sábado, 29 de agosto de 2015

Linha do tempo da matemática - Parte III (A Europa respira matemática)

Foi com o início do Renascimento, entre fins do século XIV, que as ciências voltaram a florescer na Europa. Com o fim da Idade Média, importantes estudos foram desenvolvidos e importantes trabalhos começaram a ser publicados e divulgados. Descartes, Fermat, Newton, Leibniz, os Bernoulli, Euler, Gauss e Riemann foram alguns dos matemáticos mais proeminentes dos últimos 400 anos.

René Descartes (1596 - 1650): a geometria analítica


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Filósofo e matemático francês, escreveu em seu livro La Geometrie (A Geometria) um método que permitia a localização de pontos em um plano, de forma extremamente simples:  bastava que fossem determinadas as distâncias do ponto a dois eixos perpendiculares tomados como sistema de referência. Com essa nova forma de descrever a localização de pontos no espaço, Descartes deu um enorme salto na matemática: a geometria podia agora ser reescrita para a linguagem da álgebra e vice-versa. Surgia assim a Geometria Analítica.


Isaac Newton (1643 - 1727): das séries infinitas ao cálculo infinitesimal


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Considerado como alguns como o pai da física, é também considerado por outros como o pai do cálculo. O fato é que o cálculo para Newton surgiu tendo um papel de coadjuvante, onde a física era a grande protagonista. Foi da necessidade de estudar a dinâmica dos corpos que Newton teve de reinventar a matemática de então, pois esta, oriunda da matemática dos gregos, só conseguia explicar aquilo que era estático. Durante a grande peste de 1665, Newton, aos 22 anos, voltou para a fazenda de sua família onde viveu por dois anos. Nesse período descobriu a lei da gravidade, inventou o cálculo e desenvolveu seu estudo sobre as cores. Dentre as suas contribuições para a matemática podemos citar, além do cálculo, o teorema binomial e seu estudo sobre séries infinitas. Mais tarde, Newton desenvolveu uma disputa com Leibniz a respeito da autoria do descobrimento do cálculo.


Leibniz (1646 - 1716): uma nova notação para o cálculo


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Matemático, filósofo e diplomata alemão de grande renome, Leibniz viajava pela Europa a trabalho e fazia muitas anotações por onde passava. Acredita-se que foi esse contato de Leibniz com diferentes estudos por toda a Europa que o levou a desenvolver o cálculo na mesma época de Newton. O fato é que as anotações de Leibniz eram bastante organizadas e claras, ao passo que as de Newton eram mais bagunçadas. Isso tornou o trabalho de Leibniz bastante popular entre os acadêmicos. Foi ele o responsável por desenvolver uma nova simbologia para o cálculo: o famoso símbolo da integral que usamos hoje, por exemplo, foi invenção de Leibniz.


Os Bernoullis: colocando a nova matemática em prática 


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Quando se fala no nome Bernoulli, não nos referimos apenas a um matemático, mas a uma família inteira com habilidades para os números, que vivia na Basileia (Suíça). Os primeiros que se destacaram na matemática foram os irmãos Jacob (1654 - 1705) e Johan (1667 - 1748). Vários foram os trabalhos desses matemáticos, incluindo seus estudos sobre probabilidades e parábolas semi-cúbicas, lemniscatas e catenárias. Foi o filho de Johan, Daniel Bernoulli, o responsável por formular o Teorema de Bernoulli, importante equação utilizada em mecânica dos fluidos.


Leonhard Euler (1707 - 1783): simbologia para os números irracionais


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2012/07/euler-characteristic.html
Famoso matemático suíço que viveu em São Petersburgo (Rússia) durante parte de sua vida. É considerado o escritor matemático mais produtivo de todos os tempos. Entre seus trabalhos mais brilhantes, Euler demonstrou a relação entre o cálculo diferencial de Leibniz e o método da tangente de Newton. Além disso, desenvolveu um método de resolução de equações diferenciais com a utilização do fator integrante e foi também o responsável por introduzir importantes notações matemáticas que usamos até hoje: o símbolo f(x) para uma função, a base do logaritmo natural (e), a raiz quadrada de -1 (i), o símbolo da somatória () e a notação para derivadas de ordens elevadas (dny). Foi ele também o responsável por descobrir a relação entre o número de vértices, faces e arestas de poliedros (V + F - A = 2).


