Category Archives: Matemàtica moderna

Sota aquest nom s’amaguen les publicacions relacionades amb la història de la matemàtica desenvolupada a partir del segle XVI a Europa. Des de François Viète a Leonhard Euler passant per Descartes, Fermat, Newton i Leibnitz: els vestigis de la matemàtica que fem servir avui dia.

L.EULER. Elements d’Àlgebra (I)

Leonhard Euler by Handmann .pngQuan Leonhard Euler tenia 63 anys, va veure la llum els seus Elements d’Àlgebra (1770), publicats en alemany per la Reial Acadèmia de les Ciències de Sant Petersburg. El llibre fa un repàs a diversos temes aritmètics, algebraics i d’anàlisi com són les potències i arrels, els logaritmes, les progressions aritmètiques i geomètriques, la resolució d’equacions… L’obra està estructurada en dues parts, la primera dedicada a l'”anàlisi de quantitats determinades” i la segona dedicada a les “indeterminades”. Per començar a fer-nos una idea de l’abast del llibre, aquí us deixo la traducció al català del primer capítol de la primera seció (“sobre els diferents mètodes de càlcul de quantitats simples”) de la primera part:

Capítol I: Sobre les Matemàtiques en general

Article I: Anomenem magnitud o quantitat a tot allò que pot créixer o decréixer. Una suma de diners és doncs una quantitat ja que la podem fer augmentar o disminuir. Passa el mateix amb el pes i altres coses d’aquesta naturalesa.

2. És evident a partir d’aquesta definició que els diferents tipus de magnituds són tan variats que ens provoca gran dificultat per poder-les enumerar: i això és l’origen de les diferents branques de la Matemàtica, cadascuna de les quals dedicada a un tipus particular de magnitud. Les Matemàtiques, en general, és la ciència de la quantitat; o, la ciència que investiga els significats de la mesura de la quantitat.

3. Ara, no podem mesurar o determinar cap quantitat excepte si considerem alguna altra quantitat del mateix tipus com coneguda i assenyalant la seva mútua relació. Per exemple, si fos proposat que es determinés la quantitat d’una suma de diners, hauríem de prendre alguna peça monetària coneguda com és un lluís, una corona, un ducat o qualsevol altra moneda i trobar quantes d’elles estan contingudes en la suma donada. De la mateixa manera, si fos proposada la determinació d’una quantitat de pes, hauríem de prendre un cert pes conegut; per exemple, una lliura, una unza, etc. i aleshores mirar quantes vegades un d’aquests pesos està contingut en el que volem trobar. Si volem mesurar una longitud o extensió, hem d’usar una longitud coneguda tal com el peu.

4. Per tant, la determinació o mesura de les magnituds de qualsevol tipus es redueix a: fixar una certa magnitud coneguda de la mateixa espècie que la que volem determinar i considerar-la com si fos la mesura o unitat; aleshores, determinar la proporció de la magnitud proposada respecte de la magnitud coneguda. Aquesta proporció està sempre representada pels nombres; per tant, un nombre no és res més que la proporció d’una magnitud respecte d’una altra d’arbitrària la qual s’assumeix com la unitat.

5. D’això se’n desprèn que totes les magnituds han de ser expressades amb nombres i que la fundació de totes les Ciències Matemàtiques ha de partir d’un tractat complet sobre els nombres i d’un examen acurat dels possibles mètodes de càlcul diferents. Aquesta part fonamental de les matemàtiques s’anomena Anàlisi o Àlgebra.

6. En Àlgebra doncs, considerem només els nombres que representen quantitats sense reparar en els diferents tipus de quantitats. Aquests són l’objecte d’estudi d’altres branques de les matemàtiques.

7. L’Aritmètica tracta els nombres en particular i és la ciència dels nombres pròpiament dita; però aquesta ciència s’extén només a certs mètodes de càlcul que passen a la pràctica habitual: l’Àlgebra, pel contrari, comprèn en general tots els casos que poden existir en la doctrina i el càlcul dels nombres.

 

P.FERMAT – L’equació de Pell (II)

El mateix mes de febrer de 1657, Fermat va enviar una carta a Bernanrd Frénicle de Bessy (c. 1606 – 1675) preguntant-li el mateix problema:

Cada nombre no quadrat és de tal naturalesa que un pot trobar una infinitud de quadrats pels quals pots multiplicar el nombre donat i si li afegeixes una unitat, obtenir un quadrat per resultat.

Per exemple: 3 és un nombre no quadrat que si multipliquem pel quadrat 1, dóna 3, i afegint-li la unitat, dóna 4, que és un quadrat.

El mateix 3, multiplicat per 16, que és un quadrat, dóna 48 i amb la unitat afegida dóna 49, que és un quadrat.

Hi ha una infinitud de quadrats que multiplicats pel 3 amb una unitat afegida donen un nombre quadrat.

Demano una regla general, -donat un  nombre no quadrat, trobar quadrats que multiplicats per un nombre donat donin un quadrat a l’afegir-los a una unitat.

Per exemple, quin és el menor quadrat que multiplicat per 61 amb una unitat afegida donarà un quadrat? A més a més, quin és el menor quadrat que multiplicat per 109 amb una unitat afegida donarà un quadrat?

