Stomachion

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martedì 16 luglio 2024

Matematica, lezione 22: L'algebra

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Che posso dire? Quando nella recensione dedicata a Le trasformazioni geometriche scrivevo che mancava la definizione di gruppo, ero assolutamente certo che tale definizione sarebbe arrivata nel volumetto successico, il 22.mo, ovvero L'algebra di Paolo Gangemi. E nonostante di teoria dei gruppi e di algebra astratta, che poi è il tema del volume, come fisico ne ho utilizzato solo una parte, devo dire che le cose che ho imparato o perfezionato non erano così impossibili da comprendere e questo grazie agli studi di topologia e teoria dei gruppi portati avanti per il dottorato. Attenzione: ciò non vuol dire che per seguire il testo bisogna avere un dottorato in matematica o fisica, ma che, come consiglia lo stesso Gangemi, prima di affrontare lo step successivo è sempre bene avere ben chiari i passaggi fin lì assimilati.
E per quanto la materia sia astratta e quindi non banalissima nella comprensione, essa viene raccontata sì con le classiche definizioni e teoremi, ma soprattutto con una serie di esempi che, proprio per via dell'astrazione dell'argomento, risultano alla fine il modo migliore di affrontare l'algebra.

giovedì 21 marzo 2024

Matematica, lezione 5: L'algebra lineare

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Il testo dedicato all'algebra linare nella serie dei libriccini di matematica curati da Maurizio Codogno per la Gazzetta dello Sport è stato, in un certo senso, uno dei più veloci come lettura, questo perché sin dalle scuole superiori la geometria analitica è stata la branca della matematica che ho preferito più di tutte. Potreste chiedervi cosa c'entra l'algebra lineare con la geometria analitica, ma nella pratica quest'ultima non potrebbe esistere senza l'altra e non posso che aspettare con una qual certa aspettativa il sedicesimo volume della collana, esplicitamente dedicato alla seconda di queste due discipline e che mi aspetto quindi come seguito diretto de L'algebra lineare di Andrea Mercuri.
Questo quinto volumetto ha, però, il compito importante di introdurre concetti come la linearità e gli spazi vettoriali, con la definizione delle operazioni all'interno di questi spazi, come per esempio il prodotto scalare, e le trasformazioni (di simmetria) attraverso le matrici. Il tutto confezionato con l'inserto storico di Sara Zucchini decisamente in linea con l'argomento del volume, visto che quest'ultima si è dedicata, con il solito stile discorsivo, alla figura di René Descartes, anche noto come Cartesio, ideatore del famoso piano cartesiano che tanta importanza ha nell'algebra lineare (e nella geometria analitica).
Solo i problemi proposti da Maurizio non sono esattamente in argomento, ma alla fine ha ben poca importanza, visto che comunque ricadono in quella che viene normalmente chimata matematica ricreativa. E direi che fino a ora si gioca il titolo di migliore dei libri della collana insieme con Funzioni ed equazioni di Roberto Zanasi, anche per quel che riguarda i refusi presenti: un gran successo, direi!

