martes, 19 de octubre de 2010

SISTEMAS DE NÚMEROS

Los métodos para contar las cosas han sido desde siempre algo muy importante para el hombre. No sólo porque en la vida diaria —cualquiera sea la actividad que desarrollemos— el saber contar es una valiosa herramienta, sino porque nuestra concepción de las cantidades depende de cómo contamos. Por más que nos resulte práctico contar mecánicamente, siguiendo un procedimiento que nos enseñaron cuando éramos niños, no deberíamos perder de vista que en esa manera de contar hay algo de arbitrario, que no hay una manera única de contar.

Por ejemplo, nuestra costumbre de agrupar los objetos en conjuntos de diez, no es más que eso: una costumbre. Su origen es obvio: tenemos diez dedos. Todavía hoy los niños aprenden a contar con los dedos. Y aprenden rápidamente. La elección del número diez como base para contar las cosas ha sido, desde este punto de vista, un éxito. Sin embargo, ¿qué tiene de particular el 10? ¿No podríamos nosotros acaso tener cuatro o seis dedos, como algunos animales? ¿Si los seres que dominan la Tierra descendieran de los reptiles por otra línea (no por la de los piteci), contarían de otra manera?

En el siglo XVIII, el naturalista francés Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon (1707-1788), propuso la adopción del sistema dodecimal (de base doce). (Nuestra costumbre de hoy de contar las mercaderías por docenas tiene su origen en esa sugerencia de Buffon.) La razón es fácil de comprender: el número 10 es un número muy grande para la cantidad de divisores enteros que tiene. Descartando los obvios 1 y 10, sólo se lo puede dividir con resto cero por 2 y por 5. En cambio el doce, apenas mayor, tiene el doble de divisores. Descartados el 1 y el propio 12, quedan el 2, el 3, el 4 y el 6. La ventaja más importante que ofrece el sistema de base doce se puede explicar fácilmente por medio del siguiente ejemplo: en una regla, entre dos líneas consecutivas (una unidad), se hace una marca (para obtener dos medios), cuatro marcas (para obtener cinco quintos) o nueve marcas (para obtener diez décimos) porque todas esas fracciones se expresan con una cifra "decimal". Otras fracciones, en cambio, se escriben de manera más compleja: los cuartos con dos decimales (0,25); los tercios y los sextos con infinitos decimales (0,333… y 0,166…).

En el sistema propuesto por Buffon los tercios, los cuartos, los sextos y las doce avas partes de la unidad se escribirían con una sola cifra "dodecimal". Tratemos de deducir cómo funcionaría.
Para crear un sistema de numeración comparable al nuestro se deben definir tres cosas:
(1) la cantidad de símbolos a emplear (incluyendo el cero);
(2) la manera en que los símbolos se deben ordenar; y
(3) la cantidad de objetos que definen el orden de cantidad siguiente.
Un sistema de este tipo se llama simbólico-posicional. La Historia ha demostrado que éstos son los sistemas con más ventajas. Los sistemas no-simbólicos de algunos pueblos primitivos son de escritura complicada, ya que se deben dibujar los objetos —por ejemplo, como pequeños círculos (representaciones de cuentas)—. Los no-posicionales —como los números romanos— tienen la ventaja de no requerir el cero, pero como contrapartida obligan a usar innumerables símbolos o innumerables veces unos pocos símbolos.
Analicemos primero el sistema en uso hoy en día, el sistema decimal.
(1) Cantidad de símbolos: diez (incluyendo el cero). Este conjunto de símbolos se conoce como notación arábiga.
(2) Los símbolos se escriben en línea horizontal, sin dejar espacios; los que representan grupos más grandes a la izquierda.
(3) Cuando se agota la cantidad de símbolos en una posición se agrega una unidad a la siguiente. (Dada la cantidad de símbolos, ésta es otra manera de decir que la base es diez.) Sin embargo, la coincidencia de la cantidad de símbolos con la base no es obligatoria. Un ejemplo de sistema donde tal coincidencia no se observa es el desarrollado por los mayas, que consta de tres símbolos —para el cero, el uno y el cinco (¿por los dedos de una mano?) y cuya base es veinte (número de días de cada uno de los dieciocho meses de su calendario).
Cada posición (de derecha a izquierda) corresponde a una potencia entera de 10 mayor, partiendo del exponente 0.
 
