La utilidad de las Matemáticas

Algunas de las preguntas estrella que nos hacen nuestros alumnos de Matemáticas son ¿Y eso para qué sirve? ¿Cuándo voy a usar yo eso? Quizás sea importante que no sólo sepan hacer esas preguntas sino lo más interesante para profesores como nosotros sería que supieran responderlas. Que no ocurra que toda la vida se les pase sin saber sus respuestas. Y ese también es un trabajo nuestro, como profesores de ESO.

¿Cuándo voy a usar yo el álgebra?, sería otra pregunta que escuchamos a nuestros alumnos. En una factura que incluya IVA y de la que necesitemos desglosarlo del precio neto, tienes dos posibilidades: fiarte del profesional que te la ha hecho o saber despejar la ecuación que te da el precio después del IVA. Si hemos comprado algo al 16% (a partir del verano de 2010, el 18%), el precio antes del IVA será el cociente del precio final entre 1.16, no el resultado de restarle el 16% del precio final.

Pero puede que nos digan que no hace falta todo eso, porque las facturas están perfectamente desglosadas y hechas por ordenador. No se necesita hacer ningún cálculo para saber cada dato y estar seguro de su fiabilidad.

Vale. De acuerdo. De todas formas, seguro que alguna vez en la vida comprarás un coche o un piso, y necesitarás un crédito. Entonces te encontrarás con sorprendentes ofertas de mínimos intereses, cuotas raquíticas y todo tipo de datos numéricos que pretenden cazarte rápidamente. Con un poco de las matemáticas de la ESO, podemos analizar perfectamente todo eso y decidir de una manera más consciente. Lo mismo podemos decir de las ofertas de telefonía móvil, o de ADSL y tarifas planas de teléfono fijo. Sólo con conocimiento de matemáticas de 2º o 3º de ESO podemos ser capaces de analizar cual es la tarifa o la compañía que mejor nos conviene, comparando las funciones que surgen de aplicar el establecimiento de llamada y el precio por segundo.

Ya sé que nuestros alumnos no leen mucho la prensa, ni hacen mucho caso de las noticias, pero eso tarde o temprano cambia y al final aunque sólo sea por la tele oirán muchísimas cosas que necesitan de muy simples, pero imprescindibles, conocimientos matemáticos: el índice del coste de la vida (IPC) y sus fluctuaciones, la subida de los salarios, los porcentajes de votos de diferentes opciones políticas, las tablas de clasificación de las competiciones deportivas, los sorteos de los grupos de la Champions League, … todo ello se puede entender y analizar críticamente con contenidos de matemáticas de la ESO.

Además de la utilidad que, en situaciones cotidianas, tienen las Matemáticas, no podemos olvidar todas sus aplicaciones en situaciones de la vida profesional de muchísimas personas. Está claro que en profesiones como la de los Físicos, los Ingenieros o los Arquitectos, todos nos hacemos la idea de que se necesitan matemáticas. Sin embargo, se necesitan también en un gran número de otros campos de la actividad laboral: medicina, psicología, criminología, biología, planificación urbanística, economía…

Una actividad muy de moda hoy en día es la “logística just in time”. Esto se puede hacer gracias a una rama de las matemáticas llamada Investigación operativa. Esta dsiciplina nos permite diseñar desde la distribución de los productos en las bodegas, hasta las rutas que han de seguir los camiones repartidores para optimizar los recursos disponibles. Utilizando información sobre la cantidad que se vende de un cierto producto cada día, podemos mantener inventarios mínimos y así disminuir drásticamente los costos de almacenamiento. Es gracias a estas herramientas que las existencias de muchos supermercados consisten de sólo aquello que está en exhibición, lo que evita que inviertan en grandes áreas de almacenamiento en sus sucursales. Más allá de la maximización de ganancias, existen industrias completas que dependen de la investigación de operaciones para sobrevivir.

Aquí sólo se han presentado unas pequeñas pinceladas de todo lo que podríamos presentar a nuestros alumnos para que vayamos poco a poco superando esa manía que le tienen a nuestra materia y superar la mala imagen que se ha ido desarrollando alrededor de la misma.

