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viernes, 24 de octubre de 2014

Correspondencias y aplicaciones

Volvemos con conjuntos. Esta vez vamos a hablar de lo que son las correspondencias y sus consecuencias más inmediatas.

 Correspondencias

La definición formal de correspondencia consiste en que una correspondencia entre dos conjuntos A y B es un subconjunto F del producto cartesiano AxB (explicare lo que es el producto cartesiano en otra ocasión). Para que todos nos entendamos, una correspondencia asigna a determinados elementos del conjunto A una serie de elementos en el conjunto B y ese subconjunto F estará formado por los pares (a,b), estando a contenido en A y b contenido en B.

Diagrama que intenta representar una correspondencia entre A y B


En la figura, una posible pareja de elementos (a,b) del subconjunto F sería: ( Triángulo rojo, 3) o (Pentágono naranja, 5). Además:
  • Al conjunto A se le llama conjunto inicial
  • Al conjunto B se le llama conjunto final
  • Si una pareja de elementos a y b están en la correspondencia se dice que b es una imagen de a y que a es un origen de b
  • Llamamos conjunto origen o dominio de F a todos los orígenes de los elementos de B, de forma rigurosa:
Conjunto origen de F= { a∈A / ∃y ∈ B con (a,y) ∈ F}
  • Llamamos conjunto imagen o recorrido de F al conjunto formado por todas las imágenes de los elementos de A, de forma rigurosa:
Conjunto imagen de F= { b∈B / ∃x ∈ A con (x,b) ∈ F}
Analizando el caso de la figura como ejemplo tenemos:
  •  El conjunto A o inicial es:

A={Triángulo rojo(TR),Triángulo verde (TV),Pentágono naranja (PN),Romboide morado (RM),Cuadrado verde (CV), Heptágono rojo (HR)}

  • El conjunto B o final es:

B={1,2,3,4,5,6,7,8}
  • El subconjunto F o correspondencia es:
F={ ( TR,3); (TV,3); (PN,5); (RM,4); (CV,4); (HR,7) }

  • El conjunto origen es:

Conjunto origen = {TR,TV,PN,RM,CV,HR}

  • El conjunto imagen es:

Conjunto imagen = {3,4,5,7}
 Una vez hemos comentado la definición y aspectos más importantes de las correspondencias, explicaremos un tipo concreto de ellas que son las aplicaciones.
Aplicaciones

Una aplicación entre dos conjuntos A y B es una correspondencia que verifica las siguientes condiciones:

  • El conjunto inicial coincide con el conjunto origen, de forma rigurosa:
∀a∈ A,  ∃b∈ B / (a,b) ∈ F  
  •  Cada elemento del conjunto origen tiene una única imagen (∃* significa "existe solo uno")
∀a∈C.Origen,  ∃*b∈ B / (a,b) ∈ F

Figura que representa una aplicación de dos conjuntos X e Y
Se suele denotar una aplicación F de A en B por    
  f:  A -------> B

Cuando la pareja de valores (a,b)∈F, con a ∈ A y b∈B, entonces escribimos:
 f(a)=b

Si os dais cuenta, la manera de escribir f(a)=b es idéntica a la notación que usábamos con las funciones, y eso nos lleva a algo muy importante, las funciones son la misma cosa que las aplicaciones. Cuando manejamos una función y=y(x), los valores de x son el conjunto origen y los valores de y el conjunto imagen.

Clasificaremos las aplicaciones (o funciones) en 3 categorías en función de que cumplan o no una serie de características:
  • Una aplicación inyectiva es aquella que cada elemento de la imagen tiene un único origen. De forma rigurosa:
 f es inyectiva ⇔ f(x) = f(y) ⇒ x = y

Ejemplo de aplicación inyectiva
  • Una aplicación sobreyectiva es aquella en la que el conjunto imagen coincide con el final:

 f es sobreyectiva ⇔ f(A) = B  ⇔  ∀b∈B, ∃a∈A / f(a) = b

Aplicación sobreyectiva
  • Y para terminar, una aplicación es biyectiva si es a la vez inyectiva y sobreyectiva; es decir:
f es biyectiva ⇔ ∀b∈B, ∃*a∈A / f(a) = b

Aplicación biyectiva


Esta clasificación de las funciones es de gran importancia, ya que la inyectividad, sobreyectividad y sobretodo la biyectividad son condiciones necesarias para que se cumplan determinados teoremas del cálculo y el análisis matemático.

