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Un espacio para reflexiones

miércoles, 31 de marzo de 2010

RADIOGRAFÍA DEL CERO

El diccionario define al cero como el número que expresa la ausencia de unidades o sea nada. Y a continuación agrega; cero a la izquierda, ser inútil o no valer para nada. Un cero en el boletín de calificaciones no es recomendable. Hasta aquí todo parece negativo, sin embargo el cero tiene muchos puntos positivos.

El número cero fue ideado probablemente por los hindúes y se le atribuye al célebre matemático y astrónomo indio del siglo VII Brahmagupta, de haber ideado el concepto y el símbolo del cero ya que esta idea aparece por primera vez en una de sus obras. El cero fue introducido en Europa por los árabes hacia el siglo XII, por medio del matemático italiano Leonardo de Pisa (Fibonacci, 1170 – 1240). Sin embargo el concepto de cero como nulidad debe haber existido desde tiempos inmemoriales. Lo que introdujeron los árabes fue la numeración decimal posicional, donde para pasar de unidades a decenas y centenas, etc. se agregan ceros a la derecha. Los números romanos, también decimales pero sin ceros ni estructura posicional, fueron desplazados y se refugiaron en los relojes públicos, los siglos y las placas conmemorativas.

El cero indica el inicio de muchas secuencias pero a veces se lo ignora. La numeración de los pisos de un edificio comienza con el número 1 y al piso inicial se lo designa como planta baja, sin embargo en la plaqueta de los ascensores se lo indica con un cero. Las medidas en general comienzan con cero, sean longitudes, superficies, etc. pero no sucede lo mismo con la temperatura. A principios del siglo XVIII Fahrenheit, Reaumur y Celsius colocaron el cero de sus termómetros en sitios más o menos arbitrarios hasta que Lord Kelvin puso el cero en su lugar, sin embargo en la práctica solo se usan las escalas termométricas clásicas.

Las horas, minutos y segundos comienzan en cero, pero los días, semanas y meses no. Los años merecen un comentario especial porque el cero no indica el comienzo del tiempo y se duda de la existencia del año cero. La llegada del tercer milenio reavivó la polémica porque no se pudo establecer con certeza si el mimo existió o no. En el año 532 el monje Dionisio el Exiguo estudió el calendario juliano a pedido del papa Juan I a fin de adaptarlo a la era cristiana y aunque hoy se supone que Jesús nació aproximadamente en el año 6 AC, el inicio de la era cristiana no se modificó.

Quienes niegan a existencia del año cero alegan que el signo cero no existía en esa época y que no se conocen eventos ocurridos en el año cero. En cambio ciertas coincidencias como el hecho de que en el calendario juliano la secuencia de pascua se repitiera cada 532 años (resultado de la combinación de los ciclos lunares cada 19 años y solares cada 28) permiten suponer que Dionisio el Exiguo inició el calendario, acaso inconscientemente, en el año cero. Por otra parte los números áureos parten del año cero y el calendario astronómico exige que exista el año cero (para medir lapsos entre las dos eras) aunque difiera en un año con el calendario cronológico en la era anterior a la cristiana. Al igual que en los últimos siglos, el 1º de enero de 2000 celebró con bombos y platillos el advenimiento del nuevo siglo (y en este caso del nuevo milenio), pero quedó la duda sobre la existencia del año cero. Haya existido o no, el año cero fue un hito en la historia de la humanidad, que separó dos eras, AC y DC, antes y después de Cristo.

Los siglos se numeran a partir del I, pero quizá hubiera sido mejor comenzar con el siglo cero, en cuyo caso cada siglo se correspondería con los años, así el siglo 19 comprendería los años 1900 a 1999 e Igualmente los restantes. Los italianos cuando estudian el Renacimiento se refieren al quattrocento o al cinquecento para mencionar eventos de los años 1400 o 1500 y uno se ubica mejor en la época.