Carl Gauss (1777 - 1855): do teorema fundamental da álgebra à curva de sinos

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Tableaux/tableaux.html
Matemático alemão de grande renome. Foi o responsável por formular o Teorema Fundamental da Álgebra, demonstrando que toda equação polinomial f(x) = 0 tem pelo menos uma raiz real ou imaginária. Deve-se ainda a Gauss a representação gráfica de números complexos, pensando na parte real e imaginária como coordenadas num plano. Foi ele também quem inventou, aos 18 anos, o método dos quadrados mínimos para ajuste de curvas. Na área da estatística, Gauss definiu a lei de distribuição normal de erros criando a famosa curva em formato de sino, a qual é usada até hoje.


Apenas para concluir, confira abaixo uma lista com outros nomes de matemáticos importantes, os quais não poderiam deixar de ser mencionados:

  • Fermat (1601- 1665);
  • Poisson (1781 - 1840);
  • Laplace (1749 - 1827);
  • Fourier (1768 - 1830);
  • Cauchy (1789 - 1857);
  • Lagrange (1746 - 1813);
  • Riemann (1826 - 1866).

A matemática, tal como a conhecemos hoje, sofreu importantes transformações ao longo de toda a evolução humana. Desde os tempos das sociedades mesopotâmicas até hoje, a matemática segue em constante desenvolvimento. Os que pensam que a matemática hoje em dia está completa e finalizada estão muito enganados... Em 1900, durante um congresso em Paris, um importante matemático chamado Hilbert propôs uma lista com 23 problemas da matemática (os famosos problemas de Hilbert) que deveriam ser solucionados até o final do século XX. Desses, apenas 14 foram resolvidos completamente. Alguns foram solucionados, mas parcialmente... Ainda existem muitos problemas abertos e, talvez, seja isso o que torna essa disciplina tão desafiadora ainda nos dias atuais.


Referências




domingo, 23 de agosto de 2015

Linha do tempo da matemática - Parte II (O mundo árabe e os números)

A contribuição dos árabes para a nossa matemática é fato inegável. Durante a Idade Média, a ciência na Europa entrou num processo estacionário. Os últimos que demonstraram ter uma certa admiração pela matemática, estudando-a na geometria e desenvolvendo teoremas e axiomas, foram os gregos. Embora os romanos a usassem posteriormente, esta era tratada apenas como mera ferramenta prática.

Casa da Sabedoria, em Bagdá.
Imagem: https://bibliotecaucs.wordpress.com/2013/07/10/
bibliotecas-que-mudaram-o-mundo-casa-da-sabedoria-em-bagda/

Foi durante o desenvolvimento do Império Árabe e de sua expansão desde a Índia ao Marrocos e Península Ibérica, durante os séculos VII e VIII, que conhecimentos matemáticos foram trazidos do Oriente. Existia em Bagdá, no Iraque, uma importante biblioteca e centro de traduções conhecida como Casa da Sabedoria. Os estudos feitos nesta Casa eram desenvolvidos e baseados em conhecimento de outros povos, como os gregos, indianos e persas. Foram os árabes que levaram para a Europa importantes nomes das Ciência Antiga, como Aristóteles e Pitágoras.

Entre os matemáticos árabes mais importantes não se pode deixar de citar Al-Khwarizmi. Seu nome deu origem ao termo "algarismo" que conhecemos hoje. Al-Khwarizmi foi um dos primeiros matemáticos a trabalhar na Casa de Sabedoria e desenvolveu estudos importantes sobre o sistema de numeração hindu e álgebra. Conta-se que Al-Khwarizmi, percebendo a simplicidade dos números indianos para os cálculos, propôs que estes passassem a ser adotados pelos árabes a fim de tornar mais rápidas as operações matemáticas. Sua sugestão foi aceita de boa vontade por grande parte dos outros estudiosos.

