MARCO HISTÓRICO
Italia
abre el camino con Scipio Ferro (1465-1526), Niccolo Fontana -apodado
Tartaglia- (1500-1557) y Girolamo Cardano (1501-1576). En Alemania surgen
Stifel, Durero y Copérnico. La escena se traslada nuevamente a Italia con
Galileo Galilei (1564-1642). Vive en esta época también el gran astrónomo
alemán Johann Kepler (1571-1630). En la última mitad de siglo XVI Francia
produce a François Viète, Escocia a John Napier y en Suiza nace Jobst Burgi.
CAUSAS DEL DESCUBRIMIENTO
A
partir del siglo XVI, los cálculos que se precisaban hacer, debido
principalmente a la expansión comercial y al perfeccionamiento de las técnicas
de navegación, eran de tal magnitud que surgía la necesidad de encontrar
algoritmos menos laboriosos que los utilizados hasta entonces, es decir,
algoritmos de la multiplicación, de la división, etc. El descubrimiento de los
logaritmos no se produjo aisladamente, por un único proceso. Dos caminos
condujeron a su hallazgo: los cálculos trigonométricos para las investigaciones
astronómicas aplicables a la navegación, y el cálculo de las riquezas
acumuladas en lo que se refiere a las reglas de interés compuesto. Ambos
caminos inspiraron respectivamente a John Napier y a Jobst Bürgi en el
descubrimiento de los logaritmos. Henry Briggs, quien fue el primero que hizo
las tablas logarítmicas en base 10, en el año 1631, en su obra Logarithmall
Arithmetike, explica el objetivo de la invención de logaritmos: "Los
logaritmos son números inventados para resolver más fácilmente los problemas de
aritmética y geometría... Con ellos se evitan todas las molestias de las
multiplicaciones y de las divisiones; de manera que, en lugar de
multiplicaciones, se hacen solamente adiciones, y en lugar de divisiones se
hacen sustracciones. La laboriosa operación de extraer raíces, tan poco grata,
se efectúa con suma facilidad... En una palabra, con los logaritmos se
resuelven con la mayor sencillez y comodidad todos los problemas, no sólo de
aritmética y geometría, sino también de astronomía."
PRECURSORES:
- ARQUÍMEDES Y STIFEL
Los
orígenes del descubrimiento, o invención, de los logaritmos se remontan hasta
Arquímedes, en la comparación de las sucesiones aritméticas con las
geométricas. Para comprender tal comparación escribamos, por ejemplo, las
siguientes dos sucesiones:
A
los números de la primera sucesión, que es aritmética, los llamaremos
logaritmos; a los de la segunda sucesión (la de abajo), que es geométrica, los
llamaremos antilogaritmos.
La
regla de Arquímedes, dice que "para multiplicar entre sí dos números
cualesquiera de la sucesión de abajo, debemos sumar los dos números de la
sucesión de arriba situados encima de aquellos dos. Luego debe buscarse en la
misma sucesión de arriba dicha suma. El número de la sucesión inferior que le
corresponda debajo será el producto deseado".
Esta
comparación de dos sucesiones vuelve a aparecer en el siglo XVI, en los
trabajos de un matemático alemán, Miguel Stifel (1487-1567), quien publicó en
Nuremberg su "Arithmetica integra" en el año 1544. En esta obra se
encuentra por primera vez el cálculo con potencias de exponente racional
cualquiera y, en particular, la regla de la multiplicación: n m n m a a a ,
para todos los números racionales n, m.
Stifel
da también la primera tabla de logaritmos que existe, aunque en forma muy
rudimentaria. Contiene sólo los números enteros desde -3 hasta 6, y las
correspondientes potencias de 2:
A
los números de la sucesión superior los denominó exponentes. Pero para hacer
realmente aplicables los logaritmos al cálculo numérico, le faltaba a Stifel
todavía un medio auxiliar importante, las fracciones decimales; y sólo cuando
se popularizaron éstas, después del año 1600, surgió la posibilidad de
construir verdaderas tablas logarítmicas. En una parte de su libro, Stifel hace
la siguiente observación: "Se podría escribir todo un libro nuevo sobre
las propiedades maravillosas de esos números, pero debo ponerme coto a mí mismo
en este punto y pasar de largo con los ojos cerrados". Más adelante
agrega: "La adición en la sucesión aritmética corresponde a la
multiplicación en la geométrica, lo mismo que la sustracción en aquélla
corresponde a la división en ésta. La simple multiplicación en la sucesión
aritmética, corresponde a la multiplicación por sí mismo, potenciación, en la
geométrica; y la división en la primera corresponde a la extracción de la raíz
en la segunda, algo así como la división por dos, corresponde a la extracción
de la raíz cuadrada".