La numeración de las calles de nuestras ciudades es mucho más racional que las de Europa, Nueva York o Japón. Sin embargo a veces una cuadra termina en el 500 en lugar del 499 y los carteles indicativos mencionan “400 – 500” en lugar de “400 –499”. El mojón Km 0 marca el inicio de las rutas del país y un 0 Km, así con el cero a la izquierda, es una sentida aspiración de muchas personas.

En las operaciones aritméticas el comportamiento del cero es errático. En la suma y en la resta el cero no modifica la situación. En la multiplicación anula y en la división por cero tiende a infinito. La potencia cero nos da 1 y el logaritmo de cero tiende a menos infinito. La división de cero sobre cero da cualquier número. En la secuencia de los números el cero es un mojón que separa los números naturales de los negativos y lo mismo ocurre en las coordenadas cartesianas En Electrotecnia el cero suele indicar el retorno o el centro de la estrella. En Economía la inflación suele medirse en porcentajes, pero cuando ésta se desborda debemos acudir a los ceros, como sucedió cuando quitamos 13 ceros al peso.

Con el progreso científico y la informática, el cero adquiere mayor importancia. Ya en el siglo XIX el número de Avogadro expresado con la potencia 23 nos indica que necesitamos muchos ceros para escribirlo. En telefonía para el llamado internacional se utilizaba el triple cero, luego con la automatización aparecieron el doble cero precediendo al número del país o al cero precediendo al de la ciudad y el gratificante 0800 que nos permite hablar gratis.

La globalización de los registros exigió el agregado de ceros para uniformarlos, mucho de ellos a la izquierda, por ejemplo aparecen matrículas que comienzan con cero. A las cuentas bancarias ya no les alcanza con 3 o 4 cifras y unidas al CBU tienen muchas más con unos cuantos ceros intermedios. Los códigos de barras que identifican las mercaderías y otros elementos son muy extensos y como ejemplo mencionamos una factura de un servicio público, cuyo código tiene 46 números, 18 de los cuales son ceros.

Pero la mayor jerarquización del cero la encontramos en la numeración binaria que permitió el desarrollo de la computación con sus infinitas proyecciones. En el sistema binario solo se necesitan 2 números el cero y el uno. Los demás números ya no interesan y solo aparecen cuando se traducen los problemas a nuestra numeración decimal que algunos pronostican que en un tiempo no lejano será considerada obsoleta.


Mario Hertig


hertig@ciudad.com.ar


Texto escrito en abril de 2006


jueves, 25 de marzo de 2010

DIVISIÓN POR 7 Y 49



La división por los números 7 y 49


Hace tiempo me llamó la atención el hecho que dividiendo 10 por 7 aparecía la fracción periódica 14 28 57 donde los diferentes pares de cifras duplicaban las 2 anteriores, pero luegoverifiqué que ello ocurría también dividiendo cualquier número por 7 o por 49. Seguí investigando y llegué a conclusiones interesantes e incluso intenté una demostración matemática que generalizaba esta propiedad a cualquier par de números.



En ninguno de los libros de Curiosidades Matemáticas que pude ver ni en Internet encontré referencias a este desarrollo, salvo alguna mención sobre la duplicación de las cifras o un artículo sobre la fracción 142857 que se relacionaba con la escala musical y otras cuestiones.



Agradeceré dirigir cualquier comentario u observación a mi dirección hertig@ciudad.com.ar



División por 7



Si dividimos por 7 un número que no sea múltiplo de éste, obtenemos una fracción periódica donde se repiten las cifras 142857. Esta fracción tiene la particularidad de que el número formado por la tercera y la cuarta cifras duplica al formado por las dos primeras; el formado por la quinta y sexta cifras duplica al formado por la tercera y la cuarta y así sucesivamente. Si bien 28 x 2 es igual a 56, a 56 le debemos sumar el 1 proveniente del par de cifras siguiente cuyo producto tiene 3 cifras en lugar de 2 (56 x 2 = 112).


