Un problema de la Prova Cangur 2014: sumem!

Quan vaig redactar una de les darreres entrades (Miscel·lània: de la Prova CiMs al Cangur, passant per Pi), ja tenia al cap convidar-vos a solucionar algun dels problemes de l'edició del Cangur d'enguany. Si no ho he fet fins ara, ha estat perquè en el web de l'organització de la fase catalana, www.cangur.org, on ja fa dies que es poden consultar les solucions i les puntuacions dels concursants, encara es pot llegir: Els enunciats del Cangur 2014 no es poden publicar a la web fins el dia 25 d'abril. Suposo que aquest secretisme respon al fet, però no ho sé del cert , que els enunciats dels problemes s'utilitzen en les edicions d'altres països. Tot plegat és una mica absurd ja que, des del dia 20 de març en el qual es va celebrar la Prova en més d'un territori, els concursants han pogut fer públics els enunciats per la via que els hi hagi semblat més adient. Suposo que no cometo cap indiscreció si aquí us presento un problema del darrer Cangur. Estem a 4 de maig i els enunciats encara no s'han publicat en el web!

Ah, perdoneu! els que no enteneu de quina prova estic parlant (per cert, corre la llegenda urbana —jo me l'havia cregut— que Kangaroo vol dir "no t'entenc" en alguna llengua australiana i n'acabo de trobar més d'un desmentit, aquí per exemple), podeu llegir, si us abelleix, un dels primers escrits que va aparèixer en aquest blog: Més de 18.000 alumnes catalans de secundària participen en la Prova Cangur 2010. A propòsit dels 18.000, és curiós que, en aquesta era de la informació, la voluntariosa i eficient comissió organitzadora no hagi comunicat el nombre exacte de participants.


El problema triat

A casa nostra, el Cangur s'estructura en quatre nivells i en cadascun dels nivells hi ha 30 problemes. Disposo de 120 enunciats, la majoria molt ben pensats, per triar a quin li dedico l'entrada. Les preguntes més senzilles, valorades amb tres punts cadascuna, no acostumen a donar prou joc si les presentem per separat. Podríeu pensar que les qüestions més interessants estan en les preguntes de cinc punts del quadernet del 4t nivell (2n de Batxillerat)... A mi, en canvi em va semblar magnífic el darrer problema del 1r nivell (3r d'ESO).

---

Pregunta 30. Nivell 1 (Cangur 2014)

Les lletres de la paraula CANGUR tenen assignat un valor numèric cada una. Sabem que

\(\dfrac { 19 }{ C+1 } +\dfrac { 38 }{ A+2 } +\dfrac { 57 }{ N+3 } +\dfrac { 76 }{ G+4 } +\dfrac { 95 }{ U+5 } +\dfrac { 114 }{ R+6 } =2014\)

Digueu quin és el valor de la suma

\(\dfrac { C }{ C+1 } +\dfrac { A }{ A+2 } +\dfrac { N }{ N+3 } +\dfrac { G }{ G+4 } +\dfrac { U }{ U+5 } +\dfrac { R }{ R+6 }\) 

---

Aquesta pregunta té dificultat suficient per posar a prova, també, els alumnes de nivells superiors del Cangur. De fet, la vaig proposar a alguns alumnes de 2n de Batxillerat i vaig constatar, amb una relativa sorpresa, que alguns encertaven la resposta correcta pel mètode de descartar les altres, però sense trobar les operacions que hi portaven. Per aquest motiu no he deixat a la vista les cinc respostes possibles (la Prova té un format tipus test). És més interessant solucionar la qüestió sense conèixer les respostes que s'oferien; però, si teniu una vena més empírica o intuïtiva les podeu consultar tot seguit:

Respostes possibles (+/- Mostra/Oculta)

Des del curs passat, l'ordre amb el qual es presenten les possibles respostes varia d'un quadern a un altre per dificultar que els participants es passin els resultats. Cal dir que, almenys pel que jo he anat veient aquests anys, la conducta i la responsabilitat dels alumnes és exemplar i defugen "fer trampes". Us dono les respostes en l'ordre que figuren en el quadern que tinc al davant:

A) -100
B) -2013
C) 106
D) 1908
E) 100
  

Com a darrera pista, abans de desvetllar la solució, no caldria dir que allò que ens demanen és el valor de la suma i no pas que trobem els valors de cadascuna de les lletres!

I si no us en sortiu, feu clic per tal de mostrar la solució...

