Τα 5 πιο περίεργα μαθηματικά μοντέλα

 

Γράφει ο Θανάσης Κοπάδης, Μαθηματικός – Συγγραφέας

 

 

Τα μαθηματικά χρησιμοποιούνται εδώ και χιλιάδες χρόνια για τη μελέτη, την περιγραφή και την αξιοποίηση φαινομένων του φυσικού κόσμου που μας περιβάλλει.

Η μεγάλη χρησιμότητα των μαθηματικών προκύπτει από τη δυνατότητα, μέσω της χρήσης τους, να κάνουμε προβλέψεις για τα παραπάνω φαινόμενα, με άλλα λόγια να δημιουργούμε μοντέλα που να αναπαριστούν τα υπό μελέτη φαινόμενα. Η πρόβλεψη/προσομοίωση συμπεριφορών και ιδιοτήτων πολύπλοκων συστημάτων είναι κυρίως ο βασικός στόχος της μαθηματικής μοντελοποίησης.  

 Τα μαθηματικά μοντέλα χρησιμοποιούνται σε πολλές επιστήμες όπως στη φυσική, στις οικονομικές επιστήμες, αλλά και στη βιολογία. Στην τελευταία ανήκουν και τα μοντέλα επιδημιών  που εύκολα αντιλαμβάνεται κανείς την σημαντικότητά τους, αφού ο στόχος τους είναι η πρόβλεψη της χρονικής εξέλιξης ασθενειών-επιδημιών. Σήμερα, περισσότερο από ποτέ, βλέπουμε πόσο σπουδαίο εργαλείο αποτελούν αυτά τα μοντέλα αφού ουσιαστικά κατευθύνουν την πολιτεία για τις απαραίτητες ενέργειες που πρέπει να πάρει προκειμένου να έχουμε μείωση στη μετάδοση του κορωνοϊού.

 Μαθηματικά μοντέλα παρόμοια με εκείνα που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση μεταδοτικών ασθενειών και επιδημιών όμως δείχνουν και τι συμβαίνει όταν τα κοινωνικά δίκτυα και το ίντερνετ  βομβαρδίζονται από πάρα πολλές πληροφορίες. Ουσιαστικά τα μαθηματικά μοντέλα για να εξερευνήσουν τον τρόπο με τον οποίο τα fake news διαδίδονται στα κοινωνικά δίκτυα χρησιμοποιούν κατά βάση μοντέλα που μελετούν τον τρόπο διάδοσης των ασθενειών και των επιδημιών γενικότερα. 

Αν και η μαθηματική μοντελοποίηση έγινε περισσότερο γνωστή σήμερα, ως κλάδος των εφαρμοσμένων μαθηματικών υφίσταται πολλά χρόνια. Ας προσπαθήσουμε λοιπόν να φτιάξουμε ένα top5 "περίεργων" μαθηματικών μοντέλων.

1️⃣ Μαθηματικό μοντέλο για τα mosh pits

Δύο καθηγητές σε πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης κατάφεραν να φτιάξουν το μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τις κινήσεις των ανθρώπων σε ένα mosh pit.

Πριν λίγα χρόνια ο ένας από αυτούς πήγε σε μια συναυλία με την κοπέλα του. «Υπό άλλες συνθήκες θα πηδούσα μέσα στο mosh pit. Αλλά εκείνη τη φορά ήθελα να την έχω σε ασφαλές σημείο οπότε κάτσαμε στην άκρη και παρακολουθούσαμε τα πράγματα από εκεί». Καθώς παρατηρούσε τα άτομα συνειδητοποίησε ότι η κίνησή τους έμοιαζε με αυτή των μορίων ενός αερίου.

Ο δύο επιστήμονες πήγαν σε συναυλίες και παρακολούθησαν πολλά βίντεο στο youtube στα πλαίσια της έρευνας τους. Χρησιμοποιώντας μερικές μεταβλητές, όπως την ταχύτητα κίνησης των ατόμων ή την πυκνότητα του πλήθους κατάφεραν να διατυπώσουν το μαθηματικό μοντέλο.

Η εν λόγω έρευνα μπορεί να βοηθήσει και για άλλους λόγους, καθώς δίνει πληροφορίες και για την κίνηση ανθρώπων σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης και πανικού, οπότε μπορεί να συντελέσει στη βελτίωση συγκεκριμένων μέτρων ασφαλείας.

