Cargando, por favor espere...

Cálculo infinitesimal por Cavalieri y Torricelli
Cavalieri y Torricelli, matemáticos que hicieron historia en su tiempo.
Cargando...

Cavalieri y Torricelli, ambos discípulos de Galileo, hicieron aportaciones significativas al cálculo infinitesimal. El primero desarrolló el método de los indivisibles, una herramienta matemática que sirvió para calcular: 1) el área de figuras planas por medio de suma de infinitos segmentos paralelos a la base y 2) volumen de sólidos por medio de suma de infinitas superficies planas paralelas a la base. Esta forma ingeniosa de encontrar áreas y volúmenes por Cavalieri fue retomada en el Siglo XIX por el matemático alemán Bernhard Riemann para expresar la integral por medio del límite de su suma, conocida hoy como suma de Riemann.

El método de los indivisibles creado por Cavalieri le permitió encontrar el área existente entre un triángulo parabólico y el volumen de una pirámide. Además, pudo encontrar de manera precisa áreas bajo curvas de tipo parabólico, cúbico hasta curvas de grado nueve con el uso de la fórmula , s=1, 2, 3,…,9 y , proporcionado por él. Fórmula que se generalizaría después con los matemáticos franceses Fermat, Pascal y Roberval para el cálculo de áreas de curvas de tipo y=xn, con n en el conjunto de los números naturales.

El segundo italiano es reconocido por el uso de series convergentes y divergentes para el cálculo del volumen de un sólido de revolución, conocido como trompeta de Torricelli. Este sólido cumple con la característica de que el área de su superficie es infinita, pero su volumen finito. Para simplificar, considérese la curva xy=1. Es inmediato notar que tanto el área bajo la curva y=1/x como el área de la superficie de revolución obtenida al girar dicha curva alrededor del eje X es infinita, pero el volumen de sólido de revolución es finito. Para demostrar esta afirmación tómese como integrandos, respectivamente, las funciones y=1/x y y=/x^2 e intégrese en el intervalo ,. Desde luego que Torricelli no usó el cálculo integral como la conocemos hoy, pues esta herramienta matemática surgiría después con Leibniz y Newton. Las herramientas usadas por Torricelli fueron las series y el método de los indivisibles proporcionado ya por Cavalieri. Para ello, Torricelli inscribió infinitos cilindros en la trompeta, uno dentro del otro para cada x en el eje de las abscisas. Es claro que el volumen de cada cilindro inscrito iba disminuyendo conforme el valor de x crecía hacia el infinito. Para encontrar el volumen de los cilindros, Torricelli recurrió al método de los indivisibles de Cavalieri. Luego usó las series para sumar los volúmenes de los diferentes cilindros y demostró que la serie convergía, es decir, el volumen era finito. La serie resulta convergente, debido a que el volumen de la trompeta de Torricelli es acotado por arriba por la suma de los volúmenes de los cilindros de altura unidad. Por lo tanto, si acotamos el volumen de los cilindros de radio 1/x, con x=1, 2, 3,…, n, … y altura unidad, el resultado se sigue inmediatamente. En efecto, el volumen resultó ser menos estricto que la serie de los inversos de los cuadrados, la cual ya se sabía que convergía, pues es posible acotarla superiormente por una serie telescópica, la cual desde luego era convergente. Así fue como Torricelli demostró que el volumen de la trompeta que lleva su nombre era finito y menor a 2 π. Para demostrar la infinitud del área de la superficie, Torricelli nuevamente recurrió a las series, esta vez demostró que el área de la superficie era mayor que la serie armónica estudiada ya por Nicolás de Oresme (mediados del Siglo XIV), la cual es divergente. Por lo tanto, al ser el área de la superficie mayor que la serie armónica, resulta ser infinita.

Surge aquí la pregunta de todos, ¿existirá un sólido cuyo volumen sea infinito, pero el área de su superficie sea finita? La respuesta es no. No existe un sólido con esas características. La demostración la proporcionaré en mi siguiente colaboración.

Cavalieri y Torricelli pudieron usar las series convergentes y divergentes gracias al desarrollado concepto del infinito adquirido ya en aquella época en los trabajos de Pietro Mengoli sobre la serie telescópica y de Nicolás de Oresme sobre la serie armónica.


Escrito por Romeo Pérez

Doctor en Física y Matemáticas por la Facultad de Mecánica y Matemáticas de la Universidad Estatal de Lomonosov, de Moscú, Rusia.


Notas relacionadas

Las matemáticas están íntimamente ligadas a la sociedad y a la naturaleza. De hecho, las necesidades prácticas de una sociedad influyen en el desarrollo de la matemática, y entre más desarrollada esté la sociedad, más desarrollada estará esta ciencia.

Cuántas veces hemos tenido la duda de si tomar un medicamento alopático o un té para curar algún malestar o disminuir el síntoma de una enfermedad.

Por ello, ahora como antes, es de vital importancia que los científicos dejen de ser una élite que atesora el conocimiento, y que devuelvan éste al pueblo. La ciencia se nutre en el pueblo.

Ramón Picarte siempre pensó que la matemática debería ser un aporte para sacar a las personas de la pobreza; con esa idea organizó e impulsó diferentes sociedades cooperativas de artesanos y trabajadores de Santiago.

El gran pensador griego demuestra que el continuo no puede estar hecho de un conjunto de indivisibles (átomos) o de puntos (“aquello indivisible en partes”), como lo habían planteado Leucipo, Demócrito y Euclides.

El cuerpo humano en la edad adulta tiene aproximadamente 50 trillones de células vivas que cumplen funciones específicas dentro del organismo.

Para Pitágoras, el conocimiento no se agota con lo empírico, porque su esencia está en el segundo, se encuentra donde está el número, concebido como una relación abstracta (no de cálculo).

El esfuerzo debe concentrarse en una capacitación intensa a los profesores, para que ellos a su vez repliquen esta enseñanza en sus alumnos, de modo que en el futuro  muchos estudiantes pertenecientes a la clase pobre dispongan de las herramientas adecua

La secuenciación del genoma del cacao ha abierto nuevas fronteras en la mejora de la calidad y sostenibilidad del cultivo de cacao.

A pesar del indiscutible rol que juegan los bosques, cada año disminuye su superficie debido al cambio de uso de suelo, tala clandestina e incendios forestales. De 2000 a 2018 se perdieron 13 mil 777 hectáreas.

Para muchos es normal que en la época de fin de año las temperaturas sean bajas. Esto se debe, en gran medida, a la inclinación de 23.5 grados del planeta con respecto a su eje, que va del polo norte al sur.

Las consecuencias de la desatención del programa de vacunación infantil ya se están manifestando, pues hay rebrotes de Sarampión y Tuberculosis.

El genio soviético fue quien lo hizo, en 1928, y, con éste, nació formalmente la probabilidad como la conocemos en la actualidad.

“Estamos ante la presencia del gobierno que intenta ver como accidentes, lo que más bien han sido tragedias provocadas por la ausencia de mantenimiento”, denunció Andrés Atayde, presidente del PAN.

Los fractales son estructuras cuyo patrón se repite a diferentes escalas y casi de manera infinita. Están presentes prácticamente en todos los aspectos de nuestro entorno, casi ocultos a simple vista.