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Posts etiquetados con ‘Arquímedes’

La tumba de Arquímedes

Conocemos la historia de la muerte de Arquímedes durante el sitio de Siracusa en la Segunda Guerra Púnica. Mientras Arquímedes hacía sus dibujos y cálculos en la arena, un soldado le ordenó que fuera a reunirse con Marcelo, el general romano, pero él se negó, diciendo que tenía que terminar de trabajar en el problema. El soldado se enfureció y mató a Arquímedes con su espada.

La muerte de Arquímedes, por Edouard Vimont (1846-1930)

Se cuenta que las últimas palabras de Arquímedes fueron “Noli turbare circulos meos”, aunque no existen pruebas. En una obra posterior a los hechos de Valerio Máximo se dice “… sed protecto manibus puluere ‘noli’ inquit, ‘obsecro, istum disturbare’” (“… pero protegiendo el polvo con sus manos, dijo ‘te ruego que no toques esto’”).

Se cuenta también que Marcelo se enfadó muchísimo con el soldado, ya que tenía a Arquímedes por uno de los sabios más venerados en esa época. Esta historia causó una enorme impresión en Sophie Germain, y cuando Napoléon conquista Prusia, intercedió para que no se le causara daño a Carl Gauss. Este agradeció la intervención pero declaró no conocer a Sophie Germain, y esta tuvo que revelarle que era el misterioso M. Le Blanc que se carteaba con el matemático alemán.

Arquímedes fue enterrado en Siracusa, y según había el dispuesto, en su tumba debería colocarse una esfera inscrita en su cilindro, ya que estaba muy orgulloso de su resultado sobre la relación entre los volúmenes de ambos sólidos: el del cilindro es una vez y media el de la esfera. Este resultado, hoy educido a un simple cñalculo usando integrales, lo obtuvo Arquímedes con muchísimo esfuerzo haciendo uso de su método de exhaustión.

Cicerón descubriendo la tumba de Arquímedes, por Benjamin West (1805)

La ubicación de la ttumba de Arquímedes se perdió con el tiempo (falleció en el 212 aC), pero años más tarde, Cicerón, en sus Disputaciones Tusculanas (una de sus obras de contenido filosófico más interesantes y peculiares datad en el 75 aC), relata como ayudó a los siracusanos a encontrar la tumba perdida:

“No compararé ahora la vida de éste, la más horrible, la más miserable, la más detestable que yo pudiera imaginar, con la de Platón o Arquitas, hombres doctos y verdaderamente sabios; de la misma ciudad yo voy a hacer salir del polvo y de su varilla a un hombrecillo humilde, que vivió muchos años después, a Arquímedes. Siendo yo cuestor, logré descubrir su sepulcro, desconocido para los Siracusanos, y cuya existencia ellos negaban, que estaba rodeado y cubierto por completo de zarzas y matorrrales. Yo conservaba en mi memoria unos breves senarios, que según la tradición estaban grabados sobre su monumento, que indicaban que encima del sepulcro se había colocado una esfera con un cilindro. Mientras yo estaba recorriendo con la mirada toda la zona —pues junto a la puerta de Agrigento hay un gran número de sepulcros—, reparé en una columnita que apenas se elevaba por encima de los matorrales, en la que había la figura de una esfera y un cilindro. Yo dije de inmediato a los siracusanos —también me acompañaban las autoridades— que, según creía, aquello era exactamente lo que buscaba. Enviados muchos hombres con hoces, limpiaron y despejaron el lugar. Cuando se nos abrió un acceso al mismo, nos acercamos a la parte frontal del pedestal. Se veía una inscripción con las partes finales de los versos corroídas casi hasta la mitad. De manera que la ciudad más ilustre de Grecia, y en otro tiempo también las más docta, habría ignorado el monumento de su ciudadano más ilustre, si no se lo hubiera dado a conocer un hombre de Arpino.”

Aclaremos que Arpino, una pequeña ciudad del Lacio meridional, era la patria de Cicerón, y que la “varilla” aludía al polvillo de vidrio que usaban los matemáticos para trazar en él con una varilla sus figuras y diagramas.

A pesar de los esfuerzos de Cicerón, la tumba se perdió de nuevo, auqnue los siracusanos afirman que estaba situada en unas cavidades que muestran a los turistas. Los matemáticos no hemos olvidado sin embargo a uno de los gigantes de nuestra disciplina, y su efigie y el cilindro y la esfera están grabados en las medallas Fields.

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Manuel de León (CSIC, Fundador del ICMAT, Real Academia de Ciencias, Real Academia Canaria de Ciencias, Real Academia Galega de Ciencias).

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Historias de Pi: calculando el área del círculo

En una entrada previa, reflexionamos sobre le relación entre la longitud de una circunferencia y su diámetro, que, como aprendimos en la escuela, es  el número π . Una relación similar ocurre cuando queremos calcular el área de un círculo, que sabemos es el cuadrado del radio multiplicado por π. Pero esta relación de proporcionalidad , intuitiva sin duda, tampoco es tan evidente.

 

Estos teoremas de la geometría (pues eso son) que se enuncian tan fácilmente y que aprendemos de manera universal, tienen demostraciones muy sutiles. Ya vimos en la entrada aludida que la prueba del correspondiente a la longitud de una circunferencia descansa en una noción que los matemáticos tardaron siglos en formalizar adecuadamente, la de límite (o si se quiere, la de su prima hermana, la derivada).

 

Arquímedes según Domenico Fetti (1620)

Una primera prueba de que el área de un círculo de radio r es A = π  r2 se debe a Arquímedes. Si pensamos en una sucesión de polígonos regulares inscritos en el círculo, sabemos que el área de cada uno de ellos es la mitad del perímetro multiplicado por la distancia del centro a sus lados (la apotema). Si imaginamos ahora al límite (por ejemplo, cuando el número de lados tiende a infinito), entonces

A = ½ x 2 π r x r

Previo a Arquímedes, Hipócrates de Quíos (470 a.C.-410 a. C.) probó que el área de un círculo era proporcional al cuadrado del diámetro, cuando trataba de resolver el problema de la cuadratura del círculo (construir un cuadrado con el mismo área de un círculo dado solamente con regla y compás). Hipócrates lo quiso resolver con el llamado problema de la cuadratura de la lúnula (veáse la figura 1).

Figura 1

Arquímedes utilizó el llamado método exhaustivo, introducido por Eudoxo de Cnido (390 a. C.-37 a. C) introdujo el método exhaustivo, un antecedente del cálculo integral, para probar que el área de un círculo era proporcional al cuadrado del radio. En el razonamiento de Arquímedes, en el paso al límite, se usa de una manera no rigurosa pero acertada como las secantes (los lados de los polígonos) se aproximan a la longitudes de arco, y las apotemas al radio.

Es interesante recordar los argumentos de Arquímedes. Primero, compara el área del círculo con la de un triángulo rectángulo cuya base mida lo mismo que la longitud de la circunferencia y cuya altura sea el radio. Entonces razona: supongamos que no coincidan, o sea que será mayor o menor, y en cada caso, llega a una contradicción. ¿Qué tiene esto que ver con los polígonos inscritos? Sea A el área del círculo y a la del triángulo, y sea E el exceso en el caso de que A sea mayor que a = 1⁄2cr, donde c es la longitud de circunferencia y r el radio. Inscribimos un cuadrado en el círculo, y nos quedan cuatro segmentos iguales. Sea S4 el área de esos cuatro segmentos y supongamos que S4  es mayor que E. Si ese es el caso, divido cada segmento en dos y obtenemos un octógono. Hacemos lo mismo, contamos el área de esos ocho segementso, que será S8 . De nuevo, vemos si es mayor que E, y así hasta que lleguemos a un polígono de n lados tal que el correspondiente área Sn sea menor que E. Entonces el área del polígono será Pn = A – Gn, mayor que la del triángulo.

Y ahora llega la contradicción. Trazamos una apotema de longitud h. Si cada lado del polígono mide s, entonces el perímetro, ns, es menor que c. El área del polígono es ½ nsh. Como h es menor que r y ns menor que c, el área del polígono debe ser menor que la del triángulo, lo que es una contradicción.

El argumento en el otro caso funciona de manera parecida, y en consecuencia, debe darse la igualdad.

Hoy en día tenemos instrumentos mucho más precisos. La integración nos permite calcular el área de un círculo de varias formas, muy elegantes y sencillas.

Me gustaría terminar con una reflexión sobre el ingenio de los matemáticos de otras épocas, que sin contar con las técnicas del cálculo diferencial e integral fueron capaces de obtener logros que ahora nos parecen evidentes.

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Manuel de León (CSIC, Fundador del ICMAT, Real Academia de Ciencias, Real Academia Canaria de Ciencias, Real Academia Galega de Ciencias).

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