Δείτε την προσομοίωση του παραπάνω μοντέλου:

http://mattbierbaum.github.io/moshpits.js/ 

2️⃣ Μαθηματικό μοντέλο για το top10

Πρόκειται για ένα μαθηματικό μοντέλο που έχει να κάνει με την δημιουργία ενός αλγορίθμου που φτιάχνει μουσικά "σουξέ".

Συγκεκριμένα Βρετανοί ερευνητές υποστήριξαν ότι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης, οι οποίοι λαμβάνουν υπόψη παραμέτρους όπως η ένταση του ήχου, η διάρκεια του τραγουδιού και το πόσο χορευτικό είναι, μπορούν να προβλέπουν χονδρικά ποια κομμάτια θα γίνουν επιτυχίες.

Το ποσοστό επιτυχίας των αλγόριθμων αυξομειώνεται ανάλογα με την εποχή. Όταν όμως πρόκειται για μουσική από τέλη της δεκαετίας του 1990 έως σήμερα, οι αλγόριθμοι προβλέπουν με ακρίβεια 60% το εάν ένα τραγούδι θα καταφέρει να μπει στο Top5.

Όπως εξήγησαν οι ερευνητές σε Διεθνές Συνέδριο Μηχανικής Μάθησης και Μουσικής οι αλγόριθμοι εξέτασαν τα στοιχεία του επίσημου βρετανικού Top40 των singles για τα τελευταία 50 χρόνια.

Οι αλγόριθμοι συνέκριναν τα πέντε πιο πετυχημένα τραγούδια κάθε κατάταξης με τα λιγότερο πετυχημένα τραγούδια, εξετάζοντας παραμέτρους όπως το τέμπο, η διάρκεια, η αρμονική απλότητα και η μη αρμονικότητα, δηλαδή ο θόρυβος.

Τα μοντέλα δίνουν ένα «δυναμικό επιτυχίας», ενδεικτικό της προοπτικής να γίνει ένα τραγούδι σουξέ.

«Τα μουσικά γούστα εξελίσσονται, οπότε η εξίσωση δυναμικού επιτυχίας που δημιουργήσαμε πρέπει κι αυτή να εξελίσσεται. Διαπιστώσαμε ότι το δυναμικό επιτυχίας κάθε τραγουδιού εξαρτάται από την εποχή» σχολίασαν οι δημιουργοί.

3️⃣ Μαθηματικό μοντέλο είχε προβλέψει την κρυψώνα του Mπιν Λάντεν

Έρευνα που δημοσιεύτηκε το 2009 προέβλεπε με ακρίβεια 80,9% ότι ο Οσάμα Μπιν Λάντεν κρυβόταν σε έπαυλη της πόλης Αμποταμπάντ του Πακιστάν. Η μελέτη, βασισμένη σε ένα μοντέλο πιθανοτήτων που χρησιμοποιείται στην οικολογία των απειλούμενων ειδών, είχε τραβήξει τότε την προσοχή αμερικανικών ΜΜΕ, όχι όμως και των μυστικών υπηρεσιών.

Όπως αναφέρει ο δικτυακός τόπος του περιοδικού Science, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες τροφοδότησαν το μαθηματικό μοντέλο με δορυφορικά δεδομένα και με πληροφορίες για τις φημολογούμενες μετακινήσεις του Μπιν Λάντεν τα τελευταία χρόνια.

Η ερευνητική προσπάθεια ξεκίνησε σχεδόν ως αστείο σε μια ομάδα προπτυχιακών φοιτητών. Υπεύθυνοι της ομάδας ήταν δύο γεωγράφοι οικοσυστημάτων.

Η ειδικότητα των δύο ερευνητών είναι η μελέτη απειλούμενων οικοσυστημάτων με τη χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης από δορυφόρους και άλλα συστήματα. Η πρόβλεψη για τη θέση του τρομοκράτη βασίστηκε στη θεωρία της «βιογεωγραφίας νήσων». Στη βάση της, η θεωρία προβλέπει ότι, έπειτα από μια μεγάλη φυσική καταστροφή, τα είδη που ζουν σε μικρά νησιά είναι πιθανότερο να εξαφανιστούν, σε σχέση με τα είδη που ζουν σε μεγάλα νησιά.