giovedì 31 gennaio 2013

Ritratti: Thomas Harriot

Una delle più importanti rivoluzioni che il mondo ha visto è stata quella scientifica, fatta di storie piccole che con la forza della conoscenza hanno modificato alcuni aspetti della vita quotidiana. Il periodo però chiave per questa rivoluzione, quanto meno dal punto di vista Occidentale, parte con la fine del Cinquecento e gli inizi del Seicento. Se, infatti, si contano scienziati che, più o meno separatamente, anche nel tempo (vedi Jabir ibn Hayyan), hanno cercato di introdurre elementi sistematici nelle discipline scientifiche, è proprio in questo lasso di tempo che iniziano a farsi largo una serie di figure storicamente importanti per la scienza in generale. E molti di questi personaggi ebbero anche problemi con le istituzioni religiose, o comunque con il pensiero comune del tempo. Ad esempio Leonardo da Vinci, che anticipò la rivoluzione scientifica di mezzo secolo almeno, portava avanti più o meno clandestinamente le sue operazioni di dissezione dei cadaveri (7). Di Galileo, Kepler, Copernico le difficoltà in vita con la Chiesa sono, poi, note. E difficoltà analoghe le ebbe anche Thomas Harriot, matematico, astronomo, navigatore britannico, che venne accusato in maniera più o meno esplicita di ateismo insieme con sir Walter Raleigh, al cui servizio lavorò come navigatore, in particolare per alcune spedizioni nel nuovo mondo. In particolare sembra che fece parte di una prima spedizione che, salpata verso la famosa Roanoke, doveva preparare il terreno per la prima colonia britannica nelle terre scoperte da Colombo nel 1492. Ciò che è certo è che al suo rientro in patria scrisse e pubblicò nel 1588 un resoconto, A Briefe and True Report of the New Found Land of Virginia, che però sembra essere solo una versione breve di un più ampio e dettagliato resoconto, rimasto introvabile(1).
E' in ogni caso questo il momento in cui arrivano su Raleigh le accuse di ateismo, che inevitabilmente allontanano il matematico dall'esploratore. Harriot si era avvicinato a Raleigh grazie alla sua laurea in matematica, che dallo studio di alcuni documenti ufficiali, ha conseguito nel 1580 a Oxford, dove si era iscritto tre anni prima all'età di 17 anni. Thomas riuscì a far fruttare questa laurea nel campo della navigazione, anche grazie all'interesse di Raleigh nello sfruttamento della disciplina per migliorare la navigazione, come scrive ad esempio Hakluyt:
Ever since you perceived that skill in the navigator's art, the chief ornament of an island kingdom, might attain its splendour amongst us if the aid of the mathematical sciences were enlisted, you have maintained in your household Thomas Harriot, a man pre-eminent in those studies, at a most liberal salary, in order that by his aid you might acquire those noble sciences in your leisure hours ...(1)
I progressi ottenuti da Harriot, e quindi la fiducia nelle sue capacità, non si fanno attendere, come testimoniato da Pepper:
... he solved the problem of reconciling the sun and pole star observations for determining latitude, introduced the idea of using solar amplitude to determine magnetic variation and, as well as improving methods and devices for observation of solar or stellar altitudes, he recalculated tables for the sun's declination on the basis of his own astronomical observations. ... he produced a practical numerical solution of the Mercator problem, most probably by the addition of secants ...(1)
La fama di Raleigh di miglior navigatore del suo tempo è dunque dovuta essenzialmente ai progressi di Thomas Harriot, che nel momento in cui il suo primo mecenate iniziò a perdere potere, decise di cambiare datore di lavoro, passando alle dipendenze di Henry Percy, duca di Northumberland. Il rapporto con Percy gli permise di entrare a far parte della casta della nobiltà terriera, ovvero di quella fascia di popolazione che, pur non avendo alcuna origine nobiliare, era riuscita ad ottenere dei possedimenti.(1)
In questa situazione economicamente stabile il matematico scoprì una serie di risultati, che però non gli furono completamente attribuiti a causa di una mancanza di pubblicazione degli stessi. Uno degli esempi in questo senso è certamente la legge di rifrazione, che oggi porta il nome di legge di Snell e scoperta da questi nel 1621, ovvero 20 anni più tardi, come risulta dagli appunti, della scoperta di Harriot. La stessa scoperta di Snell venne pubblicata nel 1637 e non da Snell, ma da Cartesio.(1)
Un altro problema ottico che interessò Harriot fu il problema di Alhazen.
Abū ʿAlī al-Ḥasan ibn al-Ḥasan ibn al-Haytham, noto anche come Ibn al-Haytham o al-Basri, latinizzato in Alhacen e poi divenuto anche Alhazen, è stato un filosofo, astronomo e matematico arabo vissuto tra la fine del primo e l'inizio del secondo millennio. Uno dei suoi principali interessi fu nell'ottica, della quale è considerato uno dei padri, raccogliendo le sue osservazioni in un trattato, pubblicato in latino con il titolo Opticae thesaurus(3). Il trattato venne pubblicato in Occidente per la prima volta nel 1572 e il problema con la sua soluzione vengono raccontati alle pagine 144-148 di quell'edizione, nelle proposizioni 34, 38 e 39(3). Il problema possiamo così enunciarlo:

mercoledì 9 gennaio 2013

Soluzione di un'equazione quartica

L'equazione in questione è $x^4 + Ax + B = 0$ e la soluzione è quella proposta da A. M. Sawin sul primo numero di "Annals of Mathematics". E come avrete capito prosegue la serie (di tre) di traduzioni tratte da quello storico primo numero:
Dalle leggi di Harriot(1) deriviamo semplicemente le relazioni per le radici: \[x = -a, x = -b\] \[x = \frac{1}{2} \pm \sqrt{-3a^2 + 2ab + 3b^2}\] da cui \[x^4 + (a^3 + a^2b + ab^2 + b^3) x + (a^3b + a^2b^2 + ab^3) = 0\] \[A = a^3 + a^2b + ab^2 + b^3\] \[B = a^3b + a^2b^2 + ab^3\] Posto $y = a-b$, $z=a+b$, abbiamo \[z^3 + zy^2 = 2A\] \[3z^4 - 2z^2y2 - y^4 = 16B\] Eliminando $y$ otteniamo il risolvente cubico(2) nella forma \[z^6 - 4Bz^2 - A^2 = 0\] da cui può essere trovato $z$. Allora troviamo $y$ dalla relazione \[y^2 = \frac{2A}{z} - z^2\] e calcolando $a$ e $b$, possiamo formare in una volta le quattro radici. La forma dell'equazione è interessante per la sua occorrenza in occasionali problemi sulla resistenza dei materiali e nell'ingegneria idraulica.
[La combinazione delle radici qui utilizzata è stata impiegata per la prima volta da Bette in una oscura dissertazione (Neue Auflosung der biquadratischen Gleichungen, 1854). La forma del risolvente ottenuta è quella dovuta a Cartesio. - ED.]
Sawin A.M. (1884). Solution of the Quartic Equation, x 4 + Ax + B = o, The Annals of Mathematics, 1 (1) 14. DOI: