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Uno dei blog di .mau.

Parole matematiche: modulo

Credo che l’aritmetica modulare sia una delle ragioni principali per fare odiare gli orologi, soprattutto quelli analogici: almeno non sento mai nessuno fare esempi tipo “tre ore dopo le 23 sono le 2, perché si sta lavorando modulo 24”. Confesso che a me piace trovare esempi di uso della matematica nel mondo reale, ma mi sono stufato di sentire sempre parlare di “aritmetica dell’orologio” e gradirei qualche altro esempio… chessò, l’aritmetica delle vie di Torino, con le curve a destra che si fanno modulo 4. Ma qual è l’origine della parola?

Non ci crederete, ma è la stessa di “moda”, di cui avevo già parlato: il termine latino modus, -i che come forse ricordate significa “misura”. In realtà la parola che si usa è però il diminutivo modulus, -i, che chiaramente significa “misura piccola”. In realtà non so esattamente se sia una misura piccola oppure no: però in italiano la prima occorrenza della parola “modulo”, almeno secondo il DELI, è addirittura precedente a Dante… o forse no. Cito: «‘misura del raggio della colonna, assunta come unità di grandezza alla quale si riferiscono le dimensioni delle altre parti dell’edificio’ (sec. XIV, Guido delle Colonne volgar.)». Ora il Guido delle Colonne che ho trovato io è del XIII secolo ed è un poeta, non certo un architetto. Va a sapere cosa volevano dire Cortellazzo e Zolli. Sicuramente però il significato architettonico è una costante nei secoli: basti pensare al Modulor di Le Corbusier, o banalmente agli onnipresenti moduli componibili. Ma i primi usi della parola “modulo” in altri contesti riservano delle belle sorprese. Indovinate chi parla di modulo come “unità di misura dell’acqua corrente o concessa a scopo irriguo o industriale”? Camillo Benso, il Cavour. Il modulo da compilare, la misura insomma secondo la quale i documenti devono essere redatti e completati negli spazi prefissati, è sì nato come parola nella Repubblica Cisalpina (si sa, i francesi hanno portato in Italia anche la burocrazia, che non per nulla deriva da bureau), però al femminile (o al neutro plurale): “modula”. Il modulo come intendiamo noi, cioè uno schema prestampato da compilare volta per volta, viene usato per la prima volta nel 1862 da Giosuè Carducci, che era fresco di nomina alla cattedra di Eloquenza Italiana all’università di Bologna. Vorrà dire qualcosa?

Insomma, a parte il significato vero e proprio di misura che si è in parte perso, la parola modulo in italiano arriva all’inizio del XIX secolo. Ma anche in matematica il termine è coevo, ed è usato per la prima volta nella lingua… latina. È stato Carl Friedrich Gauss (non fatemelo scrivere Gauß… sono le mie manie di traslitterazione arcaica, un po’ come Mao Tse-Tung invece che Mao Zedong) a riscrivere da zero la teoria delle congruenze nelle sue Disquisitiones Arithmeticae, inventando il simbolo ≡; l’abbreviazione “(mod. n)”; e la parola “modulo”. E visto che le aveva scritte in latino, ha usato la parola latina. “Modulo”, in effetti, è un ablativo latino, e letteralmente quindi significa “con la misura”. Devo però aggiungere per completezza che sono andato a vedere il testo originale, e Gauss a pagina 2 non usa un ablativo ma bensì un accusativo: «E.g. −9 et +16 secundum modulum 5 sunt congrui» (grassetto mio). Chi abbia deciso di passare all’ablativo mi è ignoto: spero solo non sia Peano :-)

In definitiva, per una volta la colpa di essersi allontanati dall’originale non è dei matematici ma del resto del mondo!

29/07/2013 Uncategorized

Somme di quadrati [Pillole]

L’identità di Brahmagupta, dal nome di un matematico indiano del VII secolo, mostra come il prodotto della somma di due quadrati si può scrivere come somma di (altri) due quadrati:

 (a2+b2)(c2+d2) = (acbd)2 + (ad+bc)2

La formula è stata poi ri-scoperta da Fibonacci e ri-riscoperta da Fermat, e forse era già conosciuta da Diofanto.

