Stomachion

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venerdì 8 marzo 2013

Il primo numero di Annals of Mathematics

A gennaio del 1874 faceva il suo esordio The Analyst, curato da Joel Hendricks, che nelle sue intenzioni sarebbe stata una pubblicazione di supporto per
la presentazione e l'analisi di ognuna delle questioni di interesse o di importanza nella matematica pura e applicata, abbracciando in particolare tutte le nuove e interessanti scoperte nell'astronomia teorica e pratica, nella filosofia meccanica e nell'ingegneria.(1)
Dopo un primo anno come mensile a 16 pagine, la rivista con l'anno successivo diventa bimestrale a 32 pagine, andando avanti così fino al novembre del 1883, quando esce il 6.o numero del 10.mo volume.
Il suo posto viene preso da Annals of Mathematics, che di fatto è sempre The Analyst: ne prosegue, infatti, la linea editoriale espressa in quel primo numero del 1874. Dimostrazione di questo fatto è proprio il nuovo primo numero, datato Marzo 1884. Il suo sommario, infatti, inizia con un articolo astronomico di Asaph Hall: The Determination of the Mass of a Planet from the Relative Position of Two Satellites(2). Il punto di partenza è l'utilizzo della terza legge di Keplero per determinare la massa di un pianeta, di massa $m$ e con un satellite che gli ruota intorno, che ad esempio si muove intorno al Sole, di massa $M$ \[\frac{m}{M} = \frac{\tau_0^2}{\tau^2} \frac{a^3}{a_0^3}\] dove $\tau_0$, $\tau$ sono i periodi del pianeta e del satellite, e $a_0$, $a$ sono le distanze medie del pianeta dal Sole e del satellite dal pianeta. Ovviamente ci sarebbero da considerare alcune correzioni, come ad esempio il fatto che le orbite sono nella realtà ellittiche (anche se non di troppo). Ciò che però risulta interessante nell'articolo di Hall è che il suo obiettivo è quello di ridurre al minimo l'errore dovuto all'osservatore e senza dover necessariamente ripetere più volte la misura (che, secondo l'autore dell'articolo, non viene ridotto da questa buona pratica).
Il metodo proposto è quello sviluppato da Mr. Backlund, un astronomo dell'Osservatorio di Pulkowa che è sostanzialmente un metodo puramente geometrico che porta a un sistema di equazioni differenziali che risolvono il problema della determinazione della posizione esatta dei vari componenti del sistema fisico, dove $P$è il pianeta, $S_1$, $S_2$ i due suoi satelliti, $\Pi$ il polo celeste.
Si seguita a guardare sui cieli con la Luna, con la prima parte di un lavoro di tale G. W. Hill che si interessa delle influenze del moto dell'eclittica sul nostro satellite.

giovedì 10 gennaio 2013

Estrazione approssimata di una radice

Concludiamo con questo post il trittico di traduzioni di articoli matematici tratti dal primo numero di "Annals of Mathematics". In questo caso è Henry Heaton che ci propone un algoritmo abbastanza semplice per estrarre una buona approssimazione le radici $n$-sime dei numeri naturali.
Questo metodo è basato sull'osservazione che la radice $n$-sima di un numero è uno dei suoi $n$ fattori uguali, la media di $n$ fattori approssimativamente uguali sarà una approssimazione della radice. Ad esempio, 2 è una prima approssimazione della radice quinta di 40, e quindi \[40 = 2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2.5\] \[2.1 = \frac{1}{5} (2+2+2+2+2.5)\] è una approssimazione ancora più stretta. Questa può essere la base per una nuova approssimazione, e così via. Più in generale(3), se $x+h$ è la radice $n$-sima di $R$ \[\xi = \frac{(n-1)x + \frac{R}{x^{n-1}}}{n} = x + h + (n-1) \frac{h^2}{2x}\] che approssimativamente differisce dalla radice vera solo per una piccola quantità del secondo ordine. Quindi possiamo sempre prendere per $x$ il numero intero più vicino alla radice considerata, $h$ sarà una frazione propria minore di $\frac{1}{2}$, e l'errore commesso sarà inferiore di \[\frac{n-1}{8x}\] cioè, meno di $\frac{5}{4}(n-1)$ unità nell'$m$-simo decimale, dove $m$ è il numero di cifre di $x$.

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:

martedì 8 gennaio 2013

Proprietà degli asintoti retti

Sul primo numero di "Annals of Mathematics", il professor E. B. Smith propone un breve contributo sulle proprietà delle rette asintotiche, intese come rette che si avvicinano a una data curva nei suoi punti di divergenza o all'infinito, che vi vado a tradurre.
Buona lettura.

1. Il raggio-vettore dall'origine a un punto all'infinito è parallelo all'asintoto contenente quel punto. Quindi, se dall'equazione di ogni raggio di tale genere, $y = \mu x$, sostituiamo la $y$ nell'equazione algebrica di una curva, $\varphi (x, y) = 0$, e da $\varphi (x, \mu x) = 0$ estraiamo un valore $\mu_\infty$ corrispondente a $x = \infty$, otteniamo l'inclinazione dell'asintoto rispetto all'asse $x$.
2. L'intercetta dell'asintoto sull'asse $y$ è uguale alla differenza $\beta$ tra l'ordinata dell'asintoto e quella del raggio vettore $y = \mu_\infty x$, per ogni ascissa. O, detta $\beta = \mu x - \mu_\infty x$ \[\beta_\infty = \frac{\mu x - \mu_\infty x}{\left ( \frac{1}{x} \right )} \underset{x \rightarrow \infty}{\rightarrow} \frac {d \mu}{d \left ( \frac{1}{x} \right )}\] poiché in $\varphi$, $y = \mu x$ è l'ordinata della curva che diventa l'ordinata dell'asintoto quando l'ascissa va all'infinito. Così l'equazione dell'asintoto è \[y = \mu_\infty x + \beta_\infty\] 3. E' ovvio che nessun termine di $\varphi$ al di sotto del più grande o dell'$n$-simo grado entra nella determinazione dei valori finiti di $\mu$. Se ci sono valori infiniti, cioè, se ci sono asintoti paralleli all'asse $y$, questi possono essere trovati dal controllo del coefficiente della potenzia di $y$ più alta in $\varphi$.