---

Solució (+/- Mostra/Oculta)

Hi ha diverses maneres de determinar el valor de la suma. Comento la que em sembla més elegant, però no és el primer mètode que se'm va acudir!
Els numeradors de la primera expressió són tots múltiples de 19. Si traiem 19 com a factor comú queda

\(19·\left(\dfrac { 1 }{ C+1 } +\dfrac { 2 }{ A+2 } +\dfrac { 2 }{ N+3 } +\dfrac { 4 }{ G+4 } +\dfrac { 5 }{ U+5 } +\dfrac { 6 }{ R+6 }\right)=2014\)

Dividim els dos membres de la igualtat per 19 (a la igualtat resultant l'anomenarem (1)):

\(\dfrac { 1 }{ C+1 } +\dfrac { 2 }{ A+2 } +\dfrac { 3 }{ N+3 } +\dfrac { 4 }{ G+4 } +\dfrac { 5 }{ U+5 } +\dfrac { 6 }{ R+6 } =106\)    (1)

Suposem que el valor de la suma de la segona expressió val S (indicarem aquesta igualtat com a (2)):

 \(\dfrac { C }{ C+1 } +\dfrac { A }{ A+2 } +\dfrac { N }{ N+3 } +\dfrac { G }{ G+4 } +\dfrac { U }{ U+5 } +\dfrac { R }{ R+6 } =S\)    (2)

Si efectuem la suma (1) + (2) membre a membre, obtenim

\(\dfrac { C+1 }{ C+1 } +\dfrac { A +2}{ A+2 } +\dfrac { N+3 }{ N+3 } +\dfrac { G+4 }{ G+4 } +\dfrac { U+5 }{ U+5 } +\dfrac { R+6 }{ R+6 }=106+S\)

Per tant:

\(6=106+S\)

i ja tenim que el valor de la suma és

\(S=6-106=-100\)

Crec que pocs alumnes de 3r d'ESO estan en disposició d'utilitzar aquest mètode ja que és més propi de demostracions formals que es fan es cursos més avançats, però col·locar aquesta pregunta com la darrera de les de més puntuació és un bon colofó. 
 

---

Espero que aquest problema us hagi agradat i que no us hagi semblat ni molt fàcil ni molt difícil...

Una vinyeta de Forges a propòsit d'un estudiant un pèl desorientat

Més CiMs: tema amb variacions

Dos problemes pel preu d'un

Una bona part de la humanitat — i m'hi incloc— és bastant més hàbil en l'ús d'expressions lingüístiques que en el d'expressions matemàtiques. El fet de recordar, o fins i tot copiar, una seqüència numèrica o una simple equació se'ns fa, de vegades, difícil i els errors ens passen inadvertits. En aquesta entrada parlaré de com una petita errada — diguem-ne variació—  en la transcripció d'un problema, més que un trasbals, és una oportunitat per fruir de les matemàtiques.

Abans d'entrar en matèria, haig d'agrair els missatges de tres participants de la Prova de selecció CiMs d'enguany (en Jofre, la Lenok i en Martí) que han inspirat aquesta entrada i les comunicacions dels quals acabaran donant lloc a més d'un article!

En Jofre va ser la primera persona que, sense voler-ho, ens va oferir dos problemes pel preu d'un (vegeu Cabres, gallines, coloms... i unes equacions diofàntiques!). Un petit canvi en el preu de venda dels coloms, en l'enunciat que ens proposava i que s'havia de solucionar mitjançant un sistema d'equacions diofàntiques, feia que passés d'admetre tres solucions a tenir-ne només una.

En els comentaris que podeu llegir en la mateixa entrada abans citada, Lenok va fer l'esforç de fer-nos arribar alguns exercicis del CiMs, el mateix dia que havia efectuat la prova de selecció. En Miscel·lània: de la Prova CiMs al Cangur, passant per Pi us vaig presentar un parell d'aquests problemes. El segon, que en una mostra d'enginy vaig anomenar Problema 2, deia:

Determina els nombres naturals que són solució del següent sistema d'equacions:

\(\begin{cases}x · y + z^2 = 161\\x·z - y·z = 7\end{cases}\)

I resulta que el sistema no té solucions en el conjunt dels nombres naturals! Des del punt de vista estrictament matemàtic, això no li restava atractiu al problema. Tan interessant és trobar solucions com demostrar que no existeixen (el Darrer Teorema de Fermat en seria un molt bon exemple). Lenok ens apuntava aquest disset d'abril, en un comentari en el blog, que potser no havia transcrit bé l'enunciat i que no va tenir temps d'acabar aquest exercici...


