Πέμπτη 25 Σεπτεμβρίου 2014
Παρασκευή 28 Μαρτίου 2014
Ταυτότητα του Όιλερ
Η ταυτότητα του Όιλερ (Euler's identity) στη μαθηματική ανάλυση, είναι η εξίσωση
όπου
είναι ο αριθμός του Όιλερ, η βάση των φυσικών λογαρίθμων,
είναι ο φανταστικός αριθμός, ένας μιγαδικός αριθμός του οποίου το τετράγωνο ισούται με μείον ένα , και
ο λόγος του μήκους της περιφέρειας ενός κύκλου προς τη διάμετρό του.
Πήρε το όνομά της από τον Λέοναρντ Όιλερ και μερικές φορές είναι γνωστή και ως εξίσωση του Όιλερ.
Απόδειξη
Η ταυτότητα είναι μια ειδική περίπτωση της εξίσωσης του Όιλερ, σύμφωνα με την οποία
για κάθε πραγματικό αριθμό x. (οι μονάδες δίνονται σε ακτίνια.) Συγκεκριμένα, αν
τότε
Αφού
Συνεπώς,
που δίνει την ταυτότητα
Τετάρτη 19 Φεβρουαρίου 2014
Το Σύμπαν είναι φτιαγμένο από μαθηματικά
Από τι είναι φτιαγμένο το Σύμπαν; Οι πιο ρομαντικοί θα
έλεγαν από αστερόσκονη, οι πιο πρακτικοί θα πουν από ύλη - φανερή, που τη
βλέπουμε γύρω μας, και αόρατη, που την ονομάζουμε σκοτεινή. Ενας διάσημος
κοσμολόγος,
ο Μαξ Τέγκμαρκ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης
(ΜΙΤ), έχει μια διαφορετική ιδέα: υποστηρίζει ότι το Σύμπαν είναι φτιαγμένο
από... μαθηματικά.
Ο καθηγητής Τέγκμαρκ, ο οποίος έχει επίσης διατυπώσει τη
λεγόμενη Θεωρία των πάντων του απόλυτου συνόλου (Ultimate ensemble theory of
everything), που υποστηρίζει ότι όλες οι δομές που υπάρχουν μαθηματικά υπάρχουν
επίσης και φυσικά, κυκλοφόρησε μόλις ένα βιβλίο με τον τίτλο «Our Mathematical
Universe:
My Quest for the Ultimate Nature of Reality» (Knopf, 2014),
στο οποίο αναλύει τις απόψεις του για το ευρύ κοινό.
Με αυτή την αφορμή έδωσε τον περασμένο Ιανουάριο μια διάλεξη
στη Νέα Υόρκη, από την οποία σας μεταφέρουμε - μέσω των όσων γράφτηκαν στον
αμερικανικό Τύπο - την κεντρική ιδέα.
Μαθηματικές δομές
Σύμφωνα με τον καθηγητή Τέγκμαρκ, ό,τι υπάρχει στον κόσμο
μας - από τα «άψυχα» πράγματα όπως οι πλανήτες ως τα έμψυχα όντα όπως οι
άνθρωποι - αποτελεί μέρος μιας μαθηματικής δομής.
Κάθε μορφή ύλης αποτελείται από άτομα τα οποία έχουν
ιδιότητες, όπως π.χ. το φορτίο ή το σπιν τους, όμως αυτές οι ιδιότητες
περιγράφονται μαθηματικά, επισημαίνει.
Αντίστοιχα, προσθέτει, το ίδιο το Διάστημα έχει και αυτό
ιδιότητες, όπως π.χ. οι διαστάσεις του, αλλά τελικά στο σύνολό του δεν είναι
παρά μια μαθηματική δομή.
«Αν δεχθείτε την ιδέα ότι τόσο το ίδιο το Διάστημα όσο και
όλα τα πράγματα που υπάρχουν μέσα σε αυτό δεν έχουν καθόλου ιδιότητες εκτός από
τις μαθηματικές τους ιδιότητες, τότε η ιδέα ότι όλα είναι μαθηματικά αρχίζει να
ακούγεται λίγο λιγότερο τρελή» είπε στη διάλεξή του.
