuidad de Goldbach en el tratamiento de las sumas infinitas está acorde con el estilo fresco y artificioso de la época dorada del arte de sumación. Pero las ideas rudimentarias de Goldbach, corregidas, aumentadas y mejor expresadas por Euler, se pueden considerar como germen de lo que en la encrucijada de los siglos XIX y XX se conformaría como “Teoría de los algoritmos de sumación”. La verdad histórica sobre la enunciación de la conjetura de Goldbach En 1742 Euler se había trasladado a Berlín y Goldbach le escribe a su amigo sobre nuevas proposiciones que ha concebido relacionadas con los números primos: […] quisiera aventurar una conjetura: todo número que esté formado por dos números primos es una suma de tantos números primos como se desee (contando entre ellos a las unidades), hasta alcanzar solo unidades. Pero su especulación no se detiene allí. Al leer lo ya escrito reconoce que pudiera mejorar su conjetura y escribe al margen: [...] Al volver a leer esto encuentro que esta conjetura se pudiera demostrar con sumo rigor en el caso n+1, si se cumple en el caso n y n+1 se divide en dos números primos. La demostración es muy sencilla. Parece ser al menos que todo número de ese tipo que sea mayor que 1 es suma de tres números primos. En esencia, Goldbach indica cómo demostrar, mediante el método que hoy denominamos de inducción matemática, la siguiente tesis: Si un número se puede representar como suma de dos números primos, entonces también se puede representar como suma de tres números primos. Luego, el problema se reduce a determinar cuáles números se pueden representar como suma de dos números primos. Euler envía como respuesta a Goldbach la consideración siguiente: Que un número que sea resoluble en dos números primos, se puede descomponer a la vez en tantos números primos como se quiera, puede ser ilustrado y confirmado a partir de una observación que su excelencia me había comunicado anteriormente, que todo número par es una suma de dos números primos. Puesto que el número propuesto n es par, entonces n es una suma de dos números primos y como n-2 también es una suma de dos números primos, entonces n es una suma de tres, y también de cuatro, etc. Si n es un número impar entonces él es una suma de tres números primos, porque n-1 es una suma de dos y por tanto se puede resolver varias partes. Entonces Euler añade: Pero el que todo número par sea una suma de dos primos lo considero un teorema, a pesar de que no puedo demostrarlo… Sin dudas Euler aplicó su gran ingenio para tratar de demostrar lo que el considera un teorema: Todo número par mayor que 2 puede ser escrito al menos de una forma como suma de dos números primos. Pero ni la perspicacia de Euler ni la de todos los matemáticos que por más de 260 años han dedicado sus esfuerzos a la prueba o refutación de esta afirmación han tenido éxito. Esta conjetura se conoce en la actualidad con el nombre de Conjetura Binaria o Fuerte de Goldbach. A partir de la veracidad de la Conjetura Fuerte de Goldbach, resulta sencillo deducir la llamada Conjetura Débil o Ternaria de Goldbach que se acerca más a lo planteado por Goldbach en su carta a Euler y se expresa en la forma actual: Todo número impar mayor que 5 puede ser escrito al menos de una forma como suma de tres números primos. La demostración de esta afirmación a partir de la validez de la Conjetura Fuerte de Goldbach es muy sencilla, pues si n es un número impar mayor que 3, entonces se cumple que n=3+m, al considerar a m un número par mayor que 2, el cual, a su vez, según la Conjetura Fuerte de Goldbach, es la suma de dos números primos m=p+q. Luego, n=3+p+q. Aunque la Conjetura Débil de Goldbach se deduce directamente de la Conjetura Fuerte, también se han dedicado grandes esfuerzos a demostrarla directamente. En los años 30 del siglo pasado se avanzó considerablemente en el acercamiento a una demostración al probarse que existe un número entero bien determinado C de modo que todo número natural n puede ser escrito como suma de no más de C números primos, es decir, n=p1+p2+...+pm, tales que pi es primo (i=1,...,m)  y m ≤ C. Más adelante se logró probar que C ≤ 300000. La cota para esta constante C se ha logrado disminuir de forma sucesiva, así en los años 70 se logra probar que C ≤ 169 y, en esa misma década, se reduce sucesivamente hasta obtener que C ≤ 26. La mejor cota superior encontrada hasta el momento es 6. Sin dudas, con esto nos vamos acercando a la conjetura de Goldbach. Con el avance vertiginoso de la computación es de esperar que la brecha entre los valores comprobados de la conjetura y los aún dudosos se continúe reduciendo. La gran dificultad no consiste en el desarrollo de algoritmos eficientes para la determinación de las descomposiciones de un número dado en suma de dos números primos, sino, precisamente, en la poca eficiencia que tienen las pruebas para determinar cuando un número es primo. Como el propio Christian Goldbach reconociera, “aquellas proposiciones que son muy probables aunque falte una verdadera demostración” son sumamente útiles, “pues aún cuando se descubra que son incorrectas, pueden conducir al descubrimiento de una nueva verdad”. Bibliografía De las biografías de Goldbach, la que consideramos más completa es la de los historiadores rusos A. P. Yushkevich; Y. J. Kopelievich (1994) Christian Goldbach. 1690-1764. Aus dem Russischen übersetzt von Annerose und Walter Purkert. Vita Mathematica. 8. Basel: Birkhäuser. Por supuesto, recomendamos la más reciente publicada en castellano que hemos utilizado como sustento de esta síntesis C. Sánchez y R. Roldán (2009) Goldbach. Una Conjetura Indomable. Ed. Nivola. Madrid. Una interesante lectura en el maravilloso mundo de los problemas abiertos de la teoría de números y con su primer capítulo dedicado a la conjetura de Goldbach es Guy, R. K. (2004) “Unsolved Problems in Number Theory”, 3rd ed. New York: Springer Verlag. La correspondencia entre Goldbach y Euler constituye una lectura de gran interés que recomendamos fuertemente. Se puede consultar, por ejemplo, en http://www.informatik.uni-giessen.de/staff/richstein   Nota: 1 En la época se denominaba cuadratura de una curva al cálculo de algún área determinada por ella.
Miércoles, 20 de Enero de 2010 | Imprimir | PDF |  Correo electrónico


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