Problema 2 (variació 2)

Com que l'atenció i l'interès ens lliura de grans errades, Lenok recordava prou bé el sistema i, probablement, només havia canviat un signe en una de les equacions. En Martí, un altre dels aspirants a les Beques CiMs-CELLEX, m'ha enviat per correu electrònic una altra versió del sistema. Em diu que li sembla recordar que en la primera equació no hi havia una suma, sinó una resta, i que d'aquesta manera sí que existia una solució natural. Amb aquest canvi, l'enunciat seria:

Determina els nombres naturals que són solució del següent sistema d'equacions:

\(\begin{cases}x · y - z^2 = 161\\x·z - y·z = 7\end{cases}\)

Si en teniu ganes, mans a l'obra i a solucionar-lo! Si us rendiu, us proposo un dels mètodes de resolució.

---

Solució del problema 2 (variació 2) (+/- Mostra/Oculta)

Començarem aïllant el producte de la primera equació (1) i traient factor comú de la segona (2):

\(\begin{cases}x · y = 161 + z^2\ (1)\\z·(x -y) = 7\ (2)\end{cases}\)

Si les solucions només poden ser nombres naturals, analitzant (2) és fàcil adonar-se que z només pot agafar dos valors: z = 1 o z  = 7.

Cas 1 (z = 1)

Si passem aquest valor de z a (1), resulta que el producte x·y ha de ser 162 i, per altra banda, la resta x - y ha de valdre 7. Descomponent 162 (162 = 2·3⁴) podem jugar amb els quatre factors, un dos i quatre tresos, per determinar x i y. Per a més claredat, us poso un parell d'exemples:
 
Si agrupem els factors així (2·3·3)·3·3, x = 18 i y = 9. El producte és 162, però, com que no difereixen en set unitats, no compleixen (2).

Si els agrupem (2·3·3·3)·3, ara  x = 54 i y = 3. Encara ens allunyem més del 7 desitjat.

Per a aquest cas, és evident que no tenim cap solució.

Cas 2 (z = 7)
 
Si passem aquest valor de z a (1), resulta que el producte x·y ha de ser 161 + 49 = 210 i la resta x - y ha de ser igual a 1. Descomponent 210 (210 = 2·3·5·7) podem jugar amb els quatre factors, ara tots diferents entre si, per determinar x i y. Ràpidament podem notar que només hi ha un agrupament de factors que compleix les condicions indicades en el sistema:
 
2·3·5·7 = (3·5)·(2·7) , x = 15 i y = 14.

La solució és x = 15,  y = 14 i z = 7.

Notes

És clar que el problema també es pot resoldre per altres mètodes, però em sembla que la manipulació algèbrica de les equacions, per exemple aïllant z de (2) i substituint en (1), només aporta complicacions innecessàries. Entenc, a més, que no cal utilitzar cap mètode sofisticat (vaja, que no cal matar mosques a canonades!).

Per descomptat que si algú, però, troba un altre mètode, més senzill i/o elegant que aquest i ens fa el favor de fer-nos-el arribar, li obrirem, agraïts i de bat a bat, les portes del blog.

Utilitzant aquesta mateixa metodologia es pot demostrar la inexistència de solucions naturals per a la primera versió del problema.

---

Programari amb poca vista!

I entrem en el capítol de curiositats! En l'entrada en la qual treballava amb la primera versió de l'enunciat, vaig indicar que dos programes-calculadora matemàtics, Wiris i umsolver, determinaven prou bé la solució de la variació 1 del sistema. Ho he provat amb el nou enunciat i umsolver no se'n surt, segurament perquè he utilitzat la seva versió gratuïta, i incompleta. El més sorprenent, o no, és que la calculadora Wiris no troba la solució si escric les equacions en l'ordre amb el qual us les he presentat. Com que vaig tenir la intuïció que aquest software era curt de vista, si em permeteu la metàfora, i atacava el problema donant més importància a la primera equació; vaig canviar l'ordre de les expressions i podeu observar què va passar en la següent captura de pantalla (he editat el format de sortida per encabir-ho tot en una imatge més presentable):

Wiris solucionant el Problema 2 (variació 2)

En el primer "resol", Wiris no troba la solució; després del segon "resol" (amb el canvi d'ordre de les equacions), ens dóna correctament les infinites solucions en el conjunt dels nombres reals entre les quals hi ha l'única solució natural. Allò que copsem fàcilment les persones, la clau per començar a resoldre el sistema és la segona equació, passa desapercebut per al programa. Pobres xips i pobres programadors, no progressen adequadament! Ho podia haver provat amb "paquets informàtics" de més prestigi, com Mathematica o Maxima, però tinc la impressió que estan molt enfocats al càlcul de solucions de sistemes complicats i, per tant, estan més indicats per trobar solucions aproximades que no pas exactes (els enginyers manen!).