Y esto es todo sobre correspondencia y aplicaciones. Es simplemente un esbozo acerca de estos temas, pero el concepto importante sobre ambas es que una correspondencia es simplemente la asignación de un miembro de un conjunto a otro miembro de otro conjunto sin ninguna especificación; mientras que las aplicaciones, que son otra forma de llamar a las funciones, los relacionan respetando unas determinadas condiciones.

Hasta otra amigos!

martes, 21 de octubre de 2014

Matrices. Operaciones Simples




 Hoy escribiré sobre matrices. El concepto de matriz esta muy ligado al de vector, ya que un vector no deja de ser una matriz.

Una matriz es, simplemente, un conjunto de números dispuestos en forma cuadrada o rectangular y encerrados por un paréntesis. Pero sin embargo, son muy importantes en álgebra, física, cálculo, etc... Por ejemplo, un uso típico de matrices es resolver sistemas de ecuaciones. Pongamos por caso el sistema:


3x + 4y + 5z = 2                                                                (  3  4  5  2 )
x + 2y + 3z = 1          se podría expresar como ->             ( 1  2  3  1 )
        y + z = -4                                                                   (  0  1  1 -4 )


¿Se entiende mas o menos verdad? De esta manera se pueden resolver sistemas de ecuaciones mucho mas rápido que con los métodos convencerles de sustitución, igualación o reducción; por una serie de métodos que comentaremos en otra ocasión. (Siento que los paréntesis no abarquen toda la matriz, pero el editor de texto no me lo permite fácilmente).

Las matrices tienen un orden, que seria como si dijéramos el "largo por el ancho", como si fuera un área de un rectángulo. La matriz que hay en la parte superior seria de orden 3x4, ya que es un matriz de 3 filas ( horizontales) y 4 columnas (verticales).  Una matriz interesante, es la matriz Identidad, también llamada delta de Kronecker, que consiste en:

     (1 0 0)
 I= (0 1 0)
     (0 0 1)

Siendo esta la matriz identidad de orden (3x3) pero existen de cualquier orden siempre que sean matrices cuadradas (mismo número de filas que de columnas)

Las matrices se pueden operar, como los números y los vectores, pero funcionan mas bien como estos últimos.

La suma de matrices es exactamente igual que la suma de vectores, suma componente a componente. Un ejemplo:


( 2  3  7 )          ( 5  1  3 )          (7  4  10)
(-1  2  3 )    +    (1 -2  4 )     =   (0   0   7)
 (4  -5  6 )         ( 2   3  1)         (6  -2  7)

Su diferencia no plantea el mayor problema tampoco:


( 2  3  7)           (5  1  3)           (-3    2   4)
(-1  2  3)     -    (1 -2  4)     =     (0    4  -1 )
( 4 -5  6)          (2   3  1)            (2   -8   5)


Es en el producto y el cociente donde aparecen las mayores diferencias respecto a las operaciones con números.

El producto matricial se resuelve aplicando este algoritmo:

(A B C)         (R S T)          ( (AxR + BxU + CxX)   (AxS + BxV + CxY)   (AxT + BxW + CxZ))
(D E F)     x   (U V W)  =   ( (DxR + ExU + FxX)    (DxS + ExV + FxY)    (DxT + ExW + FxZ))
(G H I)           (X Y Z)        ( (GxR + HxU + IxX)    (GxS + HxV + IxY)     (GxT + HxW + IxZ))

Donde A,B,C,D,E,F,G,H,I,R,S,T,U,V,W,X,Y y Z son números cualesquiera.