De ahí que, en el sistema decimal, digamos que dos números n1 y n2 están en el mismo orden (de tamaño o magnitud) cuando el mayor es menos de diez veces más grande que el menor.
A diferencia del sistema decimal, un sistema como el sugerido por Buffon tendría doce símbolos y base doce. Mantengamos los símbolos de la notación arábiga tradicional y agreguemos dos más para el 10 y el 11.
Siendo el "9" un símbolo simétrico (respecto del centro) del "6", parece razonable que el símbolo para el 10 sea simétrico del "7" y que el símbolo para el 11 sea el simétrico del "8". Sin embargo, dada la forma del "8", esto último no es posible. Por eso se ha recurrido al "5". A esta notación se la podría llamar arábiga+.
Es fácil comprobar que, haciendo uso de ella, el número decimal 6208 se debería escribir (en el sistema dodecimal) como se indica a continuación. 
Las potencias son ahora potencias crecientes de doce
Como se puede observar, la primera cifra —comenzando desde la derecha— corresponde a las unidades, la segunda a las docenas, la tercera a las gruesas (docenas de docenas) y la cuarta a las docenas de gruesas.
En el sistema dodecimal, dos números n1 y n2 están en el mismo orden cuando se cumple la relación:
En el esquema snterior se observa que el uso de símbolos comunes a sistemas distintos puede dar lugar a confusiones. Sobre todo cuando la escritura de los números dodecimales no exige usar los simétricos de "5" y "7". Por eso, cuando no resulta claro por el contexto, se acostumbra a indicar la base en que un número se ha escrito. (El convenio aceptado es escribir la base en el sistema decimal.)
Es interesante observar que en los sistemas con símbolos comunes, como el dodecimal y el binario (de base dos), que por su economía de símbolos fascinaba a Leibnitz, el "10" siempre representa a la base.
(De acuerdo a esto, la primera expresión dada para definir la igualdad de órdenes de magnitud es válida para todo sistema, si se interpreta al "10" en la base correspondiente.) 
Ésta es la causa por la cual resulta tan fácil extender el algoritmo de la división —concebido originalmente para el sistema decimal— al sistema dodecimal. Dividiendo por "10" (doce) varias veces se obtiene un cociente final y una serie de restos que se corresponden con el dividendo.
 
Pero volvamos al argumento de Buffon. ¿Cómo se escribiría en el sistema dodecimal la menor fracción que se puede expresar con una cifra después de la coma, es decir con un dodecimal? (Nótese que uso la palabra "cifra" y no "dígito" porque esta última está relacionada con "dedo" y sólo la podría usar con propiedad en este caso quien tuviera doce dedos.) La menor fracción es:
En el sistema de Buffon, toda fracción de la doce ava parte de la unidad que tenga un múltiplo igual a la unidad se escribirá con una sola cifra después de la coma.
Las dos últimas rayas corresponden a los nuevos símbolos.
El esquema anterior muestra con sencillez el argumento de Buffon.


REFERENCIA
http://www.luventicus.org/articulos/02A035/index.html

DEFINICIONES BÁSICAS

El algebra es la rama de la matemática que estudia la cantidad considerada del modo mas general posible.

Diferencia del algebra y la aritmética

El concepto de la cantidad en algebra es mucho mas amplio que en aritmética.
En aritmética las cantidades se expresan en números y estos expresan valores determinados. Así, 20 expresa un solo valor: veinte; para expresar un valor menor o mayor que este habrá que escribir un número distinto de 20.
En algebra, para lograr la generalización, las cantidades se representan por medio de letras, las cuales pueden representar todos los valores. Así, a representa el valor que nosotros le asignemos, y por lo tanto puede representar 20 o mas de 20 o menos de 20, a nuestra elección, aunque conviene advertir que cuando en un problema asignamos a una letra un valor determinado, esa letra no puede representar, en el mismo problema, otro valor distinto del que le hemos asignado.

Notación algebraica

Los símbolos usados en algebra para representar las cantidades son los números y las letras.
Los números se emplean para representar cantidades conocidas y determinadas.
Las letras se emplean para representar toda clase de cantidades, ya sean conocidas o desconocidas.
Las cantidades conocidas se expresan por la primera letra del alfabeto: a, b, c, d...
Las cantidades desconocidas se representan por las últimas letras del alfabeto: u, v, w, x, y, z.
Una misma letra puede representar distintos valores diferenciándolos por medio de comillas; por ejemplo: a’, a’’, a’’’, que se lee a prima, a segunda, a tercera, o también por medio de subíndices; por ejemplo: variables, que se leen a subuno, a subdos, a subtres.

Formulas

Consecuencia de la generalización que implica la representación de las cantidades por medio de letras son las formulas algebraicas.
Formula algebraica es la representación, por medio de letras, de una regla o de un principio general.
Así, la geometría enseña que el área de un rectángulo es igual al producto de su base por su altura; luego, llamando A al área del rectángulo, b a la base, y h a la altura, la formula: A = b x h, representara de una forma general el aria de cualquier rectángulo, pues el área de un rectángulo dado se obtendrá con solo sustituir a y h en la formula anterior por sus valores en el caso dado.

Signos del algebra

Los símbolos empleados en algebra son de tres clases: signos de operación (+, -, x, /, potencias y raíces), signos de relación (=, >, <) y signos de agrupación ((), {}, []).