Miscel·lània: de la Prova CiMs al Cangur, passant per Pi

Pròleg. A manera de disculpa

Els lectors, més o menys habituals, deveu pensar que tinc el blog abandonat! Enguany, m'havia plantejat ser més regular en la publicació d'entrades, però no me'n surto de fer compatible el dia a dia amb la redacció d'articles. I no serà per falta d'idees! L'anumèrica premsa d'aquest país ja dóna per redactar, si més no, un comentari setmanal: per exemple, tinc previst escriure quatre cosetes sobre probabilitat condicionada i proves de detecció de malalties o sobre les aplicacions de les matemàtiques i la física en la recerca d'avions perduts (un parell de diaris nacionals ho troben extraordinari i, a més, apunten que l'ús pràctic de l'efecte Doppler és innovador!). Per no parlar de temes que he anat apuntant i que resten pendents... Però hi ha molts escrits que requereixen una certa calma, són de cocció lenta i els descarto en certs moments del curs escolar.

Em sabria greu —i això ho recalco — que algunes persones que s'han adreçat al blog amb els seus comentaris, sempre benvinguts, o que s'han deixat caure per aquí a la recerca d'alguna informació, es trobessin amb una patètica falta d'activitat. L'estructura d'aquesta bitàcola digital fa, malauradament, que algunes intervencions recents i valuoses quedin amagades en entrades passades.

Per posar remei a tot plegat, i perquè hi ha més activitat matemàtica que no ens sembla, se m'ha acudit redactar aquesta miscel·lània —espero que no us sembli una macedònia per sortir del pas— al voltant de tres dates d'aquest mes de març.


8 de març. Proves de selecció de les beques CiMs-CELLEX

El segon dissabte del mes, els alumnes aspirants van efectuar les proves de selecció del programa CiMs-CELLEX. Ja he parlat diverses vegades d'aquest projecte (podeu clicar en la categoria corresponent en la columna de la dreta del blog per llegir-ne els articles). Com en anteriors edicions, alguns participants —suposo que, en part, per una certa opacitat informativa dels convocants— s'han passat per aquestes pàgines i ens han fet arribar preguntes i comentaris. Una de les participants, Lenok, ha tingut la gentilesa d'enviar-nos allò que recordava i li semblava rellevant dels continguts de les proves (ho podeu llegir en els comentaris de Cabres, gallines, coloms... i unes equacions diofàntiques!). Transcric i m'esplaio en un parell dels problemes que ens ha fet arribar Lenok. El primer és de mol fàcil solució; el segon... és una altra cosa!

---

Problema 1

Troba tots els valors naturals possibles per a i b si a·b = 22

Solució del problema 1 (+/- Mostra/Oculta)

La solució és tan evident que l'enunciat sembla pensat com un escalfament per al següent problema.

Descomponem 22:

  22 = 1·2·11.

Tenim quatre solucions per a (a, b): (1, 22), (22, 1), (2, 11) i (11, 2).

---

---

Problema 2

Lenok, després de enunciar-nos l'exercici que hem anomenat Problema 1, ens escriu: "el mateix" (entenc que les solucions han de ser naturals) per a:

\(\begin{cases}x · y + z^2 = 161\\x·z - y·z = 7\end{cases}\)

Solució (més aviat comentari) del problema 2 (+/- Mostra/Oculta)

Tempus fugit! He atacat el problema tal com ho faria un informàtic! I deixo per a més endavant una solució més raonada.

Si el sistema d'equacions és diofàntic, cal fixar-se en què 161 = 7·23 i que, si escrivim la segona equació traient factor comú:
\[z·(x -y) = 7\]
podem deduir que els únics valors naturals possibles per a z són 1 i 7; i, per tant, entre x i y la diferència ha de ser, respectivament, de set o una unitats. Amb això, un full de càlcul i amb un senzill i curt atac per força bruta diria que he descartat l'existència de nombre naturals que siguin solució del sistema. Cal dir que la ciència matemàtica optaria per demostrar la inexistència de solucions naturals per mètodes més rigorosos. Pot ajudar en alguna cosa el fet que el producte x·y ha de valdre o bé 160 o bé 112.