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Sistemas de elección social

Los sistemas de votación han sido usados por el hombre a lo largo de la historia para elegir representantes del grupo o bien para determinar una acción a seguir.
Si suponemos sistemas de votación en los que cada votante tenga un solo voto, el caso más sencillo es el que nos permite elegir uno de entre dos candidatos. El procedimiento más usual es la elección por mayoría simple, en el que el candidato ganador resulta ser aquel que obtiene mayor número de votos tras emitir cada votante su voto por cada uno de los candidatos. Este sistema es universalmente aceptado y es el único que no presenta ningún problema, salvo que el número de votantes sea par. En este caso a alguno de los votantes debe de asignársele lo que se denomina el “voto de calidad”.
El problema de la elección social surge cuando un grupo de individuos debe escoger una o varias alternativas de entre tres o más. Por ejemplo, elegir un presidente entre tres candidatos o elegir una comisión de cuatro miembros para la que se han presentado ocho candidatos. Para el caso en el que se deba elegir uno entre tres o más candidatos se pueden establecer varios procedimientos:

Votación en una sola vuelta o de mayoría simple, en la que el candidato ganador es aquel que obtiene mayor número de votos al emitir cada votante su voto por uno de los varios candidatos. En este caso el ganador no tiene por qué obtener la mayoría absoluta de los votos.
Votación por repetición: el candidato ganador es aquel que obtiene la mayoría absoluta de los votos por primera vez, tras una secuencia de votaciones en las que se va reduciendo el número de candidatos en función de los resultados obtenidos. Un caso particular de éste es la llamada votación en segunda vuelta, en la que si en la primera votación ningún candidato obtiene mayoría absoluta se elige en una segunda votación entre los dos candidatos más votados.
Criterio Condorcet: consiste en establecer comparaciones uno contra uno y ver si existe un candidato que, en tales enfrentamientos, gane a todos. En tal caso, ese candidato sería el elegido. Este sistema de elección tiene el inconveniente de que se pueden producir situaciones cíclicas y no siempre existe un ganador.
Recuento Borda: este método propuesto por el matemático francés Jean-Charles Borda (1733-1794) consiste en un sistema de ponderaciones. Con este método intentó combatir la creencia generalizada de que el candidato que obtiene la mayoría es el que los electores prefieren y expuso ejemplos de contradicciones entre los sistemas de elección anteriores.
En este método cada elector otorga una determinada puntuación a cada uno de los candidatos siguiendo el orden de sus preferencias. Sumando las puntuaciones obtenidas por cada candidato se obtiene el ganador. Conocemos ejemplos del mismo que se utilizan en los campeonatos de automovilismo, canción ganadora de algunos festivales, etc. Todos ellos utilizan pesos diferentes sin ninguna justificación. Aunque muchos opinan que es el mejor método de elección social, tiene el inconveniente de la justificación de los pesos que en algunos casos llevaría a que pueda ser manipulados mediante una votación estratégica.
Eliminación del perdedor: se efectúan las vueltas necesarias, eliminando cada vez al candidato con el menor número de votos hasta que quede uno que sería el vencedor.

El sistema de elección que se utilice puede influir en la decisión final. Todos estos métodos tienen fallos inherentes y pueden ocasionar resultados paradójicos, lo que puede ser aprovechado por el que dirige la votación para obtener resultados a su favor.
El Teorema de Imposibilidad de Arrow (1953) establece que, con unas condiciones mínimas de racionalidad, no hay forma de combinar las preferencias individuales para alcanzar una función de bienestar social que sea al mismo tiempo justa y razonable. Como conclusión, podemos afirmar que ningún sistema es perfecto.
Presentamos a continuación un sencillo ejemplo en el que se pone de manifiesto que, según el procedimiento de elección escogido, el resultado de la votación es totalmente distinto.
Supongamos que se presentan 5 candidatos a un proceso de elecciones: A, B, C, D y E. Hay 55 delegados o electores cuyas preferencias se recogen en la siguiente tabla.

Aplicando los métodos vistos anteriormente, tenemos:
Mayoría simple. Ganaría A con 18 votos.
Segunda vuelta. En la primera vuelta se quedarían A y B. Al volver a votar, según el cuadro de preferencias, A seguiría obteniendo 18 votos, mientras que B obtendría 37. Por lo tanto, ganaría B.
Criterio Condorcet. Se elige el candidato que derrota a todos los demás en elecciones entre pares de candidatos.
Ganaría E, puesto que E frente a A (37-18), E frente a B (33-22), E frente a C (36-19) y E frente a D (28-27).
Recuento Borda. En este caso, si asignamos 5 puntos al 1º, 4 puntos al 2º y así sucesivamente hasta 1 punto al último, tendríamos:
A: 18.5+12.1+10.1+9.1+4.1+2.1 = 127
B: 18.1+12.5+10.4+9.2+4.4+2.2 = 156
C: 18.2+12.2+10.5+9.4+4.2+2.4 = 162
D: 18.4+12.3+10.2+9.5+4.3+2.3 = 191
E: 18.3+12.4+10.3+9.3+4.5+2.5 = 189
Luego ganaría D.
Eliminación del perdedor. Excluimos al candidato que menos votos obtiene, por lo que los electores que lo habían votado en primer lugar suman sus votos al segundo. De nuevo se excluye al perdedor, sumando sus votos a los otros candidatos por riguroso orden.