Al-Khwarizmi.
Imagem: http://www.yesiknowthat.com/muhammad
-ibn-musa-al-khwarizmi/

Al-Khwarizmi também escreveu um tratado sobre álgebra denominado Hisab al-jabr w'al-muqabala, que significa Cálculo por restauração e redução. O termo al-jabr deu origem à palavra álgebra que vemos hoje nos livros.

Quando a Europa passou a fazer contato com o povo árabe, por meio do comércio através de cidades mediterrâneas da Itália, o conhecimento islâmico sobre os números foi, aos poucos, sendo difundido para o interior do continente. Em 1202, o matemático italiano Fibonacci, nascido em Pisa, escreveu um livro chamado Liber Abaci (Livro do Cálculo) no qual expunha o funcionamento da numeração árabe e o zero. Tal livro também destacava o problema da reprodução de casais de coelho. Os números encontrados nesse problema, mais tarde, viriam a compor o que se conhece hoje como sequência de Fibonacci.

Fibonacci.
Imagem: http://www.gil.com.br/#!Grandes-nomes-da-ciência-Fibonacci-
e-a-proporção-áurea/cxpx/550ac02a0cf292acc4b4eff5

Referências 

sexta-feira, 14 de agosto de 2015

Linha do tempo da matemática - Parte I (A contribuição da Índia e a criação do zero)

Como surgiram os sistemas de numeração? De onde vieram os algarismos que usamos hoje? Como surgiu a álgebra? Quem inventou o símbolo da integral? Estas e outras respostas estão respondidas em três postagens. Cada uma delas contempla um determinado período da história e as contribuições de diversos povos para o desenvolvimento da ciência dos números. Boa leitura!

Acredita-se que os números tiveram início com a necessidade do homem em contar seus bens: como a quantidade de ovelhas num rebanho.

Desde os tempos da Babilônia se tem registro de sistemas de numeração e várias foram as civilizações que desenvolveram sistemas próprios de contagem, a exemplo dos egípcios e romanos. 

Sistema de numeração babilônico.
Imagem: https://www.easycalculation.com/funny/numerals/babylonian.php

Contudo, foram os hindus os grandes responsáveis pela criação de um sistema numérico que deu origem aos números que usamos hoje; sendo também os responsáveis pela introdução de um conceito bastante útil na matemática: o conjunto vazio. Os indianos foram os que apresentaram o número zero (0) ao mundo. 

Antes dos indianos, egípcios e mesopotâmicos usaram algo parecido com o zero, mas que simplesmente funcionava para marcar um lugar onde não havia nenhum número. O "zero" era apenas um marcador, não possuindo nenhuma utilidade nos cálculos.

Sistema de numeração hindu.
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=23508

O conceito do nada e do vazio é próprio da cultura indiana e acredita-se que o número zero esteja ligado a uma forma de satisfazer essa crença imersa no mundo hindu de que o mundo surgiu do nada e está caminhando para o próprio nada. O matemático indiano Brahmagupta, no século VII, é conhecido por ter definido as chamadas regras do zero:

1 + 0 = 1 (um número somado a zero não se altera)
1 - 0 = 1 (zero subtraído de um número não o altera)
1 x 0 = 0 (um número multiplicado por zero torna-se zero)

Brahmagupta.
http://www.storyofmathematics.com/indian_brahmagupta.html

Brahmagupta, entretanto, não conseguiu pensar numa solução para um número dividido por zero. Foi o matemático Bhaskara II, no século XII, quem encontrou a resposta para tal excentricidade, por meio da análise de sucessivas divisões por números fracionários cada vez menores: se dividirmos um fruto pela metade (1/2) teremos dois pedaços... dividido em três partes (1/3) teremos três pedaços... dividido em 100 partes (1/100), 100 pedaços... Portanto, se pegarmos esse fruto e dividirmos em partes tão pequenas (próximas de zero) daria infinitos pedaços!

