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Coincidencia matemática

Se dice que ocurre una coincidencia matemática cuando dos expresiones sin relación directa muestran una casi igualdad que no tiene explicación teórica aparente.

Por ejemplo, existe una casi igualdad cercana al número redondo 1000 entre potencias de 2 y potencias de 10:

Algunas coincidencias matemáticas se utilizan en ingeniería cuando una expresión se toma como aproximación de otra.

Introducción

Una coincidencia matemática a menudo implica un número entero , y la característica sorprendente es el hecho de que un número real que surge en algún contexto es considerado por algún estándar como una aproximación "cercana" a un entero pequeño o a un múltiplo o potencia de diez, o más generalmente, a un número racional con un denominador pequeño . También pueden considerarse otros tipos de coincidencias matemáticas, como números enteros que satisfacen simultáneamente múltiples criterios aparentemente no relacionados o coincidencias con respecto a unidades de medida. En la clase de esas coincidencias que son de tipo puramente matemático, algunas simplemente resultan de hechos matemáticos a veces muy profundos, mientras que otras parecen surgir "de la nada".

Dado el número infinito de maneras de formar expresiones matemáticas usando un número finito de símbolos, el número de símbolos usados ​​y la precisión de la igualdad aproximada podrían ser la manera más obvia de evaluar las coincidencias matemáticas; pero no hay un estándar, y la ley fuerte de los números pequeños es el tipo de cosas a las que uno tiene que apelar sin una guía matemática formal opuesta. [ cita requerida ] Más allá de esto, se podría invocar algún sentido de estética matemática para adjudicar el valor de una coincidencia matemática, y de hecho hay casos excepcionales de verdadera significación matemática (ver la constante de Ramanujan a continuación, que se imprimió hace algunos años como una broma científica del Día de los Inocentes [1] ). En general, sin embargo, generalmente deben considerarse por su valor de curiosidad, o tal vez para alentar a los nuevos estudiantes de matemáticas a un nivel elemental.

Algunos ejemplos

Aproximaciones racionales

A veces, las aproximaciones racionales simples son excepcionalmente cercanas a valores irracionales interesantes. Esto se puede explicar en términos de términos grandes en la representación fraccionaria continua del valor irracional, pero a menudo no se dispone de una mayor comprensión de por qué ocurren términos tan improbablemente grandes.

Con frecuencia también se invocan aproximaciones racionales (convergentes de fracciones continuas) a razones de logaritmos de diferentes números, lo que genera coincidencias entre las potencias de esos números. [2]

Muchas otras coincidencias son combinaciones de números que los ponen en la forma que tales aproximaciones racionales proporcionan relaciones estrechas.

Sobreπ

Respecto a la base 2

Sobre los intervalos musicales

En música, las distancias entre notas (intervalos) se miden como proporciones de sus frecuencias, y las proporciones casi racionales suelen sonar armoniosas. En el temperamento igual de doce tonos occidental , la proporción entre frecuencias de notas consecutivas es .

Expresiones numéricas

Sobre los poderes deπ

Los dos lados de esta expresión difieren sólo después del decimal 42; esto no es una coincidencia . [15] [16]

Contiene ambosπymi

con el último valor exacto hasta 14 o 15 decimales.

Otras curiosidades numéricas

Coincidencias decimales

Coincidencias numéricas en números del mundo físico

Velocidad de la luz

La velocidad de la luz es (por definición) exactamente299 792 458  m/s , extremadamente cerca de3,0 × 10 8  m/s (300 000 000  m/s ). Esto es pura coincidencia, ya que el metro se definió originalmente como 1/10 000 000 de la distancia entre el polo y el ecuador de la Tierra a lo largo de la superficie al nivel del mar, y la circunferencia de la Tierra resulta ser aproximadamente 2/15 de un segundo luz. [39] También es aproximadamente igual a un pie por nanosegundo (el número real es 0,9836 pies/ns).

Diámetros angulares del Sol y la Luna

Visto desde la Tierra, el diámetro angular del Sol varía entre 31′27″ y 32′32″, mientras que el de la Luna está entre 29′20″ y 34′6″. El hecho de que los intervalos se superpongan (el primero está contenido en el segundo) es una coincidencia y tiene implicaciones para los tipos de eclipses solares que se pueden observar desde la Tierra.

Aceleración gravitacional

Si bien no es constante sino que varía según la latitud y la altitud , el valor numérico de la aceleración causada por la gravedad de la Tierra en la superficie se encuentra entre 9,74 y 9,87 m/s 2 , lo que está bastante cerca de 10. Esto significa que, como resultado de la segunda ley de Newton , el peso de un kilogramo de masa en la superficie de la Tierra corresponde aproximadamente a 10 newtons de fuerza ejercida sobre un objeto. [40]

Esto está relacionado con la coincidencia antes mencionada de que el cuadrado de pi es cercano a 10. Una de las primeras definiciones del metro fue la longitud de un péndulo cuya media oscilación tenía un período igual a un segundo. Dado que el período de la oscilación completa de un péndulo se aproxima mediante la ecuación siguiente, el álgebra muestra que si se mantuviera esta definición, la aceleración gravitacional medida en metros por segundo por segundo sería exactamente igual a π 2 . [41]

El límite superior de la gravedad en la superficie de la Tierra (9,87 m/s 2 ) es igual a π 2 m/s 2 con cuatro cifras significativas. Es aproximadamente un 0,6 % mayor que la gravedad estándar (9,80665 m/s 2 ).