Ganaría C.

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El hombre anumérico

Reseña escrita por J. R. Franco Brañas en la Revista Números

En este libro de carácter divulgativo y de fácil lectura, J.A. Paulos pone de relieve como el ciudadano medio malinterpreta los datos numéricos, las estadísticas y el concepto de probabilidad. El “anumerismo” (incapacidad de manejar los conceptos fundamentales de número y azar) hace que muchas personas, a las que se les proporcionan datos erróneos, acepten las conclusiones sin discutirlas.

Para ilustrar estas ideas, el autor utiliza multitud de ejemplos a lo largo del libro, tales como el uso equivocado de los datos o del concepto de probabilidad para obtener una conclusión falsa: “… el hombre del tiempo dijo que la probabilidad de que lloviera el sábado era del 50 por ciento y también era del 50 por ciento la de que lloviera el domingo, de donde concluyó que la probabilidad de que lloviera durante el fin de semana era del 100 por ciento”. “Otro hombre del tiempo anunció que al día siguiente iba a hacer el doble de calor, pues la temperatura pasaría de 5 a 10 grados.”

O de la propia Biblia, como el relato que aparece en el Génesis sobre el Diluvio Universal: “…quedaron cubiertos todos los montes sobre la faz de la Tierra…” Si se toma la frase anterior del Génesis literalmente, resulta que la capa de agua sobre la Tierra tendría entre 5000 y 6000 metros de grosor, lo que equivaldría a más de 2500 millones de kilómetros cúbicos de agua. Como según el relato bíblico del Diluvio, la lluvia duró 40 días con sus noches, es decir, sólo 960 horas, la tasa de caída de agua tiene que haber sido suficiente para echar a pique un arca cargada con miles de animales a bordo.

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Actividad de Geometría

Una propuesta de actividad de Geometría en el aula, usando un blog,  sería la que aprovecha el vídeo de la entrada anterior.

La idea sería que los alumnos entrasen en el blog a ver el vídeo del Paseo Matemático por Aoiz y que sirviese como base para que, a través de comentarios hiciesen más propuestas de paseo geométrico. Cada alumno debería hacer un comentario fijándose en un aspecto de los tratados en el curriculo de su correspondiente curso y dar una idea de cómo se podría tratar en un nuevo vídeo. Para ello deberían proponer qué tema, en qué lugar del pueblo, con qué recurso y cual podría ser el audio a añadir.

De la recopilación de los distintos comentarios (que ellos podrían ir viendo también en el Blog) se podría, incluso promover la realización de un nuevo vídeo actualizado y contextualizado a lo que se haya hecho y visto en este curso. El video resultante aparecería en el Blog, previa publicación en youtube.

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Un paseo geométrico por Aoiz

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Belleza y Matemáticas

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Hacer Realidad los Diseños

El diseño innovador de la Casa de la Opera de Sydney desconcertó a los constructores durante años, hasta que se dieron cuenta de que todas las especificaciones del proyecto se podían lograr si cortaban triángulos de una misma esfera. Como todas las piezas son del mismo tipo y de una superficie que tiene propiedades geométricas bien conocidas, los cómputos necesarios (como, por ejemplo, el determinar las fuerzas estructurales) se simplificaron considerablemente y el sueño se convirtió en una magnífica realidad.
Muchos de los cálculos envueltos en planos audaces son posibles gracias a diseños asistidos por ordenadores y a las matemáticas detrás de éstos. Arquitectos e ingenieros modelan formas complejas usando sucesiones de polígonos y superficies curvas simples—con características conocidas—de modo que las propiedades estructurales del diseño puedan ser determinadas. Elementos en edificios grandes que anteriormente se escogían para que fueran uniformes debido a consideraciones de complejidad, ahora pueden ser tan individuales como sus diseñadores.
Para más información: “Mathematical Tour through the Sydney Opera House,” The Mathematical Intelligencer, Joe Hammer, Fall 2004.

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Proyectos en EEUU y la UE tratan de predecir crímenes con modelos informáticos

La fórmula del crimen

NUÑO DOMÍNGUEZ – MADRID

Lo más parecido a un ladrón que ronda las calles de Los Ángeles en busca de un coche mal cerrado es un cazador-recolector que acecha a su presa. A pesar de estar separados por miles de kilómetros y vivir en ecosistemas distintos, su comportamiento es el mismo, señala Jeff Brantingham, arqueólogo de la Universidad de Los Ángeles (UCLA). “Los cálculos que haría un cazador-recolector para elegir entre un ñu o una gacela son los mismos que hace un criminal para elegir entre un Honda o un Lexus”, explica.