Para dejarlo mas claro; el algoritmo funciona así: Para obtener la componente de la matriz producto  que se ubica en la fila 1 y en la columna 2, por ejemplo, multiplicaríamos el primer número de la fila 1 de la primera matriz por el 1º de la segunda columna de la segunda matriz más el segundo número de la fila 1 de la primera matriz por el 2º de la segunda columna más el 3º número de la fila 1 por el 3º de la segunda columna de la segunda matriz.

Este algoritmo es válido para todas las matrices que pueden multiplicarse entre sí, pero no todas pueden. Para saber si dos matrices pueden multiplicarse entre si tenemos que fijarnos en el orden de las matrices que se multiplican. Imaginemos que tenemos estas matrices:

        ( 2 -1  3)                                                (6 -5 -1)
A =  ( -2  4  1)                   y                 B=    (1  2  -3)
        (  3 -8  3)                                              

Y queremos saber si podemos multiplicarlas entre si. Fijémonos en sus órdenes. El orden de A es 3x3 (3 filas y 3 columnas) y el orden de B es 2x3 ( 2 filas, 3 columnas). Ahora haríamos así:

Colocamos los ordenes de las matrices como si fuesen los números a multiplicar:

 (3x3) x (2x3)

Los números que nos interesan son aquellos que están mas cerca del signo de multiplicación entre ambos ordenes (3 y 2). Como estos números son diferentes, no se puede realizar la multiplicación matricial. 



Además de decirnos si podemos o no multiplicar las matrices, este sistema aporta más información. Cojamos las siguientes dos matrices:

        ( 2 -1  3)                                                (6 -5)
A =  ( -2  4  1)                   y                 B=    (1  2) 
        (  3 -8  3)                                               (3  4)

Y ahora realizamos nuestro pequeño truquillo:

           (3x3) x (3x2)

 En este caso, podemos multiplicar ambas matrices, ya que los números que están junto al X son idénticos (3). Además de eso, si tomamos los otros dos números, obtenemos el orden de la matriz resultante del producto matricial (3x2). Resolvamos el producto y comprobemoslo:

             ( (2x6 + -1x1 + 3x3)     (2x-5 + -1x2 +4x3))           (   20      0)
AxB =  ( (-2x6 + 4x1 + 1x3)     (-2x-5 + 4x2 + 4x-8))  =     (  -5    -14)   
             ( (3x6 + 1x-8 + 3x3)     (3x-5 + -8x2 +4x3))           (  35   -19)

Que es, como habíamos propuesto, de orden 3x2 (3 filas, 2 columnas).

Hablando ahora de la división, la división matricial no existe. Para resolver ecuaciones matriciales ( que las hay) del tipo:

A x X  = B 

Con A y B matrices conocidas y X matriz desconocida y todas ellas matrices cuadradas; es necesario calcular la inversa de la matriz A (si la matriz A admite inversa, que no todas lo hacen) y multiplicar a ambos lados de la ecuación por ella. Todo esto lo describiremos en otra ocasión, puesto que da sin problemas para otra entrada.

Espero que os haya sido de utilidad.

Un saludo



domingo, 19 de octubre de 2014

22 años de la cumbre de Río



Hoy escribiré sobre ecología. Es, para mi, el mayor problema al que se enfrenta la humanidad en los albores de siglo XXI, y aunque nadie puede predecir el futuro y quizás si alguien lee estás palabras dentro de 50 años, como muchas veces pasa, estarán desfasadas y equivocadas; voy a hablaros un poco de la historia de la ecología a nivel internacional a raíz de un interesante artículo escrito hace ya 12 años que es perfectamente aplicable a hoy día; y también de mis opiniones a cerca de este importante tema.

El primer gran evento mundial en el que la ecología fue el motivo de la convocatoria fue la cumbre de Estocolmo en 1972 donde se sentaron las bases del problema ecológico y de desarrollo sostenible que padecía el mundo. Acudieron representantes de 113 países y 400 organizaciones y concluyó con una declaración de 26 principios que en la práctica tuvieron muy poco impacto en la política mundial inmersa en la Guerra Fría (1945-1991) y en el miedo a una guerra nuclear global.