«Η θεωρία ήταν ότι, αν κανείς προσπαθούσε να επιβιώσει, θα κατέφευγε σε μια περιοχή με χαμηλό ρυθμό εξαφάνισης (ειδών)»

«Κανονικά δεν είναι δουλειά μου να ασχολούμαι με τέτοια πράγματα. Κι όμως, οι ίδιες θεωρίες που χρησιμοποιούμε για τη μελέτη απειλούμενων ειδών μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για αυτό» σχολίασε ένας από τους ερευνητές.

Το γεγονός ότι ο καταζητούμενος δεν κρυβόταν σε κάποια απομονωμένη τοποθεσία, αλλά σε μια σχετικά μεγάλη πόλη, δεν είναι καθόλου περίεργο: "Υποθέσαμε ότι (ο Μπιν Λάντεν) δεν θα βρισκόταν σε μια μικρή κωμόπολη, όπου οι κάτοικοι θα ανέφεραν ότι τον είδαν".

Αναμενόμενο για τον ερευνητή ήταν και το γεγονός ότι ο Μπιν Λάντεν δεν κρυβόταν σε κάποια σπηλιά, όπως πολλοί πίστευαν: "Οι σπηλιές είναι κρύες, και δεν μπορείς να διακρίνεις τον κόσμο που μπαίνει μέσα" εξηγεί.

Τελικά, η ερευνητική ομάδα κατέληξε ότι η πιθανότερη τοποθεσία ήταν το Αμποταμπάντ, το οποίο μεταξύ άλλων προσφέρει εύκολη πρόσβαση σε νοσοκομεία (η υγεία του Μπιν Λάντεν είναι γνωστό ότι ήταν εύθραυστη).

Μάλιστα το μαθηματικό μοντέλο προέβλεψε με επιτυχία και το συγκεκριμένο κτίριο όπου μπορεί να κρυβόταν ο Μπιν Λάντεν. Αυτό βασίστηκε βέβαια σε υποθέσεις, όπως το ότι ο τρομοκράτης ήταν ψηλός και θα χρειαζόταν ένα ψηλοτάβανο χρήστη, όπως επίσης θα χρειαζόταν φράκτη και ασφάλεια.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε το 2009 σε μια σχετικά μικρή επιθεώρηση, το MIT International Review. Τράβηξε τότε την προσοχή διαφόρων αμερικανικών μέσων, μεταξύ άλλων της μεγάλης εφημερίδας USA Today.

Περιέργως, οι αμερικανικές Αρχές είτε δεν έμαθαν για την έρευνα είτε δεν την θεώρησαν αρκετά αξιόπιστη.

4️⃣ Μαθηματικό μοντέλο για την εκλογή βουλευτών

Ιταλοί ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα μαθηματικό μοντέλο που επιτρέπει την πρόβλεψη της αποτελεσματικότητας του βουλευτικού σώματος με βάση τα ποσοστά βουλευτών που προέρχονται από κόμματα και ανεξάρτητων κληρωτών βουλευτών. Το μοντέλο προβλέπει ότι η εισαγωγή τυχαίου βουλευτικού σώματος θα αύξανε κατακόρυφα την αποτελεσματικότητα του κοινοβουλευτικού έργου. 

 Τι εννοούν με τον όρο «αποτελεσματικότητα»; Ότι οι αποφάσεις θα ήταν προς το καλό του κοινωνικού συνόλου (κατ' αντιδιαστολή με το προσωπικό όφελος των εκλεγμένων αντιπροσώπων μας).

 Οι Ιταλοί ερευνητές δημοσίευσαν τη μελέτη τους στον διαδικτυακό τόπο του Πανεπιστημίου τους. Tο άρθρο τους αρχίζει θυμίζοντας μας ότι «Στην αρχαία Ελλάδα, στο λίκνο της δημοκρατίας, κυβερνητικά σώματα επιλέγονταν εν πολλοίς με κλήρωση».

Για τη μοντελοποίηση της ιδέας τους οι Ιταλοί επιστήμονες εμπνεύστηκαν από τον ιστορικό της Οικονομίας στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ και συμπατριώτη τους Carlo Maria Cipolla (1922-2000). Στη διάσημη χιουμοριστική μονογραφία του «The basic laws of human stupidity» (οι βασικοί νόμοι της ανθρώπινης ηλιθιότητας) ο Cipolla χωρίζει τους ανθρώπους σε τέσσερις κατηγορίες οι οποίες προκύπτουν από τη θέση (διασπορά) τους σε έναν καρτεσιανό άξονα συντεταγμένων.