REFERENCIA

ADICIÓN Y SUSTRACCIÓN


ADICIÓN

es una operación que tiene por objeto reunir dos o más expresiones algebraicas (sumandos) en una sola expresión algebraica (suma).
Así, la suma de a y b es a + b, porque esta última expresión es la reunión de las dos expresiones dadas: a y - b.
La suma de a y - b es a - b, porque esa última expresión es la reunión de las dos expresiones dadas: a y - b.

Características generales de la suma algebraica

En aritmética, la suma siempre significa aumento, pero en algebra la suma es un concepto mas general, pues puede significarse aumento a disminución, ya que hay sumas algebraicas como la del ultimo ejemplo, que equivale a una resta en aritmética.
Resulta, pues, que sumar una cantidad negativa equivale a restar una cantidad positiva de igual valor absoluto.
Así, la suma de m y - n es m - n, que equivale a restar de m el valor absoluto de - n que es |n|.
La suma de -2x y -3y es -2x -3y, que equivale a restar de -2x el valor absoluto de -3y que es |3y|.
Regla general para sumar
Para sumar dos o más expresiones algebraicas se escriben unas a continuación de las otras con sus propios signos y se reducen los términos semejantes si los hay.

Suma de monomios

- Suma 5a, 6b y 8c.
Los escribimos unos a continuación de otros con sus propios signos, y como 5a=+5a, 6b=+6b y 8c=+8c la suma será: 5a + 6b + 8c
El orden de los sumandos no altera la suma. Así, 5a + 6b + 8c es lo mismo que 5a + 8c + 6b o que 6b + 8c + 5a. Esta es la Ley conmutativa de la suma.
- Sumar 3a y - 2b
Cuando algún sumando es negativo, suele incluirse dentro de un paréntesis para indicar la suma así: 3a + (-2b), la suma será: 3a - 2b.

Suma de polinomios

- Sumar a - b, 2a +3b - c y -4a + 5b
La suma suele indicarse incluyendo los sumandos dentro de paréntesis; asi: (a - b) + (2a + 3b - c) + (-4a + 5b).
Ahora colocamos los términos de estos polinomios unos a continuación de otros con sus propios signos, y tendremos:
a - b + 2a + 3b - c - 4a + 5b = -a + 7b - c.
En la práctica, suele colocarse los polinomios unos debajo de los otros de modo que los términos semejantes queden en columna; se hace la reducción de estos, separándolos unos de otros con sus propios signos:
a - b
2a + 3b - c
-4a + 5b R:
-a + 7b -c

SUSTRACCIÓN

es una operación que tiene por objeto, dada una suma de dos sumandos (minuendos) y uno de ellos (sustraendos), hallar el otro sumando (resta o diferencia).
Es evidente, de esta diferencia, que la suma del sustraendo o la diferencia tiene que ser el minuendo.
Se de a (minuendo) queremos restar b (sustraendo), la diferencia será a - b. en efecto: a - b será la diferencia si sumada con el sustraendo b reproduce el minuendo a, y en efecto: a - b + b = a.

Regla general para restar

Se escribe el minuendo con sus propios signos y a continuación el sustraendo con los signos cambiados y se reducen los términos semejantes si los hay.

Resta de monomios

1) De -4 restar 7.
Escribimos el minuendo -4 con su propio signo y a continuación el sustraendo 7 con el signo cambiado y la resta será: -4 - 7 = -11.
En efecto -11 es la diferencia porque sumada con el sustraendo 7 reproduce el minuendo -4: -11 + 7 = -4.
2) Restar 4b de 2a.
Escribimos el minuendo 2a con su signo y a continuación el sustraendo 4b con el signo cambiado y la resta será: 2a - 4b.
En efecto: 2a - 4b es la diferencia, porque sumada con el sustraendo 4b reproduce el minuendo: 2a - 4b + 4b = 2a.
3) Resta 4a²b de -5a²b.
Escribe el minuendo -5a²b y a continuación el sustraendo 4a²b con el signo cambiado y tengo: -5a²b - 4a²b = -9a²b. -9a²b es la diferencia, porque sumada con el sustraendo 4a²b reproduce el minuendo: -9a²b + 4a²b = -5a²b.
4) De 7 restar -4.
Tendremos que: 7 - (-4) = 7 + 4 = 11.

Característica general de la resta algebraica

En aritmética la resta siempre implica disminución, mientras que la resta algebraica tiene un carácter más general, pues puede significar disminución o aumento.
Hay restas algebraicas, en que la diferencia es mayor que el minuendo. Esto indica que restar una cantidad negativa equivale a sumar la misma cantidad positiva.


REFERENCIAS

http://www.xenciclopedia.com/post/Algebra/La-resta-o-sustraccion.html

http://www.xenciclopedia.com/post/Algebra/La-suma-o-adicion-aritmetica.html