La siguiente reunión, la conferencia de Río de 1992 celebrada en Río de Janeiro fue la primera cumbre de la Tierra en donde realmente se sentaron las bases para poner freno al deterioro medioambiental de la Tierra.



Entre sus asistentes destacan Maurice Strong, Al Gore, Mijail Gorbachov,Amadou Toumani Touré y Leonardo Boff entre otros y urgían a los gobiernos del mundo a tomar medidas eficaces acerca de la problemática del desarrollo sostenible. Entre sus propuestas destacan:

Maurice Strong
  • La declaración sobre los bosques
  • El convenio sobre la diversidad biológica
  • La necesidad de reducir la emisión de gases de invernadero, lo que terminó por concretarse en el Protocolo de Kyoto (1997)
  • El Programa 21, 21 medidas detalladas que se deben llevar a cabo para la protección medioambiental, a nivel local, regional o nacional por los países miembros de la ONU. 
A pesar de la gran emoción que suscito a nivel mundial en un primer momento, y de las cumbres de los años sucesivos y el éxito de la cumbre Johanesburgo en 2002 y la publicación de la Carta de la Tierra, las cosas en materia de degradación ambiental no han cambiado susceptiblemente. La gente sigue pensando que es solo problema de los gobernantes, ignorando así su responsabilidad;cuando todos podemos aportar nuestro grano de arena al problema. 

De hacerlo, y al darnos cuenta de que los gobernantes salen de la sociedad, es muy probable que avancemos en la dirección correcta para detener el problema. Estos problemas, la falta de voluntad de la gente y gobiernos debido a los escasos beneficios económicos a corto plazo de la concienciación ecológica, han hecho fracasar estas cumbres en la práctica una y otra vez.

 Para poner énfasis en esto, Gorbachov, en 2002, escribió un articulo publicado en Los Angeles Times y que no tuvo mucha difusión, pero que es perfectamente aplicable hoy en día. Aquí os lo transcribo:


Mijail Gorbachov
A diez años de la Cumbre de Río, el desarrollo sostenible aún es sólo una buena idea.

Durante y después de la Cumbre sobre Desarrollo y Medio Ambiente, celebrada en Río de Janeiro en 1992, percibí un abrumador clima de entusiasmo y esperanza por el futuro. Era un tiempo de optimismo y, en retrospectiva, de inocencia, ya que todo el mundo festejaba el fin de la Guerra Fría. Diez años después nos vemos rodeados por un clima diferente, de cinismo y, para muchos, de desesperación. Algo que difícilmente cause sorpresa, si se tiene en cuenta que el medio ambiente sigue deteriorándose a un ritmo alarmante, que la pobreza se agudiza tanto en los países subdesarrollados como en los que se encuentran en proceso de transición, que la seguridad disminuye y que los conflictos violentos y los ataques siguen marcando al mundo.

Y esto ni siquiera tiene en cuenta las nuevas realidades que enfrentamos en 2002. La mayoría de estos acontecimientos recientes están relacionados con el fenómeno de la globalización, con el hecho de que vivimos en un mundo sumamente interconectado, en donde el comercio, la contaminación, el crimen, las enfermedades y la comunicación no conocen fronteras.

La sed de la Tierra
La globalización trajo enormes beneficios a algunos y desastres a otros, en tanto que pasó totalmente por alto a muchos. Generó brechas aún más grandes entre los que tienen y los que no, los que tienen acceso a la información, la tecnología y los recursos naturales y los que no ejercen ninguna influencia en absoluto sobre los factores que afectan a sus vidas.

Normas dobles y el poder cada vez más desenfrenado de las grandes compañías multinacionales sirvieron para exacerbar esta tendencia. En lugar del "desarrollo sostenido" al que el mundo adhirió en el encuentro de Río, lo que vemos es un consumo insostenible conseguido mayormente a espaldas de los pobres y desposeídos y a expensas del medio ambiente.