Πηγή εικόνας: Μαθηματικές ιστορίες για όλους

Έτσι, με τον άξονα των χ να αντιπροσωπεύει το προσωπικό όφελος και τον άξονα των ψ το κοινό όφελος, τα άτομα που εμπίπτουν στο πάνω δεξιά τεταρτημόριο (δικό τους όφελος και κοινό όφελος) είναι τα έξυπνα άτομα, τα άτομα που εμπίπτουν στο πάνω αριστερά τεταρτημόριο (δικό τους κακό, κοινή ωφέλεια) είναι τα αφελή άτομα, τα άτομα που εμπίπτουν στο κάτω δεξιά τεταρτημόριο (δικό τους καλό, κοινό κακό) είναι οι ληστές και, τέλος, εκείνα που εμπίπτουν στο κάτω αριστερό τεταρτημόριο είναι οι ηλίθιοι (κακό δικό τους και του κοινού).

Βάσει αυτής της κατηγοριοποίησης ο Cipolla δίνει τον ορισμό του ηλιθίου: «ένα άτομο είναι ηλίθιο αν μπορεί να προκαλέσει βλάβη σε ένα άλλο άτομο ή ομάδα ατόμων χωρίς να έχει κανένα προσωπικό όφελος ή ακόμη χειρότερα, να προκαλέσει και δική του βλάβη κατά τη διαδικασία».

Πόσο τυχαίοι όμως θα ήταν οι κληρωτοί βουλευτές; «Στην κληρωτίδα θα έμπαινε όποιος εξεδήλωνε την επιθυμία και με εξαίρεση το καθαρό ποινικό μητρώο δεν νομίζω ότι θα έπρεπε να υπάρχει άλλη προϋπόθεση» είπε ο ερευνητής και προσέθεσε: «Στην πράξη θα συνέβαινε ό,τι συμβαίνει με την κλήρωση ενόρκων. Οι κληρωτοί βουλευτές θα μπορούσαν να είναι κάθε ηλικίας, φύλου, οικονομικού και μορφωτικού επιπέδου. Να είναι πραγματικά ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα της κοινωνίας».

5️⃣ Μαθηματικό μοντέλο για το Αλτσχάιμερ

Την κατανόηση των αιτίων του Αλτσχάιμερ και άλλων εκφυλιστικών ασθενειών του εγκεφάλου πέτυχαν φοιτητές του Ιονίου Πανεπιστημίου, μέσω μαθηματικών μοντέλων, τα οποία με τη σειρά τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να φτιαχτούν καλύτερα φάρμακα.

Το ερευνητικό έργο της ομάδας ξεκίνησε πριν από 10 χρόνια και κατάφερε να μοντελοποιήσει τις λειτουργίες ενός αρχικού κυττάρου του εγκεφάλου - μιτοχονδρίου - και να τις προσομοιώσει στον υπολογιστή.

Αντίθετα με τις μέχρι σήμερα εργαστηριακές μελέτες, που οδηγούσαν στην εξάντληση των συμπτωμάτων της «ασθένειας» των μιτοχονδρίων, η ερευνητική ομάδα προσπάθησε να εξηγήσει τους λόγους που προκαλούν τις δυσλειτουργίες τους.

Όπως χαρακτηριστικά ανέφερε ο επίκουρος καθηγητής του τμήματος Πληροφορικής του Ιόνιου Πανεπιστημίου Παναγιώτης Βλάμος, η «ηλεκτρική θρόμβωση» αποτελεί τη βασική αιτιολόγηση των δυσλειτουργιών των μιτοχονδρίων, καθώς απ' αυτήν προκαλούνται ηλεκτρικά σύμπλοκα και δυσμορφίες στο εσωτερικό της μεμβράνης τους.

Για την ικανοποίηση των αναγκών του κυττάρου σε ενέργεια, ο αριθμός των μιτοχονδρίων μεταβάλλεται και προσαρμόζεται, μέσω τεσσάρων σημαντικών λειτουργιών: τη συγχώνευση, το διαχωρισμό, την κινητικότητα και την μιτοφάγωση, που δίνουν τη δυνατότητα στα σωματίδια αυτά να ανανεώνουν το υλικό τους, απομονώνοντας τυχόν κατεστραμμένα συστατικά και βοηθώντας στη διαδικασία της ίσης κατανομής τους κατά τη διαίρεση του κυττάρου.

