De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 41

De Pitàgores a Fermat: Un viatge a través de l'Aritmètica PowerPoint PPT Presentation


  • 61 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

De Pitàgores a Fermat: Un viatge a través de l'Aritmètica. Xavier Xarles. Pitàgores (569 aC -475 aC). El teorema de Pitàgores. A 2 + B 2 = C 2. 5 2 + 12 2 = 13 2. 3 2 + 4 2 = 5 2. 6 2 + 8 2 = 10 2. Per què sempre posen els mateixos exemples?

Download Presentation

De Pitàgores a Fermat: Un viatge a través de l'Aritmètica

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

De Pitàgores a Fermat:Un viatge a través de l'Aritmètica

Xavier Xarles


Pit gores 569 ac 475 ac

Pitàgores (569 aC -475 aC)


El teorema de pit gores

El teorema de Pitàgores

A2 + B2 = C2

52 + 122 = 132

32 + 42 = 52

62 + 82 = 102


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Per què sempre posen els mateixos exemples?

Doncs perquè són els exemples de triangles

rectangles amb nombres més petits en què

els tres costats són nombres naturals.

Pels matemàtics grecs els únics nombres eren els nombres naturals i, més en general, els nombres racionals positius.


Diofant 200 dc

Diofant ( ~200 dC )

Aritmètica

Primer llibre dedicat exclusivament

a l’aritmètica.


El problema

El problema

Trobar tots el triangles rectangles

amb els tres costats enters

Trobar les solucions de X2 + Y2 = Z2 amb X, Y i Z enters

Ternes Pitagòriques.


Primera observaci

Primera observació

Sols cal trobar les solucions (X,Y,Z) que no tinguin factors comuns.

Exemple

62 + 82 = 102

22 32 + 22 42 = 22 52

22(32 + 42 )=22 52

32 + 42 = 52


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

En general, si tenim una solució

(X,Y,Z)

de l’equació

X2 + Y2 = Z2

aleshores

(a·X,a·Y,a·Z)

és també una solució.

Les solucions sense factors en comú

s’anomenen ternes primitives.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Ternes pitagòriques primitives (X,Y,Z)

x=X/Z y=Y/Z

Solucions racionals (x,y) de x2 + y2 = 1


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Equació x2+y2 = 1

Cercle de radi 1


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Punts del cercle: punts de la forma (sin(q),cos(q)), en què q varia entre 0 i 2p

Punts racionals: q=??????

NO SERVEIX


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Una altra idea:

Escollim un punt amb coordenades racionals. Per exemple, el punt (-1,0)


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Dibuixem una recta que passi per (-1,0) i amb pendent racional

El punt (a,b) té coordenades racionals si i només si la recta té pendent racional


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Equació de la recta pendent t :

Y = t X + s

Volem que passi pel punt (-1,0):

Substituïm (X,Y) per (-1,0)

0 = -t+s

o sigui

t=s

Equació de la recta pendent t que passa per (-1,0):

Y = t X + t


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Punt de tall amb el cercle X2+Y2 = 1 :

substituïm Y per t·X+t a l'equació

Equació de segon grau:

(1+t2)·X2+ 2·t2·X + t2 = 0

Solucions:


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

La solució X=-1 és la que ja coneixíem.

Les solucions racionals a part d’aquesta són les següents:

on t és qualsevol nombre racional


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Aquest procediment pot ser generalitzat a totes les còniques (el·lipses, paràboles, hipèrboles).

O sigui, equacions de la forma f(x,y) = 0 on f(x,y) és un polinomi amb coeficients racionals de grau 2.

Exercici: Trobeu totes les solucions racionals de x2+3y2 = 1.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Solucions enteres:

Expressem t de la forma t = m/n

amb n i m enters primers entre si

Obtenim així que


Teorema

Teorema:

El conjunt de ternes pitagòriques primitives és

{ (n2-m2 , 2nm, n2+m2)  |  n i m primers entre si i , n>m i n-m senar }

Exemple: n=2, m=1

(3,4,5)

Exemple: n=3, m=2

(5,12,13)

Exemple: n=4, m=3

(7,24,25)


Aplicaci f rmules trigonom triques

Aplicació: Fórmules trigonomètriques

Si t= tan (q /2)

aleshores

cos(q) = (1-t2 )/(1+t2 )

i

sin(q) = (2·t2 )/(1+t2 )


Claude gaspar bachet de m ziriac 1588 1638

Claude Gaspar Bachet de Méziriac (1588-1638)


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Va ser el traductor al llatí de l’Aritmètica de Diofant.