¿Qué es lo que salió mal? ¿Qué es lo que falta? Aún en 1992, muchos de nosotros nos dimos cuenta de que toda la buena voluntad y promesas de la cumbre de Río se traducirían en nada, a menos que fueran acompañados por dos cosas: una investigación seria sobre los valores universales y códigos de ética y una abultada cantidad de dinero.

Junto con otros, participé de un diálogo internacional para la creación de un marco ético integrado para el desarrollo sostenido, que resultó en la Carta de la Tierra, difundida por primera vez en 2000. Con este texto, pretendimos llenar una brecha importante.

Desde la mera aparición de la civilización humana, las comunidades de todo el mundo crearon e impusieron códigos morales de conducta para que gobernaran la forma como se trataban entre sí. Quienes violan estos códigos son llevados ante la justicia. Se les pide también que indemnicen a las víctimas de sus acciones. Después de los horrores de las guerras mundiales, se creó la Declaración Universal de Derechos Humanos como forma de proteger a la población mundial de los daños. Ahora, el planeta en sí está en peligro y muchos de los principios éticos básicos que deberían protegerlo no se respetan.

Un área importante en donde el mundo se vino abajo porque las promesas de Río no se cumplieron es la del agua. Debiera ser visto como fuente de vergüenza universal el hecho de que 3 millones de niños morirán y otros millones más quedarán ciegos este año como resultado de enfermedades relacionadas con el agua que pueden prevenirse; que más de mil millones de niños no tengan acceso a agua potable; que casi 3 mil millones no cuenten con los medios para una higiene adecuada; y que imprudentemente sigamos contaminando y explotando las fuentes naturales de agua fresca en todo el mundo.

El agua es el ingrediente más importante para el desarrollo y la estabilidad. Sin acceso a un suministro de agua básico, uno se ve expuesto a sufrir enfermedades, pobreza, degradación ambiental y hasta conflictos.

El buen gobierno, si bien no es esencial, no basta para lidiar con todos estos temas. Naciones Unidas lanzó la Promesa del Milenio para reducir para 2015 a la mitad la cantidad de gente en el mundo sin acceso a buenos servicios sanitarios y de provisión de agua. Para lograr esto, se necesitarán unos 23 mil millones de dólares anuales. El acceso a una provisión adecuada de agua potable para las necesidades básicas humanas es un derecho humano universal y es responsabilidad de todos que se cumpla con esta promesa.

Será una tarea difícil si se tiene en cuenta que los niveles de Asistencia Oficial para el Desarrollo (AOD) —que ayudaron a financiar proyectos de infraestructura— llegaron el año pasado a su nivel más bajo en 20 años, 53.100 millones de dólares. En la Cumbre de la Tierra, los líderes de los países desarrollados prometieron aumentar su AOD al 0,7 por ciento de sus PBI. Pero sólo cinco naciones cumplieron con su promesa (Dinamarca, Suecia, Noruega, Holanda y Luxemburgo) mientras que las otras recortaron o congelaron sus contribuciones. El porcentaje de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico) asciende a un lastimoso 0,39 por ciento.

Los países del Norte deberían insistir para que se revierta esta tendencia y para que sus naciones respeten sus responsabilidades internacionales. El hecho de que el presidente estadounidense George Bush haya decidido aumentar el presupuesto de ayuda al desarrollo en 5.000 millones de dólares es, tal vez, una pequeña pero promisoria señal.

Además de insistir para que las naciones en vías de desarrollo paguen sus asfixiantes deudas externas, los países ricos no deberían olvidar las enormes deudas ecológicas que están acumulando a través del consumo excesivo, en especial, los cambios climáticos evidentes ya, causados por políticas energéticas irresponsables. Sería ingenuo imaginar que nuestra prosperidad continuará o que podremos alcanzar algún grado de seguridad global sin cumplir con estos objetivos. Una de las lecciones más importantes que dejaron los ataques terroristas del 11 de setiembre es que vivimos en un solo mundo y nadie puede darse el lujo de ignorar los problemas de los otros, independientemente de lo lejos que vivan.