1/(1/2) = 2
1/(1/3) = 3
.
.
.
1/(1/100000000000) = 100000000000

Não é de se admirar que os números que conhecemos hoje tenham sido baseados no sistema hindu. Graças à sua praticidade, nossos atuais números, "descendentes" desse antigo sistema, estão presentes em praticamente todos os cantos do planeta. Parece uma coisa tão simples, mas, se formos parar para pensar, vemos que se trata de uma invenção com séculos e séculos de história.

Outra contribuição dos indianos para a matemática foi a descoberta dos métodos de resolução de equações do 2º grau. Ainda no século XII, um outro indiano chamado Bhaskara Akaria determinou um método puramente algébrico para resolver qualquer equação do 2º grau. A ideia principal do método de Bhaskara era isolar em um dos membros da equação um trinômio quadrado perfeito, facilitando com isso a resolução do problema:


ax² + bx + c = 0 => (dx + e)² = f

Se ax² + bx + c = 0 não fosse um trinômio quadrado perfeito, 
deveria-se transformá-lo num trinômio quadrado perfeito 
somando um número conveniente aos dois membros da equação.

Os problemas envolvendo equações quadráticas eram bastante populares nos antigos livros hindus. O problema abaixo, por exemplo, foi extraído de um livro de Matemática da Índia Antiga: 

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Imagem: https://www.achetudoeregiao.
com.br/animais/macaco_prego.htm


"O quadrado da oitava parte  de um bando de macacos saltitava num bosque, enquanto os doze restantes tagarelavam no alto de um outeiro. Quantos macacos constituíam o bando?" 

Sugiro que tente resolver o problema por meio da ideia de Bhaskara... 




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Se quiser saber mais sobre a contribuição do Oriente para a matemática, deixo como sugestão o interessante documentário da BBC (A História da Matemática). Uma magnífica série, que conta como a matemática que conhecemos hoje foi moldada durante os séculos.


segunda-feira, 10 de agosto de 2015

Fique por dentro: a diferença entre aritmética, álgebra e geometria



Conceitos e etimologia de algumas palavras

Antes de começar a relatar a história da matemática é importante citar a diferença entre aritmética, álgebra e geometria, buscando saber a etimologia destas palavras:

- Aritmética: lida com os números em sua forma pura e estuda as operações matemáticas (soma, subtração, divisão, multiplicação, potenciação, radiciação, etc.). A palavra vem do grego "arithmós", que quer dizer "número".

- Álgebra: lida com letras, símbolos e números, tratando das equações, polinômios e estruturas algébricas. Pode ainda se dividir em diversos grupos, dentre os quais podemos destacar: a álgebra elementar (comum do ensino fundamental e médio) e a álgebra linear (comum no ensino superior). Esta última surgiu do estudo das equações lineares, incluindo as equações diferenciais. A palavra "álgebra" vem do árabe "Al-jabr", que quer dizer "reunião de partes quebradas".

- Geometria: é o ramo da matemática que trata do estudo das figuras e do espaço. Entre as diversas subdivisões destacam-se a geometria euclidiana e a geometria analítica. Enquanto a primeira trata da geometria clássica em duas e três dimensões, a segunda descreve formas geométricas por meio de coordenadas no espaço. A palavra "geometria" veio da junção de duas palavras em grego: "geo", que significa terra, e "metria", que significa "medida".

Fontes consultadas:


domingo, 9 de agosto de 2015

Toda a beleza e simplicidade do Modelo Padrão


Imagem: http://physicsworld.com/cws/article/news/2010/apr/09/
strange-quark-weighs-in

O Modelo Padrão é uma das teorias mais bem elaboradas e sofisticadas de toda a Física. Em resumo, trata-se de um modelo simples que busca explicar a constituição básica da matéria, bem como classificar as partículas e especificar como elas interagem umas com as outras. Apesar de ainda não ser uma teoria consolidada, o Modelo Padrão permite fazer previsões sobre as partículas e suas propriedades por meio da simetria observada entre elas.