Es va dedicar a la matemàtica recreativa, com per exemple els quadrats màgics.

En un problema es pregunta:

Quins nombres són resta d’un quadrat menys un cub?


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Dit d’una altra manera:

Per a quins nombres enters c l’equació

Y2-X3 = c

té solucions (X,Y) on X i Y són nombres racionals?


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Bachet diu: si donat c tenim una solució (x,y) amb y ¹ 0, aleshores

també és solució de la mateixa equació.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Com va arribar a aquesta fórmula?

Idea: Intentem copiar el que hem fet abans.

Les solucions reals de l'equació y2-x3 = c en el pla formen una corba: C.

C no és una cònica!

Tota recta en el pla talla C com a màxim en tres punts.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

En efecte:

Si y = a·x+b és una recta en el pla,

substituïm y per a·x+b en l’equació y2-x3 = c

Obtenim una equació de tercer grau (a·x+b)2-x3-c = 0

que pot tenir com a màxim tres solucions reals.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Si comencem amb un punt racional (x,y) de la corba C, i prenem una recta qualsevol, podem o bé no obtenir cap més punt o bé obtenir dos punts de la corba C que no són necessàriament racionals.

Exemple: 52 – 33 = -2 , per tant (3,5) són solució de Y2 – X3 = -2

La recta Y=X+2 passa per aquest punt, però no talla la corba C.

La recta Y=3·X-4 passa per aquest punt, i els altres punts de tall són

(3 +/- √3, 5 +/- 3√3 )


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

En canvi, si substituïm

Y=(27/10) X – (31/10)

en l’equació

Y2 – X3 = -2

obtenim l’equació en X

-X3+(729/100)·X2 –(837/50)·X + (1161/100)=0

que té solucions:

X=3 (repetida) i X= 129/100.

Obtenim així la solució racional (129/100, 383/1000)


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

D’on surt aquesta última recta?

És la recta tangent a la corba C en el punt (3,5).

La podeu obtenir utilitzant la derivada

(el pendent de la recta és la derivada en el punt x=3 de la funció √ x3-2 ).

La fórmula de Bachet és exactament la que s’obté seguint aquest procediment.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Recapitulem: Per a les equacions de la forma

y2= x3 + c,

tenim una fórmula en què, donada una solució (x,y) amb y ¹ 0, obtenim una altra solució (x’,y’).

De fet, no sempre obtenim solucions diferents:

només si x ¹ 0, i si c ¹ 1 i c ¹-432 .

Les equacions d’aquest tipus (o, més en general, del tipus y2 igual a un polinomi de grau 3) s’anomenen

CORBES EL·LÍPTIQUES


Pierre de fermat 1661 1665

Pierre de Fermat (1661-1665)


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Va escriure al marge de la traducció de Bachet de l’Aritmètica de Diofant:

Cubum autem in duos cubos, aut quadratoquadratum in duos quadratoquadratos, et generaliter nullam in infinitum ultra quadratum potestatem in duos ejusdem nominis fas est dividere: cujus rei demonstrationem mirabilem sane detexi. Hanc marginis exiguitas non caperet.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Que amb la notació actual vol dir:

Si n és un nombre natural més gran que 2, l'equació

Xn + Yn = Zn

no té cap solució on X, Y i Z són nombres enters, tots ells diferents de 0.

Tinc una demostració meravellosa d'aquest resultat, però el marge és massa estret i no m'hi cap.


De pit gores a fermat un viatge a trav s de l aritm tica

Quina relació tenen les corbes el·líptiques

amb el problema de Fermat?

En principi cap (a part del cas n=3), però

resulta que hi ha una relació molt profunda

que no es va anar descobrint fins fa molt poc.

Us explicaré la història amb fotografies.


1955 taniyama 1927 1958

1955 :Taniyama (1927-1958)


1986 gerhard frey 1945

1986:Gerhard Frey (1945)


1986 jean pierre serre 1926

1986: Jean Pierre Serre (1926)


1987 barry mazur 1937

1987: Barry Mazur (1937)


1989 ken ribet 1950

1989: Ken Ribet (1950)


1994 andrew wiles 1953

1994: Andrew Wiles (1953)


  • Login