Por
ejemplo, si se tuviera que multiplicar 2 por 16, sólo se tendría que sumar los
números de la sucesión aritmética que se hallan encima de éstos, es decir, 1 y
4, obteniéndose 5. Debajo de éste encontramos el número 32 de la sucesión
geométrica, que es el resultado de la multiplicación. Para efectuar una
división se realiza una sustracción. Así, 256 dividido 32, se hace 8 – 5 = 3,
debajo del cual se ve el número 8, que es el resultado de la división. La potenciación,
llamada por Stifel "multiplicación por sí mismo", se efectúa por la
suma "consigo mismo" del correspondiente número aritmético. Es decir,
para hacer 64 se suma tres veces el número 2, que es el correspondiente en la
sucesión aritmética al número 4. O sea, 2+2+2 = 6 o 2 3 6 , debajo del cual
encontramos el 64, lo que significa que este número es el cubo de 4. La
radicación se obtiene mediante la división. Así, la raíz cúbica de 64, se
obtiene dividiendo al número 6, que es el correspondiente número aritmético de
64, por 3. Es decir, 6 3 = 2, debajo del cual encontramos el cuatro.
- JOHN NAPIER
Durante
la última parte del siglo XVI, Dinamarca llegó a ser un importante centro de
estudios sobre problemas relacionados con la navegación. Dos matemáticos
daneses, Wittich y Clavius (cuya obra De Astrolabio se publicó en 1593),
sugirieron la aplicación de las tablas trigonométricas para abreviar los
cálculos, mediante el uso de las fórmulas del seno y del coseno de la suma de
dos ángulos. Este recurso de cálculo sirvió probablemente de inspiración al
escocés John Napier (1550-1617), cuyo nombre latinizado es Neper, en la
deducción de un método sencillo para multiplicar senos de ángulos por un
proceso de adición directa. El descubrimiento de Napier fue ávidamente acogido
por los astrónomos Tycho Brahe y Johann Kepler. En el año 1614 en Edimburgo
aparecen sus Mirifici logarithmorum canonis descriptio, o “descripción de la
maravillosa regla de los logaritmos”, es decir, las primeras tablas de
logaritmos; sin embargo, no se describe aquí la forma en que fueron
construidas. A inicios de 1619, dos años después de su muerte, aparece el
procedimiento utilizado, bajo el título Mirifici logarithmorum canonis
constructio, es decir, “construcción de la maravillosa regla de los
logaritmos”.
Napier
fue el inventor de la palabra logaritmo (del griego "logos", razón, y
"arithmos", número: número de razones, pues en el caso de ser el
logaritmo un número entero, es el número de factores que se toman de la razón
dada (base) para obtener el antilogaritmo. Además, introdujo los logaritmos
mediante una concepción cinemática, cuyo origen, según él se imaginaba, era un
movimiento sincrónico, una especie de fluctuación entre dos sucesiones. A
continuación se describe esta concepción.
Sean
un segmento AB y una semirrecta HF. Supongamos que los móviles c e i parten
simultáneamente de A y H con la misma velocidad inicial y en dirección a B y F,
respectivamente.
Supongamos
que el móvil c tiene una velocidad numérica igual a la distancia y; además, el
móvil i se desplaza con una velocidad uniforme numéricamente igual a su
velocidad inicial. Napier definió la longitud x como el logaritmo de y.
Recurriendo
al cálculo diferencial e integral podemos escribir:
Por
lo cual
Y,
además
Napier
toma el valor 107 para la velocidad de c en A, con el objeto de
eliminar la dificultad surgida al utilizar fracciones.