Classificações importantes

Para entender o Modelo Padrão é preciso reconhecer a classificação das partículas de acordo com duas propriedades: o número quântico de spin (momento angular intrínseco das partículas) e as interações fundamentais a que estão sujeitas.

Número quântico de spin: esse número quântico permite dividir as partículas em dois grandes grupos: férmions e bósons. O primeiro recebeu esse nome em homenagem a Enrico Fermi, enquanto o segundo foi uma homenagem ao físico indiano Satyendra Nath Bose.

Número quântico de spin
Classificação da partícula
Exemplo
Semi-inteiro
Férmion
Elétron
Nulo ou inteiro
Bóson
Fóton

Interações fundamentais: existem na natureza quatro interações fundamentais: gravitacional, eletromagnética, forte e fraca. Desse quarteto somos levados a pensar em quatro cargas, quatro forças, quatro campos e quatro tipos de partículas mediadoras (responsáveis pela “troca de mensagens” entre as outras partículas). Todas as forças que conhecemos na natureza – força elástica, força de viscosidade, força de atrito, força elétrica, etc. – são casos oriundos das quatro forças fundamentais.

Interação
Carga associada
Força associada
Campo associado
Partículas mediadoras
Gravitacional
Massa
Força gravitacional
Campo gravitacional
Grávitons
Eletromagnética
Carga elétrica
Força eletromagnética
Campo eletromagnético
Fótons
Forte
Carga cor
Força cor
Campo forte
Glúons
Fraca
Carga fraca
Força fraca
Campo fraco
Partículas W e Z

No domínio subatômico a força gravitacional é negligenciável. A força forte é a que mantém as partículas unidas no núcleo do átomo. Já a força fraca é a responsável por manter certas partículas, como o elétron, orbitando em volta do núcleo.

De acordo com a interação nuclear forte podemos classificar as partículas em outros dois grupos importantes: os hádrons e os léptons. As palavras “hádron” e “lépton” vêm do grego, significando, respectivamente, “robusto” e “leve”.

Interação forte
Classificação
Subdivisão
Exemplos
Partículas que estão sujeitas à interação forte
Hádron
Méson
(bóson)

Píon
Bárion (férmion)
Próton e nêutron
Partículas que não estão sujeitas à interação forte
Lépton
_
Elétron e neutrino

Existem ao todo seis léptons: elétron, múon, tau, neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau.


Modelo dos Quarks e Cromodinâmica Quântica

O modelo dos quarks surgiu da tentativa de explicar certos padrões observados em grupos de bárions e mésons. Tal fato ocorreu em 1964, quando Murray Gell-Mann e George Zweig, observaram que esses padrões podiam ser explicados se os hádrons fossem compostos por partículas menores, as quais Gell-Mann chamou de quarks.

Existem seis tipos de quarks: up (u), down (d), charm (c), strange (s), top (t) e bottom (b). Estando os quarks relacionados à interação forte, eles possuem uma propriedade chamada carga cor, mas não se trata de uma cor propriamente dita. Existem três cargas cores: vermelho, verde e azul. Um quark pode apresentar qualquer uma dessas três cargas; dessa forma, temos 18 tipos de quarks. Entretanto, considerando os pares partícula–antipartícula, teríamos outros 18 tipos de antiquarks. Portanto, temos ao todo um número considerável de quarks: 36.

Imagem: http://www.telegraph.co.uk/news/science/science-news/7828889/
The-Standard-Model-of-the-universe-explained.html

A teoria das interações entre glúons e quarks é chamada Cromodinâmica Quântica (CDQ). Segundo essa teoria, os antiquarks devem apresentar cargas cores complementares: ciano, magenta ou amarelo.