«Αν η ιδέα μου είναι λανθασμένη, τότε η Φυσική είναι τελικά
καταδικασμένη. Αν όμως το Σύμπαν είναι μαθηματικά, τότε δεν υπάρχει σε αυτό
τίποτε που να μην μπορούμε κατ' αρχήν να καταλάβουμε».
Ο Μαξ Τέγκμαρκ, καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του Ινστιτούτου
Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και το νέο του βιβλίο «Our Mathematical Universe»
Ο καθηγητής Τέγκμαρκ επεσήμανε ότι στη φύση βλέπουμε παντού
μοτίβα. Ως ένα παράδειγμα ανέφερε την ακολουθία του Φιμπονάτσι, μια σειρά
αριθμούς όπου ο κάθε αριθμός είναι το άθροισμα των δύο αριθμών που προηγούνται
από αυτόν, την οποία βλέπουμε συχνά στη φύση:
τα άνθη της αγκινάρας, μεταξύ άλλων, φαίνεται να υπακούουν
πιστά σε αυτό το μαθηματικό μοτίβο, αφού η απόσταση που έχει κάθε πέταλο από το
προηγούμενο ακολουθεί κατ' αναλογίαν αυτή την ακολουθία.
Εκτός από τον έμβιο κόσμο, τα μαθηματικά, προσέθεσε, είναι
επίσης πανταχού παρόντα στον άψυχο κόσμο: όταν πετάμε μια μπάλα του μπέιζμπολ
στον αέρα, αυτή ακολουθεί σε γενικές γραμμές μια παραβολική πορεία, ενώ οι
πλανήτες και τα άλλα αστροφυσικά σώματα ακολουθούν ελλειπτικές τροχιές.
Η αποτύπωση της ομορφιάς της φύσης
«Υπάρχει μια κομψή απλότητα και ομορφιά στη φύση που
αποκαλύπτεται από μαθηματικά μοτίβα και σχήματα και την οποία τα μάτια μας
μπόρεσαν να συλλάβουν» τόνισε, επισημαίνοντας ότι η μαθηματική φύση του
Σύμπαντος είναι αυτή που δίνει στους επιστήμονες τη
δυνατότητα να προβλέψουν θεωρητικά οποιαδήποτε παρατήρηση ή μέτρηση στη Φυσική.
Ως παραδείγματα ανέφερε ότι τα μαθηματικά ήταν εκείνα που
προέβλεψαν την ύπαρξη του πλανήτη Ποσειδώνα, των ραδιοκυμάτων και του μποζονίου
Χιγκς πολύ πριν από την «απτή» απόδειξή τους.
Για τον Μαξ Τέγκμαρκ (ο οποίος λατρεύει τόσο τα μαθηματικά
ώστε έχει διακοσμήσει το σαλόνι του με κορνιζαρισμένες διάσημες εξισώσεις) η
μαθηματική δομή που υπάρχει στον φυσικό κόσμο δείχνει ότι τα μαθηματικά είναι
πραγματικά και δεν υπάρχουν μόνο μέσα στο ανθρώπινο μυαλό.
Πιστεύει δε ότι κάποτε θα μπορέσουν να εξιχνιάσουν τα ίδια
τα μυστικά του φωτίζοντας το εκπληκτικό μυστήριο του ανθρώπινου εγκεφάλου και
της συνείδησης.
Πηγή: tovima.gr
Το παράδοξο της Αγίας Πετρούπολης
Έστω ότι κάποιος σας προτείνει το εξής στοίχημα:
Ρίχνουμε ένα νόμισμα διαδοχικές φορές. Αν την πρώτη φορά έρθει «κορώνα» θα
πληρωθείτε 1 ευρώ και το παιχνίδι συνεχίζεται όσο το νόμισμα θα έρχεται
«κορώνα».
Ωστόσο, την δεύτερη φορά θα λάβετε 2 ευρώ, την τρίτη 4 ευρώ, την τέταρτη 8
ευρώ, κοκ.
Την πρώτη φορά που θα έρθουν «γράμματα» το παιχνίδι λήγει και εσείς λαμβάνετε
το ποσό που έχει συγκεντρωθεί.