Partiendo
de (1) e integrando, tendremos:
Si t
= 0, entonces K = ln 107 (ya que longitud de AB es 107 ).
Así,
Esto
es,
- JOBST BÜRGI
El
descubrimiento de los logaritmos es un claro ejemplo de lo habituales que
resultan las duplicidades en las innovaciones. Hoy se sabe que el relojero y
constructor de instrumentos suizo Jobst Bürgi (1552-1632), se hallaba en
posesión de este conocimiento antes que Napier, incluso se afirma que concibió
la idea del logaritmo ya en el año 1586, estimulado por las observaciones antes
mencionadas de Stifel, y en el Libro de cálculo de Simón Jacob (1565). Pero,
según se dice, fue por falta material de tiempo que no lo dio a conocer, motivo
por el cual el astrónomo Kepler pudo echarle en cara el hecho de "haber
dejado en el desamparo al hijo de su espíritu, en vez de educarlo para la
publicidad". Se dice que así procedió, pues, como se le decía en latín,
era un "secretorum suorum custos" (guardián de sus secretos).
Hubo
que esperar hasta el año 1620 para que Bürgi publicara en Praga sus tablas
logarítmicas bajo el título Arithmetische und geometrische Progress Tabulen.
Estas tablas se publicaron en circunstancias exteriores desfavorables, pues el
8 de noviembre de 1620 fue tomada Praga, y permanecieron desconocidas. Bürgi
vió que el valor práctico de las sucesiones de Stifel es aplicable con provecho
en el caso de que sus respectivos términos se aproximen uno al otro, lo más posible.
A la vez observó que las propiedades logarítmicas no se extendían solamente
sobre la sucesión de potencias de base dos, sino sobre sucesiones con cualquier
razón racional q.
Existe
la creencia general de que Napier ha sido el inventor de los logaritmos
naturales, cuya base es el número e. Pero esto es absolutamente falso. Es
sabido que Bürgi utilizó como base, aunque él mismo no lo supiera, el número
Que
está muy cercano al verdadero valor de e = 2.718281828....
Bürgi
partió de una progresión aritmética de primer término 0 y razón 10 y último
término 32,000. Estos números, que serían nuestros logaritmos, los denomina
números rojos. La progresión geométrica correspondiente empieza con el número
108 y la razón (que elige, al igual que Napier, cercana a la unidad,
para lograr de este modo que los sucesivos términos de la progresión geométrica
difieran muy poco entre sí) es 1 +104. Estos son sus números negros.
La tabla es de doble entrada, entrando con los números rojos, de manera que
Bürgi construyó una tabla de antilogaritmos. Para poder comprobar el
surgimiento del número e en el sistema de Bürgi, debemos multiplicar a cada
término de la progresión aritmética por 10-5. Si elegimos un término
rojo, por ejemplo 10, y su correspondiente negro, 4 1 10 8 10 podemos efectuar
la siguiente deducción: 4 4 8 10 loga 1 10 10 4 8 loga 1 10 loga 10 4 loga 1 10
Por lo tanto, 10 4 4 a 1 10 y de aquí, 1 10 2.718281828 4 1 0 4 a e La tabla de
Napier no daba los logaritmos de la sucesión de los números naturales, sino de
los valores de los senos de 0º a 90º; en ella, para obviar los números
negativos y para que los términos de su progresión geométrica fueran potencias
enteras muy próximas a un seno dado, eligió como razón un número próximo a la
unidad, pero menor que ella: 0.9999999. En realidad, Napier no habla de base
alguna, pero la que se deduce de sus cálculos se aproxima mucho a la expresión
14 10 3 1 1 1 e que es algo menor que la recíproca del logaritmo natural. Una
comparación de los logaritmos de Napier y Bürgi se hace en las tablas
siguientes:
- HENRY BRIGGS
Las tablas de Napier, aparecidas en 1614,
causaron un gran impacto en toda Europa, pero especialmente en Henry Briggs
(1561-1630), profesor de geometría de Oxford. Briggs visitó a Napier en
Edimburgo y, después de una discusión, llegaron a la conclusión de que el
logaritmo de 1 debía ser igual a 0, mientras que el logaritmo de 10 debía ser
igual a 1. Así nacen los logaritmos de "base vulgar" o logaritmos de
Briggs. La tarea de construir la primera tabla de logaritmos en base 10 fue
asumida por Briggs, puesto que Napier no poseía ya fuerzas para emprender un
trabajo de esa envergadura. En SIGMA, El Mundo de las Matemáticas, aparece el
siguiente relato del primer encuentro entre el barón de Merchiston, John
Napier, y Henry Briggs: "no podía tener tranquilidad en sí, hasta que no
hubiera visto a la noble persona de cuya sola invención éstos eran... Mr.