Uma particularidade dos quarks é que eles não são encontrados livres na natureza, mas sempre em ternos e pares. Bárions, em geral, são combinações de três quarks, enquanto os mésons correspondem a pares quark–antiquark. Além disso, os quarks possuem carga elétrica fracionária (+2/3 e ou -1/3 e) e, quando juntos, a soma algébrica das cargas é sempre um múltiplo inteiro de e. Recentemente descobriu-se a existência de pentaquarks, provando que os quarks podem se combinar em grupos maiores, porém instáveis... Se deseja saber mais sobre os pentaquarks, confira duas reportagens, na íntegra, falando sobre essa interessante descoberta:




Teoria da Supersimetria

A Teoria da Supersimetria parte em busca da resposta para uma pergunta que tem causado bastante dor de cabeça aos físicos: “Do que é formada a matéria escura?”.

Segundo essa mesma teoria, cada partícula elementar do Modelo Padrão teria uma superparceira mais pesada. Partindo dessa hipótese, alguns físicos pensaram na possibilidade de existência do neutralino. Tal partícula seria um ajuntamento de superparceiras do fóton, do bóson Z e de outras partículas.

Hipoteticamente, a detecção do neutralino resolveria o problema da constituição da matéria escura. Contudo, não foi encontrada até hoje nenhuma evidência que prove a existência de tal partícula.


Fontes consultadas:

MOREIRA, M. A. O Modelo Padrão da Física de Partículas. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-11172009000100006&script=sci_arttext>. Acesso em: 9 ago. 2015.

The Particle Adventure - Como a carga de cor funciona? Disponível em: <http://www.cepa.if.usp.br/aventuradasparticulas/frames.html>. Acesso em: 9 ago. 2015.

Terminei a graduação... e agora? Qual caminho seguir?

Essa é uma das grandes dúvidas que surgem quando o estudante se vê prestes a se formar num curso superior... “Qual 'carreira' vou seguir dentro da minha profissão?"

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O que poucos sabem é que o mercado exige muito mais do que o simples conhecimento adquirido por um estudante de graduação recém-formado. A demanda de mão-de-obra cada vez mais especializada exige que o estudante faça cursos de especialização na área de seu interesse. A engenharia civil, por exemplo, conta com diversos campos de especialização; sendo que entre os principais temos: administração e gestão (conhecido como MBA – Master Business Administration); infraestrutura (portos, rodovias, aeroportos); construção civil; estruturas; transportes; hidráulica; saneamento e geotecnia.

Os cursos de especialização contam apenas com certificados e, em geral, não conferem diplomas. Entretanto, são os mais indicados para aqueles que buscam o rápido sucesso profissional. Além do mais, tais cursos podem ser realizados num menor intervalo de tempo (duração mínima de 360 horas), possibilitando uma rápida inserção no mercado de trabalho. Por se tratarem de cursos não tão restritos e dependentes da graduação, eles se enquadram na chamada pós-graduação lato sensu.

Imagem: http://hqbackground.com/graduation-backgrounds-8-hd
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Numa outra vertente temos a pós-graduação stricto sensu, que compreende o mestrado e o doutorado. A pós-graduação stricto sensu é mais indicada para os estudantes que estão interessados em desenvolver pesquisas e/ou seguir a carreira acadêmica. O mestrado pode se dividir em duas modalidades: mestrado profissionalizante (com duração de 1 ano e meio) e o mestrado acadêmico (com duração de 2 anos e meio). O doutorado é conhecido por exigir mais do discente, desenvolvendo pesquisas fundamentadas em temas inéditos e podendo durar de 4 a 5 anos. Além disso, é possível tentar o doutorado mesmo sem ter feito o mestrado. Em ambos os casos de pós-graduação stricto sensu o estudante conta com a ajuda de um orientador e cursa disciplinas específicas de acordo com a área de pesquisa. Se você quiser ir ainda mais além, pode optar pelo pós-doutorado. Este último dura em média de 6 meses a 1 ano e, geralmente, é obtido junto a órgãos de pesquisa como o Capes.

Uma última curiosidade... Nos Estados Unidos o título de mestre é conhecido como Master of Science, enquanto o título de doutor equivale ao PhD ou Philosophiae Doctor (ou Doctor of Philosophy). Apesar dos nomes: Mestre em Ciência e Doutor em Filosofia, os títulos podem ser usados em diferentes áreas.

Imagem: http://thegradstudentway.com/blog/?p=989


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