Si continuamos el proceso multiplicando cada par de cifras por 2, desplazando el resultado 2 decimales y sumamos los valores hallados, obten emos la misma fracción periódica 142857:


Esta propiedad se cumple con cualquier cantidad de cifras que consideremos: 14 x 2 = 28, 142x2=284+1=285, 1428x2=2856+1=2857, etc., o comenzando con cualquier cifra 428x2=856+1=857, 2857x2=5714, etc.


Si la parte despreciada de la fracción (cifra siguiente no usada) multiplicada por 2 da 1 o más, debe sumarse 1 al resultado, por ejemplo 428(5) x2=856. Sumando 1 (por 0.5x2=1), da 857.


Si multiplicamos la fracción de 6 cifras por un número obtenemos siempre el mismo número, pero con sus cifras desplazadas: 142857x2=285714 o 428571x2=857142. Si el duplo de la fracción tiene una cifra más, la primera debe eliminarse y sumar a la cifra de las unidades la parte de la facción depreciada por 2. Sea 857142(8) x2=1714284 (donde 0,8x2=1,6) tenemos 1714284 – 1000000+1=714285.


Esto es válido para cualquier forma de expresar la fracción, por ejemplo, multiplicando 85714285(7)x6=514285710.. Siguiendo la regla de suprimir la primera cifra y sumar a las unidades la parte depreciada de la fracción por 6 (0,7x6=4) obtenemos 14285714 o sea el mismo número pero con las cifras desplazadas.


Multiplicando 142857 x 2 = 285714, obtenemos el mismo número con 2 cifras corridas


Multiplicando 142857 x 3 = 428571, obtenemos el mismo número con 1 cifra corrida.


Multiplicando 142857 x 4 = 571428, obtenemos el mismo número con 4 cifras corridas.


Multiplicando 142857 x 5 = 714285, obtenemos el mismo número con 5 cifras corridas


Multiplicando 142857 x 6 = 857142, obtenemos el mismo número con 3 cifras corridas.


Si dividimos 10 por 14, 28, 35, 56, 70, 112 o 175 (y por otros números que sean múltiplos de 7 y de 2 o 5 únicamente) aparece la misma fracción 142857..., pero no si lo dividimos por 21, 42, 63, 77, 84, 91, etc. (múltiplos de 7 y de 3, 11, 13, etc.).


Si dividimos la fracción periódica 142857... por 2, 4, 5 u 8 (y otros múltiplos de 2 y 5) aparece la misma fracción periódica, pero no sucede lo mismo si la dividimos por 3, 6 o 9. Curiosamente 3, 6 y 9 no figuran en la fracción 142857, pero esta es divisible por 3. Si consideramos los pares de cifras consecutivas de dicha fracción, 14, 42, 28 85, 57 y 71, notamos que están los múltiplos pares de 7 menores de 50 y los múltiplos pares mayores de 50 más 1.


División por 49

Si dividimos 10 por 49 obtenemos una fracción periódica de 42 cifras igual a 20 40 81 63 26 53 06 12 24 48 97 95 91 83 67 34 69 38 77 55 10... Siendo 49 el cuadrado de 7, este número es el cuadrado de 142857... y si dividimos 142857... por 7 obtenemos la fracción periódica mencionada.


Como en el caso de la división por 7, cada par de cifras duplica a las dos anteriores. Igualmente multiplicando la fracción por cualquier número (excepto múltiplos de 7) da el mismo número con las cifras desplazadas. Multiplicando por un múltiplo de 7 da 142857... y por 49 da 1.


Si dividimos la fracción por números que sean múltiplos de 2 y 5 únicamente, obtenemos dicha fracción, pero no sucede lo mismo si la dividimos por múltiplos de 3, 11, etc.