Briggs señala un día determinado para encontrarse en Edimburgo; pero falló en
su propósito, de modo que Lord Napier temía que no viniera. Sucedió que un día,
cuando John Marr y Lord Napier estaban hablando de Mr. Briggs: 'Ah, John -decía
Merchiston-, ahora Mr. Briggs no vendrá', en el mismo instante alguien llama a
la puerta; John Marr se apresuró a bajar y resultó ser, para su gran alegría,
Mr. Briggs. Conduce a Mr. Briggs a la habitación de Milord, donde estuvieron
casi un cuarto de hora, cada uno contemplando al otro con admiración, antes de
que se dijera ni una palabra; finalmente, Mr. Briggs comenzó: 'Milord, he
emprendido este largo viaje para ver a vuestra persona, y para saber mediante
qué mecanismo de inventiva o ingenio pensásteis por primera vez en esta ayuda
tan excelente para la astronomía, a saber, los logaritmos. Pero, Milord, me
extraña que, habiéndolos descubierto vos, nadie los haya descubierto antes,
cuando ahora que los conocemos parece tan fácil.' " En el año 1617, año de
la muerte de Napier, Briggs publicó sus Logarithmorum chilias prima, que
comprende los logaritmos de los números 1 a 1,000, con una precisión de 14
decimales. En 1624 en su obra Arithmetica logarithmica, ya aparece la palabra
característica (parte entera). La palabra mantisa (parte decimal) fue utilizada
por primera vez por Wallis en 1693. Las tablas que aparecen en la obra de
Briggs contienen los logaritmos decimales de los números 1 a 20,000 y de 90,000
a 100,000, con 14 cifras decimales de precisión. Existen más de veinte obras
sobre este tema publicadas entre 1614 y 1631, incluida una de Adrián Vlacq y E.
Decker, quienes en 1628 publicaron en Holanda los logaritmos desde 1 a 100,000,
aproximados hasta 10 cifras decimales. Edward Wright (1559-1615) publicó una
traducción inglesa del tratado de Napier, aparecido en 1614, en la que se
encuentran algunos logaritmos naturales. John Speidell, en una obra titulada
New logarithmes, publicada en Londres en 1619, reajusta los logaritmos de
Napier introduciendo, a partir de las funciones trigonométricas, los logaritmos
naturales (de base e). El inventor de la "Regla de cálculo", William
Oughtred, establece las propiedades:
LOGARITMOS Y ANTILOGARITMOS
Como
se vio anteriormente, Stifel propuso dos sucesiones: una aritmética (que
llamamos logaritmos) y otra geométrica (que llamamos antilogaritmos). Pero esta
primitiva tabla de logaritmos y antilogaritmos no es suficiente para poder
llevar a cabo multiplicaciones y otras operaciones, a no ser que sea posible
ampliarla y completarla de modo que comprenda todos los números cuyo producto
se desea obtener. Para distinguir los logaritmos correspondientes a una
determinada sucesión geométrica, de los logaritmos correspondientes a otra
sucesión geométrica, designamos por a la base de la sucesión y escribimos esta
a como adjetivo matemático en la parte inferior derecha, para señalar qué
tablas de logaritmos estamos usando. El logaritmo de un número p en una cierta
base a es el exponente al que debe elevarse la base a para obtener dicho número
p. Análogamente, si m es el logaritmo de p en una base a, entonces p es el
antilogaritmo de m en dicha base. En símbolos: p a m a p m log o bien, p
antiloga m . Esta notación permite escribir la regla de la multiplicación en
otra forma:
Esta
conclusión expresa que, en una cierta base, el logaritmo del producto de dos
números es igual a la suma de los logaritmos de dichos números en la misma
base. Del mismo modo pueden deducirse las reglas conocidas restantes.