«Όταν η διαδικασία της συγχώνευσης και της διάσπασης γίνονται με λανθασμένο τρόπο, επέρχεται ηλεκτρική θρόμβωση, που οδηγεί στα ηλεκτρικά σύμπλοκα στην εσωτερική μεμβράνη του μιτοχονδρίου. Μ' αυτό τον τρόπο, η ‘υπεραγωγιμότητα’ της μεμβράνης διακόπτεται, οδηγώντας με τη σειρά της στη μείωση της παραγωγής ενέργειας», εξήγησε.

Η ερευνητική ομάδα, στην οποία συμμετέχουν επίσης ο υποψήφιος διδάκτορας Βιοπληροφορικής Αθανάσιος Αλεξίου και ο ερευνητής φυσικών επιστημών Ιωάννης Ρέκκας, στοχεύει να αποκωδικοποιήσει και να καταγράψει πλήρως τις συνθήκες που επικρατούν στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη, έτσι ώστε να δημιουργηθούν μοντέλα κατάλληλα για το σχεδιασμό νέων φαρμάκων.
«Ουσιαστικά, τα μαθηματικά μας επέτρεψαν να κατανοήσουμε το μηχανισμό λειτουργίας αυτών των κυτταρικών οργανιδίων, κάτι που δεν μπορούσε να επιτευχθεί στις εργαστηριακές μελέτες», κατέληξε ο κ. Βλάμος.

 

 

Πηγή: Alfavita

Μαθηματικό ροκ...

Το μαθηματικό ροκ (Math Rock) είναι ένα στυλ προοδευτικού και ανεξάρτητου ροκ, με βασικότερους εκπροσώπους συγκροτήματα όπως οι King Crimson, Rush και Battles, καθώς και συνθέτες του 20ου αιώνα, όπως οι Steve Reich και John Cage. Χαρακτηρίζεται από πολύπλοκες, άτυπες ρυθμικές δομές -συμπεριλαμβανομένης της ακανόνιστης διακοπής και εκκίνησης, συνεχείς αλλαγές στους χρονοδείκτες (κλάσματα στην αρχή του πενταγράμμου) και εκτεταμένες συγχορδίες. Έχει ομοιότητες με το post-rock.

Η ρυθμική του πολυπλοκότητα ήταν ο λόγος που ονομάστηκε «μαθηματικό» από ακροατές και μουσικούς. Ενώ η περισσότερη ροκ μουσική χρησιμοποιεί μέτρο 4/4, το μαθηματικό ροκ κάνει χρήση λιγότερο τυπικών μέτρων, όπως 5/4, 7/8, 11/8 ή 13/8. Όπως στο παραδοσιακό ροκ, ο ήχος κυριαρχείται συχνά από κιθάρες και ντραμς. Ωστόσο, τα ντραμς παίζουν μεγαλύτερο ρόλο στο μαθηματικό ροκ για την παροχή πολύπλοκων ρυθμών.

 

H φωνή αντιμετωπίζεται ως ένα ακόμη μουσικό όργανο, ενώ συχνά τα φωνητικά δεν είναι υπερβολικά και τοποθετούνται λιγότερο εμφανώς, όπως στο στυλ ηχογράφησης του Steve Albini. Πολλά από τα πιο γνωστά math rock συγκροτήματα είναι εντελώς ορχηστρικά, όπως οι Don Caballero ή οι Hella.

Τα άλμπουμ “In the Court of the Crimson King” (1969), “Red” (1974) και “Discipline” (1981) των King Crimson και “Spiderland” (1991) των Slint θεωρούνται γενικά πρόδρομοι, ή και δημιουργοί του μαθηματικού ροκ, επιδεικνύοντας τεχνικές που θα υιοθετούσαν αργότερα κι άλλα συγκροτήματα. Καλλιτέχνες όπως οι Frank Zappa, Captain Beefheart και John Zorn επίσης επηρέασαν  σημαντικά πολλές math rock μπάντες. Ένα ακόμη πιο avant-garde συγκρότημα της δεκαετίας του '80, οι Massacre, με επιρροές από την πανκ, χρησιμοποίησε περίπλοκα ρυθμικά χαρακτηριστικά. Ο Scott Miller, τραγουδιστής των Game Theory και The Loud Family, λεγόταν ότι «πειραματιζόταν με τη μουσική όπως ένας γεννημένος μαθηματικός πειραματίζεται με τους αριθμούς». Ακόμη και η προέλευση του ονόματος Game Theory είναι μαθηματική, υποδηλώνοντας έναν «σχεδόν μαθηματικό ήχο» του συγκροτήματος, που συχνά το ανέφεραν και ως IQ rock. Μια άλλη επιρροή αποτελεί ο Καναδός μουσικός Dan Snaith, ο οποίος έχει αποκτήσει διδακτορικό στα μαθηματικά από το Imperial College London.