Per si encara no em mereixia la meva expulsió del paradís matemàtic, he utilitzat la calculadora Wiris i un simpàtic programa rus que parla (us en dono més referències després) que coincideixen en assenyalar per al problema dues solucions en el conjunt dels nombres reals:
\[x= \dfrac{\sqrt{161}}{23};  y = 0;  z = \sqrt{161}\\  x = -\dfrac{\sqrt{161}}{23};  y = 0;   z = -\sqrt{161}\]
No sé si Lenok ha comés alguna errada en la transcripció del problema o si els organitzadors s'han permès la llicència, tan matemàtica, de proposar un problema que no té solució, almenys en el conjunt dels nombres naturals.

---

Us comento breument, el programari que he citat en la solució del segon problema:

• De la calculadora Wiris, ja n'he parlat (aquí). M'ha sorprès favorablement que donés ràpidament les solucions.
• Desconeixia umsolver (el simpàtic programa matemàtic de procedència russa que parla i determina les solucions pas a pas). La versió completa és de pagament, però us podeu descarregar de franc la part del programa que soluciona equacions i sistemes d'equacions (aquí). L'he provat amb el sistema anterior i amb un sistema d'equacions lineals amb infinites solucions (compatible indeterminat). Funciona prou bé i és força curiós.

Aquests darrers dies de març i el 5 d'abril els alumnes preseleccionats per la Fundació CELLEX estan sent entrevistats per decidir quins seran admesos en el programa.

Nota del 19 d'abril respecte aquest Problema 2: En l'entrada posterior a aquesta Més CiMs: tema amb variacions, podreu llegir informació actualitzada entorn d'aquest enunciat


14 de març. Pi Day

D'altres anys havia dedicat alguna entrada a l'anglosaxó, i una mica nerd, Dia del nombre Pi (vegeu, per exemple El dia de Pi (I). Una invitació). Enguany la celebració m'hauria passat per alt si no hagués estat pels comentaris que un bloguer menorquí, el Capità Tiranya, va escriure en l'entrada que us acabo d'enllaçar. El Capità Tiranya és autor d'un bloc molt recomanable (Kbòries matineres) i va dedicar una enginyosa entrada (Oh hapπ day!) per tal de commemorar aquesta diada. Resto en deute amb el Capità perquè el seu escrit em va servir per posar una nota simpàtica, amb música inclosa, en algunes de les meves classes de secundària del dia 14.


20 de març. Proves Cangur

Potser no ho he sabut trobar, però diria que, aquest curs, els mitjans de comunicació han passat de puntetes i han dedicat molt poca atenció a aquesta festa de les matemàtiques que compta amb la participació de milers d'alumnes de Secundària. Deu ser que els de matemàtiques no ens sabem vendre!

La darrera entrada que vaig dedicar al Cangur va ser Saltem! Del dia de Pi al Cangur 2013. Pensava acabar aquest març, marçot proposant algun dels magnífics problemes d'aquesta edició del Cangur, però la Comissió organitzadora no farà públics els enunciats fins el dia 25 d'abril i trobo que no cal avançar-se. Els qui hi vau participar ja podeu, però, consultar les solucions en el web del Cangur.

I acabo amb una aglomeració de participants en les proves (la fotografia va aparèixer en El Diario de Mallorca i correspon a la convocatòria que es va efectuar a Palma):

Una gentada solucionant problemes de matemàtiques

De l'òpera matemàtica a la cantarella

Introducció (no va de música... i algunes coses que no venen a tomb!)

Haig de començar aclarint l'enjogassat títol d'aquesta entrada, abans que algun amant de les melodies senzilles i sincopades no es faci enrere i deixi de llegir tan aviat lletregi la paraula ò-pe-ra. Avui no penso parlar de música i quan escric òpera, ja em perdonareu la metàfora, vull fer referència al plural opera (nominatiu, acusatiu o vocatiu) del mot llatí opus que significa treball o obra. Així que aquest article va de la feina que fan els matemàtics? No, va de com l'escriuen! Diguem que va de l'estil de comunicació escrita dels investigadors d'aquest àmbit de la ciència. Per cert, estil ve de stilus, un dels instruments que utilitzaven els antics romans per escriure. Amb aquesta introducció, no voldria ser pedant; però ara que, després de carregar-se d'altres coses, ja van per les Humanitats; deixeu-me posar un granet de sorra en favor de l'educació que no entén de la separació de Lletres i Ciències. I amb una mica de sort que el granet vagi a parar a l'ull del ministre! (aquell que primer volia treure l'obligatorietat de cursar matemàtiques en el Batxillerat social, en favor del llatí, i s'acabarà portant per endavant, a envestides, la filosofia i d'altres assignatures perdedores; tot sigui per adoctrinar i amansir els futurs operaris obedients).


L'òpera. Comunicació matemàtica?