TABLAS EN BASE 2
Toda
tabla de logaritmos es a la vez tabla de antilogaritmos. Como ejemplo de tabla
logarítmica, de tres decimales, podemos escribir la siguiente, basada en la
progresión geométrica n 2 , es decir, con base igual a 2:
Los
números n de la sucesión aritmética son logaritmos, los números N de la
sucesión geométrica 2 n son antilogaritmos. Así, log2 2.828 1.5 y anti log 1.5
2.828. 2 Si quisiéramos multiplicar, por ejemplo, 2.828 5.657, se procedería
del siguiente modo.
La
tabla dice:
Luego:
TABLAS EN BASE 10
Para
las aplicaciones prácticas, la base de las tablas logarítmicas es 10, por ser
10 la base de nuestro sistema de numeración. Esto simplifica los cálculos de
las tablas logarítmicas por la siguiente razón: siendo 10 la base, los números
fundamentales de las tablas están contenidos en las dos sucesiones
Podría
hacerse, por ejemplo, el siguiente cálculo:
es
decir,
Si
quisiéramos saber, por ejemplo, el log10 1.62, se procedería de la siguiente
forma:
De
manera similar
Es
decir, que a pesar de que se altere el lugar del punto decimal en un número, no
se modifica en nada el valor de la cantidad que está a la derecha del punto
decimal en su logaritmo. Por lo tanto, si tuviéramos los logaritmos de todos
los números comprendidos entre 1 y 10, a intervalos suficientemente pequeños,
tendríamos todo lo necesario para multiplicar logarítmicamente. Supongamos que
necesitáramos multiplicar 1.536 x 77. Las tablas nos darían
Entonces
El
resultado de la multiplicación anterior es aproximado, con un error menor de
tres centésimas, dado que se han usado tablas con sólo cuatro cifras decimales.
Pero
para poder aceptar esta interpretación del logaritmo debe comprobarse que se
cumpla la propiedad fundamental, por la cual el logaritmo del producto es la
suma de los logaritmos de los factores; lo que puede demostrarse muy
fácilmente. Este último análisis se corresponde también con el proceso
histórico. En el año 1650, gracias a los adelantos en geometría analítica y en
el cálculo infinitesimal, pudo llegarse a los resultados anteriores. Con estos
descubrimientos, de principios del siglo XVII, se lograron efectuar operaciones
que anteriormente ni siquiera podían pensarse.
A
inicios del siglo XVIII el gran matemático Leonard Euler descubriría las
profundas relaciones entre la función exponencial ax = b y su inversa x =log ab.
En
palabras de Egmont Colerus: Sin embargo, aún no se sospechaba que el nuevo
método calculístico, sobre todo en sus últimos principios constructivos, simultáneamente
se transformaría en eje de toda la Matemática infinitesimal. Nadie pensaba aún
en que la función logarítmica se habría de transformar en un puente tendido
sobre el camino que lleva a la solución de integraciones, aparentemente
insolubles. Y menos aún se pensaba en el futuro del mágico número e, para el
cálculo de intereses y de probabilidades.
Durante
más de tres siglos todos los cálculos complicados se realizaban con logaritmos.
Casi no existió xm descubrimiento científico o avance tecnológico que no usara
este Invento en forma directa o indirecta.
La
regla de cálculo, basada en los logaritmos, contribuyó a difundir el uso de
este Invento, Algunos historiadores sitúan los albores del invento de este
instrumento de cálculo tan temprano como 1632 y se lo atribuyen al matemático
inglés Oughtred.
Recientemente,
el uso de computadoras modernas ha hecho que las tablas logarítmicas y la regla
de cálculo resulten obsoletas. Sin embargo, la obra de Napier sigue teniendo
vigencia, por las importantes funciones que introdujo, la logarítmica y la
exponencial, funciones que sirven para interpretar y resolver numerosos
problemas en las más diversas ramas de la ciencia y de la técnica.
Nombre: Harby Salamanca
Cod: 20082279028
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