Φτάνοντας στη δεκαετία του '90 και συνεχίζοντας μέχρι και σήμερα, ο μουσικός κόσμος υποδέχεται τους Tool, που χαρακτηρίστηκαν ως «διάδοχοι των King Crimson ως οι βασιλιάδες του progressive rock». Χαρακτηριστικό το τραγούδι τους "Lateralus", στο οποίο μέσα στο tempo των ντραμς και στους στίχους «κρύβεται» η ακολουθία Fibonacci, που συνδέεται με τη χρυσή τομή. 

Η ακολουθία Fibonacci είναι η ακολουθία αριθμών 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ... στην οποία οι δύο πρώτοι όροι είναι το 1 και, από τον τρίτο όρο και μετά, κάθε όρος της είναι το άθροισμα των δύο προηγούμενων.

Στο "Lateralus", το πλήθος των συλλαβών σε κάθε στίχο «κινείται» μέσα στην ακολουθία Fibonacci. Για παράδειγμα οι στίχοι της πρώτης στροφής έχουν διαδοχικά: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 5, 3 συλλαβές.

Ο όρος «μαθηματικό ροκ» ξεκίνησε ως αστείο στη σκηνή του Σικάγο από τους καλλιτέχνες που δούλευαν με τον Steve Albini, προσπαθώντας να περιγράψουν το νέο στυλ. Υποστηρικτής αυτού του όρου είναι και ο Matt Sweeney, τραγουδιστής των Chavez, μπάντα που συνδέεται με τη math rock σκηνή. Αν και έχει εξελιχθεί σε αποδεκτό όνομα για το μουσικό στυλ, παρόλα αυτά, δεν βλέπουν όλοι οι κριτικοί το μαθηματικό ροκ ως ένα επίσημο υπο-είδος του ροκ...

Παγκόσμια ημέρα του αριθμού π: 31,4 τρισεκατομμύρια ψηφία του π στα... "σύννεφα"!

Η 14η Μαρτίου, η οποία στην Αμερική αναγράφεται ως 3-14, έχει καθιερωθεί Παγκόσμια Ημέρα της σταθεράς π. Η μαθηματική σταθερά π ορίζεται ως ο λόγος της περιφέρειας ενός κύκλου προς την διάμετρό του. Συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα π (από τη λέξη "περιφέρεια"). Είναι μια ποσότητα που προσπαθούσαν οι άνθρωποι να υπολογίσουν από τα αρχαία χρόνια. Αυτό που καθιστά το π τόσο δύσκολο να υπολογιστεί, είναι ότι είναι ένας αριθμός άρρητος και υπερβατικός. Με απλά λόγια, τα δεκαδικά του ψηφία δεν σταματούν σε κάποιο σημείο, είναι άπειρα και δεν επαναλαμβάνονται με κάποιο μοτίβο.

Στον περισσότερο κόσμο είναι γνωστά μόνο τα αρχικά του ψηφία: 3,14. Από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα, ο υπολογισμός της τιμής του π απασχολεί χιλιάδες χρόνια την ανθρωπότητα. Για την απομνημόνευση των πρώτων ψηφίων του π έχουν επινοηθεί διάφοροι μνημονικοί κανόνες. Ανάμεσά τους και αυτή η φράση, όπου κάθε ψηφίο της σταθεράς π αντιστοιχεί στον αριθμό των γραμμάτων κάθε λέξης.

  

Βέβαια, το 3,14 αλλά και το 3,141592653589793238462 δεν είναι παρά ρητές προσεγγίσεις του π. Πριν από τον 15ο αιώνα, μαθηματικοί όπως ο Πυθαγόρας, ο Αρχιμήδης και ο κινέζος Liu Hui, χρησιμοποίησαν γεωμετρικές τεχνικές βασισμένες σε πολύγωνα, για υπολογίσουν την τιμή του π. Η πιο συνηθισμένη ρητή προσέγγιση του π ήταν το \(\frac{22}{7}\). Από τον 15ο αιώνα κι έπειτα, μαθηματικοί όπως ο Madhava της Sangamagrama, ο Isaac Newton, o Leonhard Euler, o Carl Friedrich Gauss και ο Σρινιβάσα Ραμανουτζάν χρησιμοποίησαν νέους αλγόριθμους βασισμένους στις άπειρες σειρές και υπολόγιζαν ακριβέστερες προσεγγίσεις του π. 