Si ja, en general, els articles especialitzats de qualsevol ciència poden ser força críptics, els de matemàtiques guanyen per golejada: la simbologia, la terminologia i el grau d'abstracció —tot per mor del rigor i l'eficiència— fan que, de vegades, el cercle d'especialistes que poden copsar amb profunditat el contingut d'un article, sigui realment reduït. Això sí, només mirant de reüll, la majoria podem reconèixer si un escrit "sembla de matemàtiques"... I amb això hi jugarem, avui!

Terence Tao és un dels matemàtics destacats de l'actualitat. Em perdonareu que citi el seu nom en va, però, ara, allò que m'interessa és l'estil dels seus escrits. Una mica a l'atzar, he triat l'inici d'un dels seus papers, una mica llunyà en el temps (Multi-linear Operators Given by Singular Multipliers, amb la coautoria de Camil Muscalu i Christoph Thiele):

L'inici d'un article de Terence Tao (podeu accedir a la versió completa clicant aquí)

Si comparem l'estil i la tipografia de l'exemple anterior  amb un de més nostrat, un article de Josep M. Burgués per al Butlletí de la Societat Catalana de Matemàtiques, comprovare'm que són germans bessons:

Un fragment d'un article de Josep M. Burgués (podeu accedir a la versió completa clicant aquí)

Cal dir que aquesta uniformitat en l'estil s'ha de valorar de forma positiva: per descomptat, calen unes normes que, a més, estalvien temps, faciliten la lectura i la interpretació. Podem dir que els autors, i els editors!, es guarden la creativitat per al fons i són molt conservadors i primmirats en la forma.


La cantarella. Se li veu el llautó?

I passo a presentar-vos una primícia! Els escrits de Tao i Burgués no han estat escollits a l'atzar com podreu comprovar si llegiu l'autoria i el contingut del paper següent:

Espero que, si heu fullejat l'anterior Scribd , us haureu adonat que el redactat és una cantarella sense sentit i que els suposats autors —uns fantasmagòrics T. Tao, J. Burgues i jo mateix (el més fantasma de tots)— no en som responsables. L'article s'ha generat automàticament i l'única aportació meva ha estat triar els autors. Encara que hi ha qui diu que per Carnaval tot s'hi val, m'ha semblat prudent no barrejar-hi Terence Tao (hi diu T. Tao) ni Josep M. Burgués (en l'article hi figura un tal J. Burgues).

Generar un pseudoarticle matemàtic com l'anterior és molt fàcil amb Mathgen que podreu trobar en el blog That's Mathematics!. Si aneu a Mathgen,  accedireu a una pantalla com aquesta:

Captura de pantalla de Mathgen

Només haureu d'escriure el nom dels "articulistes", clicar a Generate! i tindreu un article d'investigació matemàtica amb tots els ets i uts (només des d'un punt de vista formal, és clar!). Per a mi, la part més divertida de llegir és la bibliografia que figura al final de cada paper.


Les matemàtiques ja tenen el seu escàndol Sokal?

Tot això no seria res més que un entreteniment, si no fos perquè algun d'aquests articles generats de forma aleatòria sembla que han passat el filtre inicial d'alguna editorial (ho podeu comprovar en el mateix That's Mathematics! (Another Mathgen paper accepted, la darrera "relliscada" de moment)  o en l'entrada de Gaussianos titulada “El artículo” de MathGen: la historia de cómo se la han colado a una publicación científica.

Si analitzeu els detalls, veureu que el cas dista bastant de la gravetat de l'anomenat escàndol Sokal que el 1996 va afectar la revista Social Text. Els articles no han estat publicats i el sistema de revisió que tenen les publicacions matemàtiques serioses —no les que intenten fer negoci a costa de l'afany de publicar d'alguns— funciona prou bé. Fins i tot, els responsables de Mathgen neguen la semblança amb el cas Sokal (vegeu Why Marcie Rathke is not Alan Sokal). De totes maneres, cal ser prudent, però no m'imagino blufs del tipus fusió freda o memòria de l'aigua  afectant el món de la recerca matemàtica. Una altra cosa és que a algun matemàtic espanyol se li'n vagi l'olla,  suposadament demostri matemàticament l'existència de Déu i, a més, li publiquin. Però, això ja serà el nostre tema d'un altre dia!

Cabres, gallines, coloms... i unes equacions diofàntiques!