Η ερώτηση που σας τίθεται, και αποτελεί το αντικείμενο του προβληματισμού σας,
είναι η εξής:
Ποιo είναι το ελάχιστο ποσό που είστε έτοιμοι να πληρώσετε ώστε να συμμετάσχετε
στο στοίχημα;
Λογικά σε ένα τυχερό παιχνίδι σας συμφέρει να συμμετέχετε εάν
το αναμενόμενο κέρδος είναι μεγαλύτερο από το κόστος συμμετοχής.
Για παράδειγμα σε ένα παιχνίδι στο οποίο κερδίζεις 10 ευρώ με πιθανότητα 1/2,
σε συμφέρει να συμμετέχεις πληρώνοντας οποιοδήποτε ποσό μικρότερο από
5 ευρώ, επειδή τότε το αναμενόμενο κέρδος, πού είναι το ποσό που κερδίζεις επί
την πιθανότητα να το κερδίσεις (10€ * 1/2), είναι μεγαλύτερο.
Στο στοίχημα που σας προτάθηκε, και με βάση τις πιθανότητες, περιμένετε ότι θα
κερδίσετε:
(1€ * 1/2) + (2€ * 1/4) + (4€ * 1/8) + (8€ * 1/16) +...
το οποίο είναι:
0,5€ + 0,5€ + 0,5€ + 0,5€ +...
Επειδή η πρώτη «κορώνα» μπορεί να καθυστερήσει απεριόριστες επαναλήψεις να
εμφανισθεί, προκύπτει ότι το συνολικό αναμενόμενο κέρδος είναι θεωρητικά άπειρο
και πως σας συμφέρει να πληρώσετε ένα απεριόριστα μεγάλο ποσό για να
συμμετάσχετε στο παιχνίδι.
Παρόλα αυτά, είναι απίθανο κάποιος να δεχτεί να πληρώσει περισσότερα από 10
ευρώ περίπου, για να παίξει το συγκεκριμένο παιχνίδι, και αυτό είναι το
παράδοξο.
Το τυχερό παιχνίδι επινοήθηκε από τον Nicholas Bernulli και αργότερα ο Daniel
Bernulli το δημοσίευσε στο «Commentaries of the Imperial Academy of Science
of Saint Petersburg» και για αυτό ονομάστηκε το παράδοξο της Αγίας
Πετρούπολης (St. Petersburg paradox).
Μάλιστα ο Daniel Bernoulli έκανε και μια πολύ ενδιαφέρουσα παρατήρηση: «Ο
προσδιορισμός της αξίας ενός στοιχείου δεν πρέπει να βασίζεται στην τιμή, αλλά
μάλλον στην χρησιμότητα που του αποδίδετε... Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία ότι η
αύξηση των χιλίων δουκάτων είναι πιο σημαντική για κάποιον άπορο από ότι σε
έναν πλούσιο άνδρα, αν και οι δύο κερδίσουν το ίδιο ποσό.»
Η «αξία» του χρήματος για τον κάθε υποψήφιο παίκτη καθώς και ο κορεσμός της
ευτυχίας που επέρχεται όταν αυξάνονται τα ευρώ, είναι παράμετροι που δεν
λαμβάνει υπόψη του ο τύπος του αναμενόμενου κέρδους και αυτός είναι ένας
σοβαρός λόγος που οι προσφορές για την συμμετοχή στο παιχνίδι δεν αντιστοιχούν
στα θεωρητικά αναμενόμενα κέρδη.
Το 1783 ο Daniel Bernoulli έγραψε το βιβλίο «Specimen theoriae novae de
mensura sortis» (Στοιχεία μιας Νέας Θεωρίας για την Εκτίμηση Κινδύνου), στο
οποίο το παράδοξο της Αγίας Πετρούπολης γινόταν η βάση της οικονομικής θεωρίας
της αποστροφής κινδύνου, του ασφάλιστρου κινδύνου και της οικονομικής ωφέλειας.
Ωστόσο, την δεύτερη φορά θα λάβετε 2 ευρώ, την τρίτη 4 ευρώ, την τέταρτη 8 ευρώ, κοκ.