Nel 1748 Eulero mostrò come il prodotto della somma di quattro quadrati si può scrivere come somma di quattro quadrati: nel 1843 Hamilton riscoprì la formula, che potete trovare per esempio qui. Nel 1843 il giurista John Thomas Graves e nel 1845 il matematico Arthur Cayley mostrarono come il prodotto della somma di otto quadrati si può scrivere come somma di otto quadrati. Ah, il matematico danese Ferdinand Degen l’aveva già scoperto nel 1818 (vedi qua).

A questo punto i matematici, oltre a capire che non era bello perdere tempo a ridimostrare qualcosa, hanno iniziato a cercare un modo per scrivere il prodotto della somma di sedici quadrati come somma di sedici quadrati; ma nel 1898 Adolf Hurwitz dimostrò che (1), 2, 4 e 8 erano gli unici casi possibili. Fine della storia? Quasi. Il bello è che questi casi sono gli unici che funzionano perché corrispondono alla moltiplicazione rispettivamente nei numeri reali, nei complessi, nei quaternioni (ciao, Hamilton!) e negli ottetti (ciao, Cayley!), e quelli sono gli unici corpi in cui si possano fare moltiplicazioni decenti, come raccontavo qualche anno fa. La matematica è sempre troppo interconnessa.

11/07/2013 Uncategorized

Epidemie

Anche stavolta parlo di un problema tratto da Numberplay. Il matematico ungherese naturalizzato britannico Béla Bollobás racconta:

Un’epidemia si sta propagando in una scacchiera 12×12. Inizialmente solo alcune caselle sono infette: una casella infetta lo rimarrà per sempre, e una casella non infetta si infetterà se avrà almeno due caselle confinanti infette. Per “confinanti” si intende “che la toccano su un lato”, quindi una casella ha al più quattro caselle confinanti. Qual è il numero minimo di caselle inizialmente infette che potrà infettare tutta la scacchiera?

Per la cronaca, è possibile partire da una configurazione di ben 132 caselle infettate (tutte tranne la riga superiore della scacchiera) e non riuscire a infettare tutta la scacchiera: è facile vedere che la riga superiore non verrà mai infettata, poiché ogni casella ha solo un vicino infetto. Ma il killer della tastiera può scegliere opportunamente i punti di infezione e usarne molto meno. Volete sapere come?

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12/07/2013 Uncategorized

Basta saperlo…

Lo so, è estate, ma non fa poi così caldo: insomma, potete anche lavorare un po’. Eccovi due problemi matematici: come fareste per risolverli?

  • Quante sono le stringhe binarie – quindi composte di 0 e 1 – Bn di lunghezza n che non contengano all’interno due cifre 1 consecutive? Per esempio, 000101 è valida, mentre 001101 no.
  • Quanti sono i sottoinsiemi Sn dell’insieme {1, 2, …, n} in cui non ci sono mai due numeri consecutivi? Per esempio, con i numeri da 1 a 6 il sottoinsieme vuoto {} e {1,3,6} sono validi mentre {2,3,5} no, perché ci sono 2 e 3.

 
Visti così, i due problemi sembrano piuttosto ostici: d’altra parte questa dovrebbe essere la situazione tipica di quando ci si trova di fronte a un problema. Certo che se un’anima pia ci dicesse “Dimostrate che il numero di stringhe Bn è dato dalla formula blablabla” sarebbe tutta un’altra cosa, vero? Devo fare l’anima pia? Massì, su: leggete qui sotto, se non volete fermarvi a risolverlo completamente per conto vostro.

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08/07/2013 Uncategorized

La lunga marcia verso i primi gemelli [Pillole]

La caccia via Polymath alla riduzione della differenza minima raggiunta da infinite coppie di numeri primi (ne parlavo (qui e poi qui) continua imperterrita, e quasi ogni giorno il limite si riduce. Alle 13:30 di oggi il limite sembra essersi ridotto da 70 milioni a 12.006 (cioè ci sono infinite coppie di primi a distanza non superiore a 12.006 tra di loro), con una possibile riduzione a 10.206.

Il bello di guardare la tabella di quel wiki, anche per chi come me non ha voglia né forse le conoscenze per capire quali sono le costanti matematiche coinvolte, è che ci sono risultati cancellati, perché ci si è accorti che la dimostrazione era sbagliata. Immagino non ci sia molta gente, tra chi non fa matematica di mestiere, che pensasse che in matematica avesse senso usare un wiki, visto che tanto i risultati – quando ci sono – sono certi e non modificabili… Diciamo che quella pagina mostra meglio di tante altre cose lo sforzo necessario per avvicinarsi a un risultato.