No cabe duda de que sólo la globalización que abarque a todos y esté basada en un desarrollo sostenido, es la que funcionará. El camino actual sólo traerá resentimiento, desesperación y, sin duda alguna, más violencia.

Mijail Gorbachov. Ultimo Presidente de la Unión Soviética.

La próxima entrada sobre ecología me centrare en el paradigma actual de solo citar al cambio climático como el mayor (cuando no único) problema ecológico y olvidarse de la degradación del medio en general y de la contaminación de agua, mares y suelo en particular.

Un saludo

jueves, 16 de octubre de 2014

Radioactividad

Después de 6 meses vuelvo a escribir aquí, hoy sobre física. Voy a hablaros de la radiactividad, y el porque algunos átomos son radiactivos y desprenden partículas y radiación de forma espontánea.

La materia está compuesta por átomos, como seguro todos sabéis, y a su vez, los átonos se componen de un núcleo compuesto por protones y neutrones, y una corteza a su alrededor que contiene exclusivamente electrones.

El número de protones que posee un átomo se conoce como número atómico y se designa con la letra Z y el número de neutrones como número másico, que se escribe con la letra A


Tabla Periódica de los elementos

En la naturaleza existen 92 elementos químicos. Los distintos elementos químicos se caracterizan por el número de protones que contienen en el núcleo atómico: 1 para el Hidrógeno, 2 para el Helio, etc. Además, cada elemento tiene varias Isótopos en función del número de neutrones que tenga.  Hay átomos de carbono ( Z=6) que tienen 6 neutrones (Carbono -12), otros que tienen 7 neutrones (Carbono-13), y otros que tienen 8 (Carbono-14).

Isótopos del hidrógeno

Los núcleos atómicos son estables en función del número de protones y neutrones que poseen en el grupo. Los átomos con pocos protones son estables cuando tienen un numero parecido de protones que de neutrones, mientras que los átomos más pesados necesitan mas neutrones para estabilizar el núcleo.

De los aproximadamente 2500 isótopos que se conocen, solo 264 son estables. El resto son inestables, que no pueden permanecer mucho tiempo en ese estado, y sufren transformaciones para alcanzar otras formas más estables. A estes isótopos se les conoce como radionucleidos. Ahora vamos con un poco de historia.



Diagrama de Segre, que nos dice que isótopos son estables y cuales inestables


En 1896 Henri Becquerel, un físico francés, descubrió que las sales de uranio velaban las placas fotográficas en habitaciones oscuras, incluso colocando entre las sales papeles, cartón o otras barreras que la luz ordinaria no podía atravesar. Esto llevo a Becquerel a pensar que los átomos de uranio emitían una radiación que podía atravesar objetos como lo habían hecho los rayos X de Roentgen unos años antes.

Becquerel siguió investigando, y llegó a la conclusión de que la emisión de radiación no estaba alterada por la temperatura, la presión o la forma química del uranio a estudiar.

En 1898, Marie Curie descubrió en el mineral pechblenda un nuevo elemento que era mucho mas radiactivo que el uranio,  el radio y se dio cuenta de que la cantidad de radiación emitida dependía de la cantidad de sustancia radiactiva que se dispusiese. En 1911, Ernest Rutherford propuso que la radiactividad provenía del núcleo atómico, y demostró que la radiactividad podía arrancar electrones de los atomos y cargar el aire eléctricamente. También clasificó la desintegración radiactiva en 3 tipos: Alpha, Beta y Gamma, que describiré en otra entrada posterior.

Es interesante decir que estos pioneros de la radioactividad, no conocían los negativos efectos para la salud de la radioactividad, y en algunos de ellos, como Marie Curie, provocó su muerte.

Como conclusión,son radiactivas las sustancias que no presentan un balance correcto entre protones y neutrones. Cuando el número de neutrones es excesivo o demasiado pequeño, las fuerzas nucleares son incapaces de mantener los núcleos atómicos unidos, lo que les lleva a emitir partículas y radiación.

Desintegración Radiactiva


Y esto es todo por hoy, espero que os haya gustado. En un par de semanas habrá otra entrada que completara esta. La desintegración radiactiva.