Introducció. La tercera edició del Programa CiMs-CELLEX

Potser trobareu que no ve massa a tomb, i que aquesta introducció no lliga amb el títol de l'article, però començaré parlant del Programa CiMs-CELLEX. Aquest Programa ofereix la possibilitat de cursar un Batxillerat Internacional científic a l'alumnat de Catalunya. Enguany es convoca la 3a edició del procés per accedir a les beques d'aquests estudis i, per als interessats, cal dir que el període d'inscripció a les proves de selecció va del 23 de gener al 23 de febrer (trobareu la informació de primera mà en el web www.cims-cellex.cat). El curs passat ja vaig escriure un parell d'entrades on explicava aquest projecte i proposava algun problema per als nois i noies que vulguin prendre-hi part (vegeu Les beques CiMs-CELLEX i una demostració trivial  i CiMs-CELLEX: un problema de quadrats; però, de moment, no llegiu els comentaris que apareixen al peu del segon article perquè hi desvetllo algunes pistes d'un parell de problemes que us proposaré tot seguit).

Per descomptat que em sembla un projecte digne d'elogis i necessari, però l'organització ofereix una infomació molt minsa i poc concreta del temari de les proves. Podeu accedir al document original fent clic aquí; però, com que suposo que, en algun moment, la seva aparença i contingut vergonyant farà que se'n corregeixi el format i es detallin degudament el conceptes, n'he fet una captura de pantalla:

El temari de les proves de selecció de les Beques CiMs-CELLEX

A tall d'exemple, ¿algú em pot contestar si el Teorema de Bayes i la probabilitat condicionada entren en l'apartat "Nocions bàsiques de probabilitat i estadística"? En la secundària obligatòria no s'acostuma a treballar de forma sistemàtica aquest contingut, la probabilitat condicionada, però l'any passat sí que va caure un problema, cal dir que bastant clàssic, d'aquest tipus. Clar que això ho sé gràcies a les informacions que m'han fet arribar alguns participants. Desconec si es publiquen les proves ja realitzades, però estaria bé que fossin públiques!

Un temari més detallat i algun manual d'entrenament (com el que es disposa, per exemple, per a la preparació de l'Olímpiada Matemàtica), orientaria els participants i serviria per a fomentar la cultura matemàtica, fins i tot, d'aquells que no acabin participant en el projecte. Mentrestant, molts joves interessats van donant pals de cec i una prova és que, quan reviso quines paraules clau de cerca porten als internautes a aquest blog, em trobo amb molts "CiMs-CELLEX". Una altra prova de càrrec són els comentaris que podeu llegir en els articles que he dedicat a aquesta iniciativa de la Fundació CELLEX: la majoria, d'estudiants de secundària, però, també, d'alguna mare raonablement angoixada. En l'entrada CiMs-CELLEX: un problema de quadrats (ep! recordeu de no llegir-ne la part dels comentaris), un dels interlocutors, en Jofre, estudiant de secundària que vol preparar l'accés a les beques, ens proposava un problema interessant.


Un problema de cabres, gallines i coloms (versió 1)

El problema del qual n'ignoro la font escrita, fa el pes per a proposar-lo en les proves de selecció. Diu així: 

Un home va anar a vendre al mercat cabres, gallines i coloms que en total feien 100 animals venuts. Si les cabres les venia a 25 €; les gallines, a 5 € i els coloms, a 0,20 €, i en total va fer 500 €, ¿quants animals va vendre de cada tipus?

Com la majoria de vegades que presento un problema, us recomano que l'intenteu resoldre abans de clicar la solució. No sigueu gallines i intenteu-ho!

Té raó l'autor del blog Mateolivares quan qualifica aquesta gallina de quasimatemàtica

---

Solució del problema de cabres, gallines i coloms (versió 1) (+/- Mostra/Oculta)

Si x és el nombre de cabres; y, el de les gallines i z, el dels coloms, podem expressar l'enunciat en dues equacions:

\(\begin{cases}x + y + z = 100\\25x + 5y + 0,20z = 500\end{cases}\)

La primera equació expressa el nombre total d'animals i la segona, el seu preu.

El sistema d'equacions pot ser una mica sorprenent per als estudiants de l'ESO: té tres incògnites i només dues equacions A més, les solucions només poden ser nombres naturals (el nombre de cabres, gallines o coloms no pot ser negatiu, fraccionari o irracional).