Ένας από τους τύπους που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του π
(Αδελφοί Chudnovsky, 1988)

Μερικοί επιστήμονες προσπαθούν να επιστρατεύσουν άλλες υπολογιστικές μεθόδους, που θα τους δώσουν κάποια ικανοποιητική προσέγγιση, π.χ. \(\pi = 4 \cdot \arctan(1)\). Τον 20ο και 21ο αιώνα, μαθηματικοί και πληροφορικοί συνδυάζουν τους αλγορίθμους με την αυξημένη υπολογιστική ισχύ και διαρκώς επεκτείνουν την δεκαδική απεικόνιση του π. Καθώς οι επιστημονικές εφαρμογές δεν απαιτούν κατά κανόνα περισσότερα από 40 δεκαδικά ψηφία του π, θα λέγαμε ότι βασικό κίνητρο για αυτούς τους υπολογισμούς είναι η επιθυμία του ανθρώπου να σπάει ρεκόρ... 

 

Στη "μάχη" της ακριβέστερης προσέγγισης του π, ήρθε αρχικά να καταρρίψει τα -μέχρι το 2019 δεδομένα- η Emma Haruka Iwao της Google. Με τη βοήθεια του Google Compute Engine, που ανήκει στο Google Cloud, κατάφερε να μας δώσει την ακριβέστερη μέχρι τότε ρητή προσέγγιση του π, υπολογίζοντας 31.415.926.535.897  (ή \( \pi\cdot 10^{13} \) ) ψηφία του αριθμού αυτού! Η Emma ήταν η πρώτη που χρησιμοποίησε τις δυνατότητες του Cloud για τον υπολογισμό του αριθμού αυτού σε τέτοια τεράστια κλίμακα.

Tον Αύγουστο του 2021, το βιβλίο καταγραφής παγκόσμιων ρεκόρ Guinness ανακοίνωσε πως μια ομάδα μαθηματικών από το Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένης Επιστήμης του Grisnos στην Ελβετία κατάφερε να υπολογίσει την τιμή του π με τη μεγαλύτερη μέχρι στιγμής ακρίβεια. Η νέα τιμή-ρεκόρ απαρτίζεται από 62.831.853.071.796 ψηφία, όπως επιβεβαίωσε ο επικεφαλής της εργασίας, Thomas Keller. Για να ολοκληρωθεί ο υπολογισμός, χρειάστηκαν 108 ημέρες και 9 ώρες , ενώ χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα με δύο AMD EPYC επεξεργαστές των 32 πυρήνων ο καθένας, οι οποίοι ήταν εξοπλισμένοι με 1 TB μνήμης RAM και 510 TB αποθηκευτικού χώρου!  

Οι προσπάθειες των σύγχρονων επιστημόνων είναι κάτι παραπάνω από εντυπωσιακές. Αλλά, όπως υπενθυμίζει και το παραπάνω ποίημα, "ουδέποτε όλον θνητοί θα εύρωσι"...

 

Σας αφήνω με ένα ολοκαίνουργιο... μουσικομαθηματικό βίντεο αφιερωμένο στο π, από την αγαπημένη Vihart.

 

Trigodance: Ο χορός της... τριγωνομετρίας

Το Movemathics είναι μια νέα, καινοτόμα προσέγγιση της διδασκαλίας των Μαθηματικών. Βασίζεται στην κιναισθητική μάθηση, σύμφωνα με την οποία ο άνθρωπος μαθαίνει και απομνημονεύει τις πληροφορίες μέσα από την κίνηση, τις χειρονομίες και την αφή. 

Συγκεκριμένα, το Movemathics χρησιμοποιεί τον χορό ως κιναισθητική μέθοδο διδασκαλίας της Τριγωνομετρίας του Γυμνασίου και παροτρύνει τους μαθητές να χορέψουν Trigodance: τον τριγωνομετρικό χορό!    

Θα ήθελα πολύ να μάθω τη γνώμη των μαθητών της χώρας μας. Εσείς, ως καθηγητές, θα διδάσκατε αυτόν τον χορό στους μαθητές σας;