Si dividimos cualquier número por 49, aparece la fracción mencionada, excepto los múltiplos de 7 que dan 142857... Dividiendo un número por 98, 196, 245, 392 etc., (múltiplos de 49 y de 2 o 5) aparece la misma fracción periódica, no así dividiendo por 147, 294, 343, 441, 539, etc., (múltiplos de 49 y de 3, 7, 11, etc.)


Si en la fracción mencionada de 42 cifras consideramos los números formados por 2 cifras consecutivas contenidas en ella (20, 04, 40, 08, 81, 16, 63, 32, 26, 65, 53, 30, 06, 61, 12, 22, 24, 44, 48, 89, 97, 79, 95, 59, 91, 18, 83, 36, 67, 73, 34, 46, 69, 93, 38, 87, 77, 75, 55, 51, 10, 02), notamos que incluye a todos los números pares entre 1 y 49 (excepto los múltiplos de 7: 14, 28 y 42) y todos los números impares entre 50 y 98 (excepto los múltiplos pares de 7 más 1: 57, 71 y 85). Curiosamente los números 14, 28, 42, 57, 71 y 85 están contenidos en la fracción 142857... Es decir que entre las 2 fracciones contienen todo los números pares entre 1 y 49 y los impares entre 50 y 98.


Demostración


Dado dos números, demostraremos que su cociente es igual a la suma de una serie geométrica cuyos términos igualen, dupliquen, tripliquen, etc. a los anteriores y estén desplazados 1, 2, 3 o más decimales de los precedentes. Es decir que la propiedad que hemos hallado en las divisiones por 7 y 49 se cumple para todos los números, con la salvedad que la superposición de los términos de las series no permite visualizarlo fácilmente.


Sea el cociente de 2 números enteros: A/B.


Multiplicamos A y B por un número entero k:

A/B = Ak/Bk


El coeficiente k no es necesario para la demostración, pero como veremos más adelante, resulta útil para encontrar casos donde se cumpla la propiedad estudiada.


Si hacemos Ak = 10na, y Bk = 10n-m (siendo m < 10n por ser B > 0)


resulta a = Ak/10n (1), k = (10n-m)/B (2), m = 10n-Bk (3) y m/10n < 1(4)


reemplazando A/B = Ak/Bk = 10na/10n-m) (5) = a/{(10n-m)/10n] = a/(1-m/10n)

finalmente si m/10n =r A/B = Ak/Bk = a/(1-r)


Pero esta fórmula representa la suma de una serie geométrica de infinitos términos, cuyo primer término es a y cuya razón r es igual a m/10n y menor que 1 (4)..


Luego A/B = Ak/Bk será igual a la serie: a [1+ (m/10n) + (m/10n)2 + (m/10n)3 + ... (6)


En esta serie a es el primer término, m el factor que multiplica al término anterior y la potencia n la cantidad de decimales que se desplaza cada término con respecto al precedente. Es decir que el cociente A/B (o Ak/Bk) nos da una fracción periódica que cumple las condiciones de nuestro enunciado.


Esto es válido para cualquier cociente de números enteros, pero como dijimos, en la mayoría de los casos al sumarse los términos, estos se superponen y desdibujan la propiedad mencionada. En cambio si el factor multiplicador m es pequeño (1, 2, 3 o 4) encontramos cocientes de números enteros donde se cumple esta condición.


Consideremos los cocientes mencionados de 1/7 y 10/49, donde dos cifras sucesivas duplican a las dos anteriores. Es decir que los cocientes nos tienen que dar series geométricas infinitas donde el factor multiplicador m es igual a 2 y la potencia n igual a 2.

En ambos casos usamos el factor k, pues de lo contrario resultaría (3) m = 10n–B = 102–7 = 93 (para el caso 1/7) y m = 102-49 = 51 (para el caso 10/49). O sea que el factor m sería muy alto y la superposición de los términos desdibujaría la propiedad mencionada. Pero eso se soluciona multiplicando A y B por un factor k, siempre que exista un numero entero k que multiplicado por B nos dé un valor muy cercano a 10n, para que m = 10n-Bk resulte pequeño.

