Sistema binario.


El sistema binario, en matemática e informática, es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente las cifras cero y uno (0 y 1). Es el que se utiliza en los computadores, pues trabajan internamente con dos niveles de voltaje, por lo que su sistema de numeración natural es el sistema binario (encendido=1 , apagado=0).
El sistema binario fue creado por el alemán Gottfried Leibniz (1646-1716) ; en 1854 el matemático inglés George Boole (1815-1864) creó un sistema de lógica, fundamental en el desarrollo del sistema binario actual, particularmente en el desarrollo de circuitos electrónicos.
El sistema de numeración binario se utilizan sólo los dígitos cero (0) y uno (1). En una cantidad binaria, cada dígito tiene distinto valor dependiendo de la posición que ocupe. El valor de cada posición es una potencia de base 2 (1 ; 2 ; 4 ; 8 ; 16 ; 32 ; ...).
El número binario 10111 tiene un valor en el sistema de numeración decimal que se calcula del siguiente modo :
1x16 + 0x8 +1x4 + 1x2 + 1x1 = 16 + 0 + 4 + 2 +1 = 23
Para convertir un número decimal al sistema binario se deben realizar divisiones sucesivas por 2 y escribir los restos obtenidos en cada división en orden inverso en que han sido obtenidos.
Por ejemplo, para el número 23 del sistema decimal se tendría :
23 : 2 = 11 resto 1
11 : 2 = 5 resto 1
5 : 2 = 2 resto 1
2 : 2 = 1 resto 0
1 : 2 = 0 resto 1
Entonces el número 23 del sistema decimal corresponde a 10111 en sistema binario.

Reglas prácticas del siglo XV.


El astrónomo y matemático árabe Abul-Hasan escribió un repertorio de reglas prácticas para el cálculo de multiplicaciones. Se indican algunas posibles de realizar mentalmente, sin necesidad de escritura alguna. Todo
se basa en ser capaces de calcular dobles y mitades, de sumar y restar :
* Todo número multiplicado por cero, da cero.
* Todo número multiplicado por la unidad, da ese mismo número.
* Para multiplicar un número por dos, sumarlo a sí mismo.
* Para multiplicar un número por tres, sumarlo a su doble.
* Para multiplicar un número por cuatro, duplicarlo dos veces.
* Para multiplicar un número por cinco, añadirle un cero y
dividirlo por dos.
* Para multiplicar un número por seis, sumarle la mitad de
su producto por diez.
* Para multiplicar un número por siete, añadirle un cero y
restarle su triple.
* Para multiplicar un número por ocho, añadirle un cero y
restarle su doble.
* Para multiplicar un número por nueve, añadirle un cero y
restarle su valor.
J.María Sorando M.

Poblaciones, muestras y variables.

En toda investigación científica y, en general, en la toma de decisiones de cualquier actividad humana, se requiere tener información. Así, en demografía interesa conocer la edad al momento de contraer matrimonio, el número de hijos, la longevidad, etc. Del mismo modo, en economía interesa conocer el ingreso de las personas, su situación ocupacional, su nivel socioeconómico; si se trata de empresas, interesan los capitales, ganancias, etc. En salud, es importante tener información sobre desnutrición infantil, incidencia de determinadas enfermedades, número de prestaciones hospitalarias, entre muchas otras variables.

En los ejemplos anteriores la información consiste en el conocimiento detallado de las características de ciertos elementos. Por ejemplo nos puede interesar saber :
La edad de una persona al momento de contraer matrimonio.
El número de hijos de una familia.
El capital de una empresa.
La presencia de defectos en un envase de vidrio.

En el primer caso, los elementos son personas individuales; en el segundo se trata de familias; y en los casos restantes, son empresas y envases de vidrio. Las características que nos interesa medir o determinar en cada elemento, varían de uno a otro. Nos referiremos a ellas en lo sucesivo con el nombre de variables. De esta forma, edad, número de hijos, capital y presencia de defectos, son ejemplos de variables. La edad es variable en el sentido que cambia de una persona a otra. Sin embargo, una vez seleccionada la persona cuya edad queremos determinar, su edad es un número fijo. Supongamos, por ejemplo, que Ana Rojas pertenece a cierta población y tiene 17 años. Diremos entonces que el valor de la variable edad (expresada en años) para el elemento Ana Rojas es 17. Análogamente, un envase de vidrio puede tener defectos o no y, por tanto, la presencia de defectos es también una variable. Los valores posibles de esta variable son, en este caso, SI y NO.

Cuando queremos estudiar una variable es importante tener claro cuáles son aquellos elementos, de los que queremos saber su valor. Al conjunto de estos elementos lo denominaremos población y al número de elementos de este conjunto lo llamaremos tamaño de la población, y lo denotaremos por N. El uso de la palabra población tiene aquí un significado técnico. En efecto, los elementos de la población no son necesariamente personas. Así, en los ejemplos precedentes, aparecen poblaciones de personas, familias, empresas y envases de vidrios. No es difícil pensar en otras situaciones donde las poblaciones estén constituidas por huevos, automóviles o componentes electrónicos.

Es conveniente clasificar las variables de acuerdo al conjunto de valores posibles que ellas puedan tener.Los valores de las variables edad, capital, número de hijos, se expresan en forma numérica. En cambio, presencia de defectos, sabor, posición política no pueden expresarse así, salvo de manera artificial. Podemos distinguir, entonces, dos tipos de variables :
- Variables numéricas.
- Variables no numéricas.
Las variables numéricas se llaman también cuantitativas y, las no numéricas; se denominan, alternativamente, cualitativas, categóricas o nominales.
La variable edad y la variable número de hijos son numéricas. Sin embargo, el número de hijos sólo puede ser : 0, 1, 2, ..., vale decir, un entero no negativo. No tiene sentido hablar de valor intermedios como 1,3 hijos. Por el contrario, si bien la edad se expresa en años cumplidos, esto lo podemos refinar usando meses, días, horas, minutos, segundos, etc. O sea entre dos valores cualesquiera de la variable edad, por cercanos que sean, existe siempre un valor intermedio. Esto sugiere la siguiente definición general :

Si una variable numérica tiene un conjunto finito de valores posibles, careciendo de sentido los valores intermedios, ella se denomina variable discreta. Si, dados dos valores cualesquiera de la variable, siempre existe un valor intermedio, decimos que ella es una variable continua.

Retomemos ahora el punto principal: se desea información sobre los valores de ciertas variables de interés en cada uno de los elementos de la población. Por ejemplo, la estructura exacta de las edades en la población chilena, sólo puede conocerse determinando la edad de cada uno de los habitantes de Chile. La determinación de los valores de una o más variables de interés, en cada uno de los elementos de una población, es una actividad que llamaremos censo.

La realización de un censo es una actividad compleja y costosa. En el caso de los envases, deberíamos examinar cada uno de ellos (y pueden ser millones). Aún cuando esto se pudiera hacer, el costo de una revisión exhaustiva sería tan alto que encarecería excesivamente el envase. La palabra censo aparece vinculada normalmente con los "censos nacionales de población". Estos se efectúan, por razones económicas, sólo cada diez años. En el intertanto es necesario contar con información sobre la situación del momento. Las decisiones no pueden basarse sólo en el resultado del último censo, ni pueden esperar a que se realice el próximo.

Además de las dificultades ya señaladas, los censos sólo miden variables de tipo general. Por ejemplo, poco aportan los resultados del último censo que se haya realizado, a la predicción del comportamiento de los votantes en una próxima elección. La discusión anterior indica que, muy raramente, es posible recolectar información completa. Tenemos que contentarnos, entonces, con información incompleta o parcial, lo que significa que los valores de las variables que nos interesan, se miden sólo en algunos elementos de la población. Se puede preguntar la edad sólo a algunas personas, determinar el capital de sólo algunas empresas, revisar sólo algunos envases, etc. Cuando compramos fruta es posible, con buena suerte, que podamos probar algunas de ellas. Es ilusorio pensar que podríamos probar toda la fruta antes de comprarla. Las personas a las cuales se les pregunta la edad, las empresas cuyo capital se determina, los envases que se revisan, o las frutas que se prueban, constituyen ejemplos de que denominaremos muestra. La definición formal de este concepto es particularmente sencilla :

Una muestra es un subconjunto de la población. El tamaño de la muestra es el número de elementos que ella contiene.


"La Estadística" G. Del Pino-O.Ferreiro - P.Fernández
Universidad Católica de Chile - Teleduc.

Correlación.

La correlación es un método estadístico que permite determinar la presencia o ausencia de asociación entre dos variables sometidas a investigación. Por ejemplo se puede medir el grado de asociación entre el rendimiento académico y el nivel socioeconómico de una muestra de unidades de observación. La correlación se describe por medio de índices estadísticos denominados coeficientes de correlación, que pueden sugerir si el cambio de una variable se asocia con el cambio de la otra variable.

El índice más utilizado para medir la relación entre dos variables es el coeficiente de correlación lineal de Pearson. Este coeficiente (r) es un índice que mide la magnitud de la relación lineal entre 2 variables cuantitativas, así como el sentido, positivo o negativo, de dicha relación.
Indica en qué grado 2 variables x e y fluctúan simultáneamente, es decir, cuanto aumenta x al aumentar y (correlación positiva), o cuanto aumenta x al disminuir y (correlación negativa).

La regresión como una técnica estadística, una de ellas la regresión lineal simple, analiza la relación de dos o más variables contínuas, es decir, variables bivariantes.
Tenemos ecuaciones que pueden representar las diferentes clases de regresión, por ejemplo la recta de regresión lineal y = mx + n.

Las teorías de la correlación y la regresión se deben al médico inglés Francis Galton (1822-1917).
Galton fue el primero en asignar un número a un conjunto de variables, y de esta forma obtener una medida del grado de relación existente entre ellas.
Al inglés Karl Pearson (1857-1936) se deben aportes en Estadística como el coeficiente de correlación lineal (r) que es un número que varía entre -1 y +1, indicando el grado de relación existente entre dos variables cuantitativas.

Galileo y caída libre.


El astrónomo y físico italiano Galileo Galilei (1564-1642) es considerado por muchos como el padre de la ciencia moderna. Con él, la Física pasó de ser algo casi filosófico a una ciencia basada en el estudio y la experimentación.
Uno de los problemas que siempre inquietó a Galileo fue el de la caída libre de los cuerpos. Hasta entonces, la teoría aristotélica afirmaba que si se soltaban desde una misma altura dos cuerpos distintos, el más pesado llegaría antes al suelo.
Galileo dio el gran paso y se planteó el problema desde la experiencia; no sabemos si éste realmente dejó caer desde la torre inclinada de Pisa dos cuerpos de distinto peso para ver que llegaban a la vez; quizás se trate de una simple leyenda, pero el experimento ha pasado a la historia como uno de los más cruciales de la Física.
En realidad, dos cuerpos distintos como una pluma de ave y una moneda no llegan a la vez al suelo cuando caen libremente, debido a la misma resistencia o rozamiento que el aire opone al avance de dichos cuerpos. Galileo no pudo nunca hacer su experiencia en condiciones ideales, pero cuando fue inventada la bomba de vacío, poco después de Galileo, su hipótesis fue confirmada dejando caer dos cuerpos distintos dentro de un tubo de vidrio en que se había hecho el vacío.
La caída libre de los cuerpos sucede tan rápidamente que son necesarios aparatos muy precisos para obtener una buena comprobación de la teoría galileana. Por ello Galileo obtuvo las leyes del movimiento uniformemente acelerado no mediante la caída libre, sino estudiando la caída más lenta de una esfera al rodar por un plano inclinado. Cuanto más inclinado es el plano, más rápido cae la esfera, y si el plano se coloca vertical es como si la esfera cayera libremente.
Puesto que los relojes de aquella época eran muy inexactos, Galileo midió los tiempos mediante un reloj de agua, en el cual el tiempo se mide por la cantidad de líquido que sale de un depósito.
Tras numerosas experiencias, Galileo obtuvo las leyes de cualquier movimiento uniformemente acelerado; esto es, que la distancia recorrida en un tiempo es proporcional al cuadrado de ésta, y que la velocidad aumenta proporcionalmente con el tiempo.
En resumen, la herencia más valiosa de Galileo fue, sin duda, su confianza en la razón y en la experimentación, así como su defensa de la libertad del pensamiento contra toda idea impuesta sin su previa comprobación experimenta.
(J.Vizmanos-M.Anzola-Algoritmo 1)

Historia de las cifras.


El primer vestigio histórico seguro de nuestro sistema de numeración, tanto de escritura como de cálculo, procede de la India, hacia el año 500.
El principio de posición (valor relativo de las cifras) así como las nueve cifras y el cero, se encuentran en las obras del matemático indio Brahmagupta, a mediados del siglo VII. En el año 772, una embajada lo llevó a Bagdad con algunos libros de matemáticos indios. Cien años más y aparece en Bagdad la primera exposición de los nuevos métodos en un tratado de Al-Khuwarizmi
(primera mitad del siglo IX), que en el siglo siguiente se infiltraron lentamente en Occidente.
Ahora ya todo impulsaba hacia el éxito : la civilización musulmana llevaba esos conocimientos a Sicilia y España y los mercaderes árabes e italianos los adoptaron, felices de no tener que llevar consigo el incómodo ábaco. Y precisamente fue el marcader Leonardo Pisano quien, después de haber aprendido aquel arte de los árabes en sus viajes comerciales por Argelia, Sicilia y Oriente, reunió todos los conocimientos de aritmética y de álgebra de su tiempo en Liber Abaci (1202), tratado que popularizó en Europa la numeración india.
Los signos que representan los números actualmente, y a los que llamamos cifras arábigas, asumieron la forma moderna entre los siglos XIV y XV.
Durante algún tiempo la utilidad de los sistemas estaba dividida : las cifras arábigas se usaron solamente para sustituir el ábaco como instrumento de cálculo y se continuó adoptando la numeración romana para registrar datos y resultados. pero la vía estaba abierta al triunfo del nuevo sistema de numeración y con él a las matemáticas modernas.
(J.Vizmanos - M.Anzola - Algoritmo 1)

Geometría euclídea.


Geometría euclídea.
Hacia el año 300 antes de Cristo nace en Grecia Euclides, posiblemente, el matemático más enigmático que ha existido, hasta el punto que no se sabe nada sobre su vida : cuándo, dónde nació y murió. En cambio su tratado sobre geometría titulado Elementos es, probablemente, uno de los libros que aún hoy conserva toda su vigencia.
En los Elementos, Euclides reunió en una sola obra todos los conocimientos sobre geometría acumulados desde la época del filósofo y matemático griego Thales de Mileto (640-546 AC) hasta dos siglos y medio después.
Partiendo de una serie de axiomas y postulados, que son admirables por su elegancia y brevedad, expuso teorema a teorema, y de una forma tan lógica, que veintitrés siglos después ha sido imposible mejorar.
Hasta el siglo XIX nadie se atrevió a poner en duda los axiomas y postulados de Euclides.
Geometrías no euclídeas.
En la primera mitad del siglo XIX surge el advenimiento de geometrías que se denominan no euclídeas debido a que niegan al quinto postulado de Euclides que dice así :
"Por un punto P exterior a una recta r se puede trazar una y sólo una recta paralela a la recta r ".
La forma de negar esta proposición puede ser de dos formas : o bien no se puede trazar ninguna paralela a r o se pueden trazar infinitas rectas.
El primero en utilizar estas ideas fue el matemático alemán Karl Gauss (1777-1855), a quien se debe la denominación de geometría no euclídea.
Las primeras publicaciones sobre geometría no euclídea se deben al matemático húngaro Janos Bolyai (1802-1860) y al ruso Nicolás Lobatchevski (1793-1856).
Bolyai, en 1823, construyó una nueva geometría negando el quinto postulado.
Lobatchevski toma como entes fundamentales el punto, la circunferencia y el plano, y seguidamente va construyendo toda su geometría.
Posteriormente el matemático alemán Bernhard Riemann (1826-1866) ideó una geometría que comprendía como casos particulares tanto la euclídea como las no euclídeas de Gauss, Lobatchevski y Bolyai.
La geometría de Riemann ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de la física moderna, hasta el punto que fue sobre dicha geometría en que el físico alemán Albert Einstein (1879-1955) se basó para enunciar la teoría de la relatividad.
M.Anzola - J.Vizmanos - Algoritmo 3.