Aggiornamento: che dicevo? Alle 7:48 (GMT+2) di stamattina il limite è 7860.

25/06/2013 Uncategorized

Permutazioni alla maturità 2013

Anche quest’anno è arrivato il testo della prova scritta di matematica per l’Esame di Stato (la maturità, per i vecchietti come me) e anche quest’anno ci sono stati i soliti mugugni. Lascio ad altri siti specializzati la soluzione di tutto il compito, e mi limito a parlare di uno dei quesiti del questionario, che a mio parere era piuttosto interessante. Il testo:

‌Con le cifre da 1 a 7 è possibile formare 7! = 5040 numeri corrispondenti alle permutazioni delle 7 cifre. Ad esempio i numeri 1234567 e 3546712 corrispondono a due di queste permutazioni. Se i 5040 numeri ottenuti dalle permutazioni si dispongono in ordine crescente qual è il numero che occupa la settima posizione e quale quello che occupa la 721-esima posizione?

Spero che nessuno si sia messo a fare una lista dei primi 721 elementi per trovare la soluzione…

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20/06/2013 Uncategorized

Parole matematiche: push the envelope

Oggi faccio un’eccezione, e invece di una parola italiana parlo di un’espressione idiomatica inglese che almeno a quanto ne so non ha un vero equivalente italiano: il suo significato è “spingersi ai limiti estremi, magari estendendoli”. La cosa divertente è che la parola “envelope” non c’entra affatto con la busta… o no?

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10/06/2013 Uncategorized

Matematica per analogie

La scorsa settimana Douglas Hofstadter era a Bologna, a ricevere una laurea honoris causa in “Progettazione e gestione didattica dell’e-learning e della media education” (boh). Il giorno dopo, sempre a Bologna, ha tenuto una conferenza intitolata “L’onnipresenza dell’analogia in matematica”, conferenza che mi ha visto in prima fila tra il pubblico. Ho pensato di riportare qui una parte della conferenza, quella su un teorema aritmetico di Stanislaw Ulam, perché potrebbe spiegare come fanno i matematici a essere matematici, e soprattutto perché chi matematico non è si trova a malpartito.

Dopo aver spiegato che i matematici mettono sempre tutti in guardia dall’errore di pensare che una qualche proprietà sia valida per analogia, Doug scrisse sulla lavagna un’uguaglianza molto semplice:

     1+2 = 3

spiegando che probabilmente tutto il pubblico in sala sarebbe stato d’accordo sull’equazione ma nessuno avrebbe potuto dire cosa ci sarebbe stato dopo. In compenso, continuò, “quando aggiungerò la seconda riga tutti coloro con una mente matematica sapranno sicuramente come la successione continuerà”. Ecco le prime due righe:

     1+2 = 3
     4+5+6 = 7+8

Avete capito qual è la regola della successione di uguaglianze? E siete convinti che sia vera?

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03/06/2013 Uncategorized

Dizionario dei numeri [Pillole]

È facile trovare un numero molto grande in un articolo di giornale o in un post. Costa poco scriverlo, e fa sempre tanto effetto. È meno facile farsi un’idea di quel numero: chi è abituato può magari farsi un’idea della grandezza relativa del numero prendendone il logaritmo, ma spesso non serve. Tanto per fare un esempio banale: il debito pubblico italiano è circa duemila miliardi di euro. Che cosa vuol dire? Beh, potremmo dire che è più di trentamila euro a testa, e forse ci è più chiaro; ma forse per qualcuno è meglio vederlo come “quasi centomila euro a famiglia“.

Il problema non è solo nostro, tanto che Glen Chiacchieri ha pensato di creare un’estensione Chrome denominata Dictionary of Numbers che permette per l’appunto di avere spiegazioni approssimate ma comprensibili dei grandi numeri che si trovano. Forse l’idea è un po’ esagerata, ma in effetti un pop-up di questo tipo, magari tarato sull’italiano ed estendibile, non sarebbe poi male, no?

(hat-tip: Peppe)

20/05/2013 Uncategorized

325 anni, non uno di meno

Le motivazioni di una nuova sentenza di condanna per il terremoto dell’Aquila, questa volta nei confronti dei responsabili dei lavori sulla Casa dello Studente poi crollata, sono state depositate. A prima vista si direbbero simili a quelle per la Commissione Grandi Rischi: in realtà sono completamente diverse, almeno per quanto si può capire da una trasposizione giornalistica. Ma andiamo con ordine.

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17/05/2013 Uncategorized