Brantingham está desarrollando un modelo matemático para la Policía de los Ángeles (LAPD, en inglés) capaz de vaticinar el movimiento de los criminales por la ciudad y los efectos que tendrá en ellos la intervención policial. “Este modelo es el tipo de paso necesario para poder predecir el crimen”, detalla.

El Aeropuerto de Los Ángeles usa algoritmos contra ataques

No es el primero que ha tenido esa idea. Varios proyectos en EEUU y Europa ya aplican modelos matemáticos para combatir el crimen, luchar contra el terrorismo o analizar el comportamiento de la insurgencia en Irak.

Modelos matemáticos

“Cada vez que las autoridades de EEUU o Israel alertan del riesgo de un ataque terrorista, sus cálculos se basan principalmente en modelos matemáticos”, explica Henri Berestycki, director de la Escuela de Altos Estudios en Ciencias Sociales, en París. Berestycki desarrolló para el ayuntamiento de la capital francesa un modelo que describía de qué barrios venían las personas que cometen robos violentos y dónde lo hacían. En gran parte eran del norte de la ciudad y su campo de acción eran los Campos Elíseos, repletos de turistas. “Estos modelos muestran realidades que no son evidentes si uno mira sólo las estadísticas y que pueden ayudar a calcular cómo será de efectiva una u otra medida policial”, explica.

Un sistema basado en la biología sitúa zonas calientes de crimen

Desde 2007, el aeropuerto de Los Ángeles usa uno de estos modelos para organizar controles sorpresa y prevenir ataques terroristas. El sistema lo diseñó Milind Tambe, un profesor de informática de la Universidad del Sur de California, basándose en la teoría de juegos. Hace un año recibió un premio del Departamento de Policía del Aeropueto de Los Ángeles por el invento. “Está atrapando un montón de criminales”, comentaba un sargento de la policía. El programa se llama ARMOR. Lo único que tienen que hacer los policías es apretar una tecla en la que pone “randomizar”. El sistema calcula las variables y señala dónde y cuándo poner un control encubierto que sea totalmente inesperado. El programa comenzó como un juego en el que hay que intentar desbaratar las intenciones de una persona que tiene un conocimiento detallado del funcionamiento de la policía. Ahora lo financia el Departamento de Interior, que quiere utilizarlo en otros cuerpos de policía federales.

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Matemáticas en Egipto

La información disponible sobre la civilización desarrollada a lo largo del Nilo es, lo suficientemente fiable, como para ser considerada la primera civilización que alcanzó un cierto desarrollo matemático. Nuestros conocimientos sobre las matemáticas del Antiguo Egipto se basan principalmente en dos grandes papiros de carácter matemático y algunos pequeños fragmentos, así como en las inscripciones en piedra encontradas en tumbas y templos.

Desarrollaron el llamado “sistema de numeración jeroglífico”, que consistía en denominar cada uno de los “números clave” (1, 10, 100, 1000…) por un símbolo (palos, lazos, figuras humanas en distintas posiciones…). Los demás números se formaban añadiendo a un número u otro del número central uno o varios de estos números clave. Se trataba de un sistema de numeración aditivo, puesto que el resultado final quedaba determinado por la unión de todos los símbolos, que no cambiaban su valor según la posición, tal y como ocurre en nuestro sistema de numeración.

Un sistema de numeración posterior a éste, pero de similares características sería el sistema de numeración romano.

También crearon fracciones, pero sólo como divisores de la unidad, esto es, de la forma 1/n; el resto de fracciones se expresaban siempre como combinaciones de estas fracciones. Aparecen también los primeros métodos de operaciones matemáticas, todos ellos con carácter aditivo, para números enteros y fracciones.

Algebraicamente se resuelven determinadas ecuaciones de la forma x+ax=b donde la incógnita x se denominaba “montón”. En geometría los avances en el cálculo de áreas y volúmenes, encontraron, por ejemplo, para el área del círculo un valor aproximado del número pi de 3’1605. Sin embargo el desarrollo geométrico adolece de falta de teoremas y demostraciones formales. También encontramos rudimentos de trigonometría y nociones básicas de semejanza de triángulos.

[audio:http://blip.tv/file/get/Ccutrinp-MatemticasEnEgipto306.mp3]
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Turismo y Matemáticas

Cuando vamos de viaje y conocemos diferentes lugares, siempre nos podemos encontrar con algo que nos conecte a las matemáticas. El arte tiene mucho de ello, la pintura, la escultura o la arquitectura nos llevan a lugares matemáticos diversos. El buscar y descubrir esos lugares puede ser una interesante actividad en nuestras salidas turísticas.

El váter de King-Kong

Obviamente, Gijón.

Obra de Chillida, conocida popularmente come el Váter de King-Kong

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