Την πρώτη φορά που θα έρθουν «γράμματα» το παιχνίδι λήγει και εσείς λαμβάνετε το ποσό που έχει συγκεντρωθεί.
Η ερώτηση που σας τίθεται, και αποτελεί το αντικείμενο του προβληματισμού σας, είναι η εξής:
Ποιo είναι το ελάχιστο ποσό που είστε έτοιμοι να πληρώσετε ώστε να συμμετάσχετε στο στοίχημα;
Λογικά σε ένα τυχερό παιχνίδι σας συμφέρει να συμμετέχετε εάν το αναμενόμενο κέρδος είναι μεγαλύτερο από το κόστος συμμετοχής.
Για παράδειγμα σε ένα παιχνίδι στο οποίο κερδίζεις 10 ευρώ με πιθανότητα 1/2, σε συμφέρει να συμμετέχεις πληρώνοντας οποιοδήποτε ποσό μικρότερο από 5 ευρώ, επειδή τότε το αναμενόμενο κέρδος, πού είναι το ποσό που κερδίζεις επί την πιθανότητα να το κερδίσεις (10€ * 1/2), είναι μεγαλύτερο.
Στο στοίχημα που σας προτάθηκε, και με βάση τις πιθανότητες, περιμένετε ότι θα κερδίσετε:
(1€ * 1/2) + (2€ * 1/4) + (4€ * 1/8) + (8€ * 1/16) +...
το οποίο είναι:
0,5€ + 0,5€ + 0,5€ + 0,5€ +...
Επειδή η πρώτη «κορώνα» μπορεί να καθυστερήσει απεριόριστες επαναλήψεις να εμφανισθεί, προκύπτει ότι το συνολικό αναμενόμενο κέρδος είναι θεωρητικά άπειρο και πως σας συμφέρει να πληρώσετε ένα απεριόριστα μεγάλο ποσό για να συμμετάσχετε στο παιχνίδι.
Παρόλα αυτά, είναι απίθανο κάποιος να δεχτεί να πληρώσει περισσότερα από 10 ευρώ περίπου, για να παίξει το συγκεκριμένο παιχνίδι, και αυτό είναι το παράδοξο.
Το τυχερό παιχνίδι επινοήθηκε από τον Nicholas Bernulli και αργότερα ο Daniel Bernulli το δημοσίευσε στο «Commentaries of the Imperial Academy of Science of Saint Petersburg» και για αυτό ονομάστηκε το παράδοξο της Αγίας Πετρούπολης (St. Petersburg paradox).
Μάλιστα ο Daniel Bernoulli έκανε και μια πολύ ενδιαφέρουσα παρατήρηση: «Ο προσδιορισμός της αξίας ενός στοιχείου δεν πρέπει να βασίζεται στην τιμή, αλλά μάλλον στην χρησιμότητα που του αποδίδετε... Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία ότι η αύξηση των χιλίων δουκάτων είναι πιο σημαντική για κάποιον άπορο από ότι σε έναν πλούσιο άνδρα, αν και οι δύο κερδίσουν το ίδιο ποσό.»
Η «αξία» του χρήματος για τον κάθε υποψήφιο παίκτη καθώς και ο κορεσμός της ευτυχίας που επέρχεται όταν αυξάνονται τα ευρώ, είναι παράμετροι που δεν λαμβάνει υπόψη του ο τύπος του αναμενόμενου κέρδους και αυτός είναι ένας σοβαρός λόγος που οι προσφορές για την συμμετοχή στο παιχνίδι δεν αντιστοιχούν στα θεωρητικά αναμενόμενα κέρδη.
Το 1783 ο Daniel Bernoulli έγραψε το βιβλίο «Specimen theoriae novae de mensura sortis» (Στοιχεία μιας Νέας Θεωρίας για την Εκτίμηση Κινδύνου), στο οποίο το παράδοξο της Αγίας Πετρούπολης γινόταν η βάση της οικονομικής θεωρίας της αποστροφής κινδύνου, του ασφάλιστρου κινδύνου και της οικονομικής ωφέλειας.
Εγγραφή σε:
Αναρτήσεις (Atom)