En el cociente 1/7 donde debería ser m=2 y n=2, determinaremos k y a


Por (2) k =(10n-m)/B = (102-2)/7 = 14. Por (1) a =Ak/10n = 1*14/102 = 0,14.


Multiplicando A y B por 14 y reemplazando en la serie (6):

1/7 = 14/98 = 0,14[1+2/102+(2/102)2+(2/102)3+...] = 0.14 + 0.0028 + 0,000056 + 0,00000112...

y 1/7 = 0,1428571 ...

Del mismo modo en la división 10/49, donde m=2 y n=2


k = (102-2)49 = 2 y a = 10*2/102 = 0.20 y remplazando en (6)

10/49 = 20/98 = 0,20 (1 + 0,02 + 0,022 + 0,023 + 0,024 + ....) = 0,2040816....

La aplicación del factor k permitió en ambos casos que en la fórmula (3) m = 10n-Bk resulte igual a 2


Otros casos

Hemos visto que el cociente A/B = 10na/(10n-m) (5)

es igual a la suma de una serie geométrica infinita que cumple la propiedad enunciada y que dando valores pequeños a m (1, 2, 3 y a veces 4) y a n valores mayores que 1, hallaremos pares de números cuyo cociente de una fracción periódica de las características mencionadas, o sea que 2 o más cifras sucesivas sean igual a las precedentes multiplicadas por m.


Si analizamos diferentes alternativas de m y n y consideramos que si a=1 y k=1,

A = 10n y B =10n-m, podemos hallar algunos casos.


Si n = 1, o sea que la razón de la serie es m/10 y el desplazamiento de una posición, resulta


Para m = 1, 10/9= 1,1111...

Para m = 2, 10/8 = 1+0,2+0,04+0,008+0,0016+0,00032+0,000064+... = 1,24999... = 1,25


La propiedad se cumple pero al desplazarse cada término una sola posición, los valores se superponen y no puede apreciarse fácilmente.

Si n = 2, la razón de la serie es m/102 y el desplazamiento de 2 posiciones, resultando:

Para m = 1, 100/99 = 1,01.01.01.01... Para m = 3, 100/97 =1,03.09.27.83...

Para m = 2, 100/98 = 1,02.04.08.16... Para m = 4, 100/96 =1,04.16.66666.


Si m es igual a 4 o mayor, los valores se superponen y la propiedad no se aprecia


Si n=3, la razón de la serie es m/103 y el desplazamiento de 3 posiciones, resultando:


Para m = 1, 1000/999 = 1,001.001.001... Para m = 4, 1000/996 = 1,004.016.064...


Para m = 2, 1000/998 = 1,002.004.008... Para m = 5, 1000/995 = 1,005.025.125...

Para m = 3, 1000/997 = 1,003.009.027... Para m = 6, 1000/994 = 1,006.036.217...



Multiplicando A por distintos números y considerando diferentes valores de m y n obtenemos:


200/98 = 100/49 = 2,04.08.16.32. 14/98 = 1/7 = 0,14.28.57.14.28...


2000/999 = 2,002.002.002... 2000/998 = 1000/499 = 2,004.008.016...


7000/996 = 7,028.112.449... 11000/996 = 11.044.176.706...


Si el divisor B no es primo, dividiéndolo por 2, 3, 4, etc., obtendremos valores del mismo, alejados de 10, 100, 1000, etc. que permiten apreciar la propiedad enunciada Sea


1000/996 = 1,004.016.064... 1000/249 = 4,016.064.257...


1000/498 = 2,008.032.128... 1000/166 = 6,024.096.385...


1000/332 = 3,012.048.192... 1000/83 = 12,048.192.771...


.

Las series estudiadas nos permiten hallar todos los pares de números cuyos cocientes dan una fracción de las características mencionadas.








Mario Hertig

hertig@ciudad.com.ar

Texto escrito en agosto de 1995