Si no em dones la solució general, aleshores dóna una solució particular d’aquests dos casos els quals, els he escollit petits per tal de no posar gran dificultat. Després que hagi rebut la teva resposta, et proposaré una anltra matèria. No cal dir que la meva proposició és trobar enters que resolguin la qüestió ja que en el cas de les fraccions, el pitjor dels aritmètics podria trobar la solució.

Com a curiositat es pot dir que el matemàtic francès Frénicle de Bessy es va dedicar a la teoria de nombres i va ser capaç de resoldre molts dels problemes plantejats per Fermat.

P.FERMAT – L’equació de Pell (I)

En 1929, el matemàtic David Eugene Smith va publicar amb l’editorial McGraw-Hill un interessant source book de les matemàtiques que Dover va reeditar en 1959. Per qui no ho sàpiga, un source book és una recol·lecció de publicacions originals que l’autor es dedica a anotar i que serveix a l’interessat per poder llegir directament les paraules de l’autor. El llibre està estructurat en cinc parts (teoria de nombres, àlgebra, geometria, probabilitats i càlcul, funcions i quaternions) i hi apareixen fragments d’obres que van des de matemàtics del s. XV a Abel, Bessel o Hamilton. En aquesta entrada he posat l’atenció en les pàgines 214-216 on hi ha una breu explicació de la feina que va fer Fermat sobre l’equació de Pell, coneguda actualment amb el nom de Fermat-Pell. Més endavant, he traduït al català les paraules de Fermat (en vermell) amb les disculpes que per començar demano a Fermat ja que ell la va escriure en llatí, en el llibre està en anglès i jo n’he fet la segona versió i no directament de l’original.

Smith comença l’episodi recordant-nos que va ser Pierre de Fermat (c. 1608-1665) el primer en dir que l’equació de Pell:

x2 – Ay2 = 1

amb A un nombre no quadrat, té infinites solucions enteres. La idea de resoldre aquesta estrany equació se li va acudir al pensar en un nombre qualsevol x tal que al fer 2x + 5 i 5x +3, ambdós resultats fossin un quadrat perfecte. Smith també ens explica que Fermat va proposar la resolució de l’equació de Pell com a repte en forma de carta als matemàtics anglesos Lord Brouncker i John Wallis i després, va oferir el repte a tota la comunitat matemàtica: i aquestes són les paraules de Fermat en aquesta segona carta de febrer de 1657:

No hi ha gairebé ningú que exposi qüestions purament aritmètiques i tampoc gairebé ningú que les entengui. No és perquè l’aritmètica ha estat tractada fins ara geomètricament i no aritmèticament? Això és certament perquè ha estat intimidada per molts treballs dels escriptors antics i moderns, inclòs Diofant. Malgrat que ell es va separar una mica més de la geometria que la resta, va limitar el seu estudi només als nombres racionals. Tanmateix, la Zetetica de Viète, en la qual el mètode de Diofant s’extén a les quantitats contínues i d’aquesta manera a la geometria, prova suficientment que aquesta branca no està totalment separada de la geometria.

Així, l’aritmètica demana per sí mateixa la teoria de tots els nombres com a estat propi. Els Aritmètics (“nens de l’aritmètica”) han de procurar en fer-la avançar ja que va ser representada imperfectament per Euclides als seus Elements i a més a més, no està suficientment defensada per aquells que el van seguir. Potser està conciliada en aquells llibres de Diofant els quals van ser destruïts pels mals fets pel pas del temps.

A aquests, per tal de mostrar-los-hi la llum que ha de marcar el camí, proposo el següent teorema o problema per a ser provat o resolt. A més a més, si el descobreixen, admetran que qüestions d’aquest tipus no són inferiors a les més que celebrades de la geometria ni en subtilesa o dificultat ni en mètode de prova. Donat qualsevol nombre no quadrat, aleshores hi ha un nombre infinit de quadrats que multiplicats pel nombre donat, donen com a resultat un altre quadrat al sumar-los amb la unitat.

Exemple: donat el 3, que és un nombre no quadrat; aquest nombre multiplicat pel nombre quadrat 1 i sumant 1 al resultat, dóna com a resultat 4, que també és un quadrat. A més a més, el mateix 3 multiplicat pel quadrat 16 i sumant-hi 1 dóna 49, que també és un quadrat. I a banda de l’1 i del 16, un nombre infinit de quadrats es poden trobar amb la mateixa propietat. Tanmateix, de mano una norma general per qualsevol nombre no quadrat donat. El que busquem és, per exemple, trobar un quadrat tal que quan el multipliquem per 149, 109, 433… el resultat sigui un altre quadrat quan li sumem una unitat.

Com es pot llegir, Fermat era un apassionat de l’aritmètica i, justament per això, no va conjeniar amb Blaise Pascal, més interessat per la naixent probabilitat. Smith també ens comenta que el nom de Pell donat a aquest tipus d’equació ve d’un error d’un dels matemàtics més prolífics de la història: Leonhard Euler. Ell va pensar que… no, no. Potser que us ho mireu vosaltres, no?