Constante de Rydberg

La constante de Rydberg , cuando se multiplica por la velocidad de la luz y se expresa como frecuencia, es cercana a : [39]

[42]

Esta es también aproximadamente la relación entre un metro y un pie: 1 m/ft = 1 m / (0,3048 m).

Conversiones del sistema métrico al sistema habitual de EE. UU.

Como descubrió Randall Munroe , una milla cúbica se acerca a los kilómetros cúbicos (con una diferencia de 0,5 %). Esto significa que una esfera con un radio de n kilómetros tiene casi exactamente el mismo volumen que un cubo con una longitud de lado de n millas. [43] [44]

La relación entre una milla y un kilómetro es aproximadamente la proporción áurea . En consecuencia, un número de Fibonacci de millas es aproximadamente el siguiente número de Fibonacci de kilómetros.

La relación entre una milla y un kilómetro también es muy cercana a (dentro del 0,006%). Es decir, donde m es el número de millas, k es el número de kilómetros y e es el número de Euler .

Una densidad de una onza por pie cúbico es muy cercana a un kilogramo por metro cúbico: 1 oz/ft 3 = 1 oz × 0,028349523125 kg/oz / (1 ft × 0,3048 m/ft) 3 ≈ 1,0012 kg/m 3 .

La relación entre una onza troy y un gramo es aproximadamente .

Constante de estructura fina

La constante de estructura fina es cercana a, y alguna vez se conjeturó que era exactamente igual a 1/137 . [45] Su valor recomendado por CODATA es

= 1/137.035 999 177 (21)

es una constante física adimensional , por lo que esta coincidencia no es un artefacto del sistema de unidades utilizado.

Órbita solar de la Tierra

El número de segundos de un año, según el calendario gregoriano , se puede calcular mediante:

Este valor se puede aproximar mediante 31.415.926,54 con menos de un uno por ciento de error:

Véase también

Referencias

  1. ^ Reimpreso como Gardner, Martin (2001). "Seis descubrimientos sensacionales". El libro colosal de las matemáticas . Nueva York: WW Norton & Company. págs. 674–694. ISBN 978-0-393-02023-6.
  2. ^ abc Manfred Robert Schroeder (2008). Teoría de números en la ciencia y la comunicación (2.ª ed.). Springer. pp. 26–28. ISBN 978-3-540-85297-1.
  3. ^ de Petr Beckmann (1971). Una historia de Pi. Macmillan. págs. 101, 170. ISBN 978-0-312-38185-1.
  4. ^ Yoshio Mikami (1913). Desarrollo de las matemáticas en China y Japón. BG Teubner. pág. 135.
  5. ^ Eric W. Weisstein (2003). Enciclopedia concisa de matemáticas del CRC. CRC Press. p. 2232. ISBN 978-1-58488-347-0.
  6. ^ Roger Herz-Fischler (2000). La forma de la Gran Pirámide. Wilfrid Laurier University Press. pág. 67. ISBN 978-0-889-20324-2.
  7. ^ Arndt, J. y Haenel, C. (2001), Pi – Unleashed , Berlín: Springer, pág. 3, ISBN 3-540-66572-2.
  8. ^ Ottmar Beucher (2008). Matlab y Simulink. Educación Pearson. pag. 195.ISBN 978-3-8273-7340-3.
  9. ^ K. Ayob (2008). Filtros digitales en hardware: una guía práctica para ingenieros de firmware. Trafford Publishing. pág. 278. ISBN 978-1-4251-4246-9.
  10. ^ Ainslie, MA, Halvorsen, MB y Robinson, SP (2021). Un estándar terminológico para la acústica submarina y los beneficios de la estandarización internacional. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 47(1), 179-200.
  11. ^ de Rubin, Frank. "El Centro de Concurso – Pi".
  12. ^ Elkies, Noam . "¿Por qué π 2 {\displaystyle \pi ^{2}} está tan cerca de 10?" (PDF) .
  13. ^ Mathworld, Aproximaciones de Pi, línea 47
  14. ^ abc Weisstein, Eric W. "Casi entero". MathWorld .
  15. ^ Bailey, David; Borwein, Jonathan; Kapoor, Vishal; Weisstein, Eric (9 de marzo de 2006). "Diez problemas en matemáticas experimentales" (PDF) . The American Mathematical Monthly . 113 (6): 22. doi :10.1080/00029890.2006.11920330. S2CID  13560576. Archivado desde el original (PDF) el 18 de abril de 2007.
  16. ^ Bailey, David H.; Borwein, Jonathan M. (1 de diciembre de 2005). "Perspectivas futuras para las matemáticas asistidas por computadora" (PDF) .
  17. ^ "Página web de Rogelio Tomás".
  18. ^ Maze, G.; Minder, L. (28 de junio de 2005), Una nueva familia de casi identidades (PDF) , pág. 1, arXiv : math/0409014
  19. ^ "Casi entero". 10 de noviembre de 2023. Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2023.
  20. ^ "Casi entero". 1 de diciembre de 2023. Archivado desde el original el 3 de diciembre de 2023. (A. Doman, 18 de septiembre de 2023, comunicado por D. Bamberger, 26 de noviembre de 2023). Curiosamente, la elección de π≈22/7 (que no es matemáticamente significativa en comparación con otras opciones, excepto que hace que la forma final sea muy simple) en el último paso hace que la fórmula sea un orden de magnitud más precisa de lo que sería de otra manera.
  21. ^ "Relación curiosa entre e {\displaystyle e} y π {\displaystyle \pi } que produce números casi enteros". Math Stack Exchange . 26 de diciembre de 2016 . Consultado el 4 de diciembre de 2017 .
  22. ^ Glaisher, JWL "Un teorema numérico aproximado que involucra e y π". Revista trimestral de matemáticas puras y aplicadas , a través del Göttinger Digitalisierungszentrum.
  23. ^ "Demostración de la identidad ∑ n = − ∞ ∞ e − π n 2 x = x − 1 / 2 ∑ n = − ∞ ∞ e − π n 2 / x {\displaystyle \textstyle \sum _{n=-\infty }^{\infty }e^{-\pi n^{2}x}=x^{-1/2}\sum _{n=-\infty }^{\infty }e^{-\pi n^{2}/x}} ". Stack Exchange . 5 de diciembre de 2013 . Consultado el 4 de diciembre de 2017 .
  24. ^ Barrow, John D (2002). Las constantes de la naturaleza . Londres: Jonathan Cape. ISBN 978-0-224-06135-3.
  25. ^ Weisstein, Eric W. "Casi entero". mathworld.wolfram.com . Consultado el 15 de julio de 2022 .
  26. ^ Arratia, Richard ; Goldstein, Larry; Gordon, Louis (1990). "Aproximación de Poisson y el método de Chen-Stein". Ciencia estadística . 5 (4): 403–434. doi : 10.1214/ss/1177012015 . JSTOR  2245366. MR  1092983.
  27. ^ "¡Curiosidades principales! 499999". Principales curiosidades.
  28. ^¿ Qué tiene de especial este número? (archivado)
  29. ^ Weisstein, Eric. "Número de Münchhausen". mathworld.wolfram.com . Consultado el 4 de diciembre de 2017 .
  30. ^ (secuencia A014080 en la OEIS )
  31. ^ Weisstein, Eric W. "Cancelación anómala". MathWorld .
  32. ^ (secuencia A061209 en la OEIS )
  33. ^ ¡ Curiosidades principales!: 343.
  34. ^ Erich Friedman, Problema del mes (agosto de 2000) Archivado el 7 de noviembre de 2019 en Wayback Machine .
  35. ^ (secuencia A005188 en la OEIS )
  36. ^ (secuencia A064942 en la OEIS )
  37. ^ (secuencia A032799 en la OEIS )
  38. ^ Conway, John H. "Cinco problemas de 1000 dólares (actualización de 2017)" (PDF) . Enciclopedia en línea de secuencias de números enteros . Consultado el 15 de abril de 2024 .
  39. ^ ab Michon, Gérard P. "Coincidencias numéricas en números creados por el hombre". Milagros matemáticos . Consultado el 29 de abril de 2011 .
  40. ^ Cómo superar el examen AP de Física B y C, edición 2004-2005. Princeton Review Publishing. 2003. pág. 25. ISBN 978-0-375-76387-8.
  41. ^ "¿Qué tiene que ver Pi con la gravedad?". Wired . 8 de marzo de 2013. Consultado el 15 de octubre de 2015 .
  42. ^ "Constante de Rydberg multiplicada por c en Hz". Constantes físicas fundamentales . NIST . Consultado el 25 de julio de 2011 .
  43. ^ Randall Munroe (2014). ¿Qué pasaría si...? . pág. 49. ISBN 9781848549562.
  44. ^ "Un lunar entre lunares". what-if.xkcd.com . Consultado el 12 de septiembre de 2018 .
  45. ^ Whittaker, Edmund (1945). "Teoría de las constantes de la naturaleza de Eddington". The Mathematical Gazette . 29 (286): 137–144. doi :10.2307/3609461. JSTOR  3609461. S2CID  125122360.

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