Per començar a solucionar el problema aïllem una incògnita de la primera equació:

\(z = 100 - x -y\)

Passem aquest valor a la segona equació i operem:

\(25x + 5y + 0,20 (100 - x - y) = 500\)

\(25x + 5y + 20 - 0,20x - 0,20 y =500\)

\(24,80x + 4,80y  = 480\)

No és necessari —però entenc que té un cert valor pedagògic i permet entendre millor el problema—, el fet d'escriure aquesta darrera equació amb coeficients enters; multipliquem per 10 i després dividim pel mínim comú múltiple 8:

\(248x + 48y  = 4800\)

\(31x + 6y  = 600\)

En aquesta darrera expressió aïllem y:

\(y  = \dfrac { 600 - 31 x }{ 6 } = \dfrac{600}{6} - \dfrac{31x}{6} = 100 - \dfrac{31x}{6}\)

I aquesta darrera equació és la clau per a resoldre el problema! Si la relació entre y i x és

\(y = 100 - \dfrac{31x}{6}\)

i ambdues incògnites només poden prendre valors enters, els valors de x han de ser múltiples de 6.

Descartant x = 0 que significaria que hi ha 100 gallines, sense cabres ni coloms; només hi ha tres solucions amb els tres nombres enters positius (el nombre de coloms es calcula sabent que la suma total d'animals ha de ser 100):

Per a x = 6 cabres, tenim 69 gallines i 25 coloms.

Per a x = 12 cabres, tenim 38 gallines i 50 coloms.

Per a x = 18 cabres, tenim 7 gallines i 75 coloms.

A partir de 24 cabres, sortirien 24 gallines negatives, les solucions deixen de tenir sentit per a aquest enunciat!
 

---

Un problema de cabres, gallines i coloms (versió 2)

Quan tot cofoi vaig comunicar la solució al proposant del problema, aquest em va escriure "ui, perdó, m'he equivocat, el preu dels coloms no era 0,20 €, sinó 0,25 €". No passa res, ara tenia dos problemes pel preu d'un! Mantenint la resta de dades, ¿com afecta l'encariment del preu dels coloms al problema?

---

Solució del problema de cabres, gallines i coloms (versió 2) (+/- Mostra/Oculta)

El canvi de preu pot incomodar als compradors, però modifica ben poc el procés per a solucionar el problema. El sistema d'equacions és ara:

\(\begin{cases}x + y + z = 100\\25x + 5y + 0,25z = 500\end{cases}\)

Us estalvio els passos a seguir que són idèntics als de la primera versió. Arribaríem ara a l'equació:

\(99x + 19y  = 1900\)

Com en el cas anterior, aïllem la  y i tenim:

\(y = 100 - \dfrac{99x}{19}\)

i si x i y han de ser nombres naturals, els valors de x han de ser múltiples de 19.

Tornant a descartar x = 0 que significaria que hi ha 100 gallines, sense cabres ni coloms; només hi ha una solució amb els tres nombres enters positius (una altra vegada, el nombre de coloms es calcula sabent que la suma total d'animals ha de ser 100):

Per a x = 19 cabres, tenim 1 solitària gallina i 80 caganers coloms.

Per a x = 38 cabres, sortirien 98 gallines negatives, les solucions deixen de tenir coherència en el context del problema.

Suposo que l'existència d'una única solució deixa més tranquils a la majoria d'estudiants, però trobo més interessant i didàctica la primera versió de l'exercici.
 

---

Hem resolt equacions diofàntiques!

En l'àmbit amtemàtic s'anomenen equacions diofàntiques aquelles equacions les solucions de les quals només poden ser nombres enters. Les equacions diofàntiques pràcticament no estan presents en l'ensenyament secundari i és més habitual trobar-se equacions on les solucions fraccionàries o irracionals són benvingudes. Les dues versions del problema que acabem de resoldre ens portava a un sistema d'equacions diofàntiques. Ja heu pogut comprovar que, en aquest cas, no calia gaire coneixement dels algorismes per a solucionar aquest tipus d'equacions, però si teniu ganes de saber-ne més, us proposo alguns enllaços:

• Cómo resolver ecuaciones diofánticas. Com no, en el web Gaussianos!

• Ecuaciones diofánticas. Equacions diofàntiques lineals explicades pel professor F. J. González de la Universitat de Cádiz

• Métodos de resolución de ecuaciones diofánticas. L'autor és el professor Christam Huertas i tracta d'equacions diofàntiques no lineals (només per a aprenents valents)

Notes finals

Com que malgrat la crítica feta, que espero que s'entengui com a constructiva, desitjo que el projecte CiMs-CELLEX duri molts anys, he afegit l'etiqueta CiMs-CELLEX en l'índex de categories del blog que podeu llegir en la columna de la dreta. Ja hi anirem afegint entrades!

M'ompliria de satisfacció ("de honda satisfacción") el fet que alguns estudiants de secundària —no cal que siguin majoria—  hagin entès l'acudit de la gallina quasimatemàtica. Per què no és una gallina matemàtica del tot?