Historia del cálculo
OBJETIVOS
- Conocer
el significado de la palabra calculo
- Desarrollar
un conocimiento claro del papel que juegan las matemáticas en el desarrollo de
la humanidad
- Entender de forma cronológica los hechos más importantes
en el desarrollo que ha vivido la ciencia de las matemáticas a lo largo de toda
la historia, hasta llegar a las ciencias modernas.
- Conocer de forma clara
la influencia de los distintos grupos culturales en el desarrollo del cálculo
INTRODUCCIÓN La
palabra cálculo proviene del latín calculus, que significa contar con piedras.
Precisamente desde que el hombre ve la necesidad de contar, comienza la historia
del calculo, o de las matemáticas. Las
matemáticas son una de las ciencias más antiguas, y más útiles. El concepto de
matemáticas, se comenzó a formar, desde que el hombre vio la necesidad de contar
objetos, esta necesidad lo llevó a la creación de sistemas de numeración que inicialmente
se componían con la utilización de los dedos, piernas, o piedras. De nuevo, por
la necesidad, se hizo forzosa la implementación de sistemas más avanzados y que
pudieran resolver la mayoría de los problemas que se presentaban con continuidad. CIVILIZACIONES
ANTIGUAS En
este momento de la historia, la Civilización Egipcia, llevaba la pauta con el
avance en sus conocimientos matemáticos. Según varios papiros escritos en esa
época, los egipcios inventaron el primer sistema de numeración, basado en la implementación
de jeroglíficos. El sistema de numeración egipcio, se basaba en sustituir los
números clave (1, 10, 100...), con figuras (palos, lazos, figuras humanas...),
los demás números eran escritos por la superposición de estas mismas figuras,
pero en clave. Este sistema es la pauta para lo que hoy conocemos como el sistema
romano. Otras civilizaciones importantes en la historia,
como la babilónica, crearon otros sistemas de numeración. En la Antigua Babilonia,
la solución al problema de contar los objetos, se vio resuelto con la implementación
de un método sexagesimal. Este método tenia la particularidad de escribir un mismo
signo como la representación de varios números diferenciados por el enunciado
del problema. Civilizaciones como la China Antigua, y la
India Antigua, utilizaron un sistema decimal jeroglífico, con la cualidad de que
estas implementaron el número cero. Los
avances obtenidos desde que cada cultura implemento su sistema numérico, aún son
utilizados actualmente. El avance algebraico de los egipcios, dio como resultado
la resolución a ecuaciones de tipo .
La correcta implementación de la regla aritmética de cálculo, por parte de los
Indios, aumento el conocimiento matemático, y la creación de los números irracionales,
a demás que ayudó a la resolución de sistemas de ecuaciones de la forma .
En
la Antigua Mesopotamia, se introduce el concepto de número inverso, a demás de
las soluciones a distintos problemas logarítmicos, e incluso lograron la solución
a sistemas de ecuaciones de la forma ,
y .
Su avance fue tal que crearon algoritmos para el calculo de sumas de progresiones.
Y en geometría, se cree que conocían el teorema de Pitágoras, aunque no como un
teorema general. China
sin duda tubo que ver en gran medida en el avance matemático. Su aporte principal
se basaba en la creación del "método del elemento celeste", desarrollado por Chou
Shi Hié, con el cual era posible la resolución de raíces enteras y racionales,
e incluso aproximaciones decimales para ecuaciones de la forma Pn(x)=a4x4+a3x3+a2x2+a1x+ao.
MATEMÁTICAS
EN GRECIA Sin
embargo las matemáticas obtuvieron su mayor aporte de la cultura Greco Romana.
Fue en Grecia, don de se hizo popular la creación de escuelas, en donde los grandes
pensadores de la época daban resolución a los problemas más populares de geometría,
álgebra, y trigonometría. Los
aportes de esta cultura a las matemáticas son de enorme magnitud. Por ejemplo
en el campo de la geometría, se dio la demostración del teorema de Pitágoras,
a demás que fue hallado el método para conseguir la serie indefinida de ternas
de números pitagóricos, que satisfacen la ecuación .
Incluso se trabajó enormemente en la resolución y demostración de distintos problemas,
como en la trisección de un ángulo, y en la cuadratura de áreas acotadas por una
curva. Esto conllevó a al avance en él calculo del número pi y a la creación del
método de exaución (predecesor del cálculo de limites), creado por Euxodo.
El avance que obtuvieron los griegos
en cuanto al álgebra y la geometría, los llevó a la constricción de una nueva
rama de las matemáticas, llamada, álgebra geométrica. Esta nueva rama incluía
entre otros conceptos el método de anexión de áreas, el conjunto de proposiciones
geométricas que interpretaban las cantidades algebraicas, y la expresión de la
arista de un poliedro regular a través del diámetro de la circunferencia circunscrita.
En Grecia, no se hicieron esperar los problemas que implicaban
la construcción de límites, por lo que en su época, Demócrito y otros grandes
pensadores intentan darles respuesta con la unificación de las matemáticas y la
teoría filosófica atomicista. Considerando de esta forma la primera concepción
del método del límite. El interés que produjeron las matemáticas
en Grecia, hace que se considere como la cuna de esta ciencia. Por lo cual se
bautizó a la época comprendida de los años 300 a.c y 200 a.c, como la edad
de oro de las matemáticas. Después de esta época, Grecia
deja de ser el centro evolutivo de las matemáticas, conflictos sociales y políticos
que se vivían en esa época alejan a Grecia de esta ciencia. Por esta situación
otro imperio toma las riendas de los avances matemáticos. MATEMÁTICAS
EN LA CULTURA ÁRABE Los
Árabes, que en esos momentos vivían un momento de expansión, no sólo territorial
sino intelectual, en poco tiempo logran descifrar más conocimientos de esta materia.
La historia de las matemáticas en Los pueblos árabes comienza a partir del siglo
VIII. El imperio musulmán
fue el primero en comenzar este desarrollo, intentando traducir todos los textos
Griegos al árabe. Por lo que se crean gran cantidad de escuelas de gran importancia,
en donde se traducen libros como el Brahmagupta, en donde se explicaba de forma
detallada el sistema de numeración hindú, sistema que luego fue conocido como
"el de Al-Khowarizmi", que por deformaciones lingüísticas terminó como "algoritmo". Los
avances obtenidos en esta época, enmarcan al concepto del límite, la introducción
de los números racionales e irracionales, especialmente los reales positivos,
y el desarrollo en la trigonometría, en donde se construyeron tablas trigonométricas
de alta exactitud. RENACIMIENTO
Y MATEMÁTICAS MODERNAS La
siguiente época importante en la historia de las matemáticas esta comprendida
en la época del renacimiento. En este momento de la historia es cuando aparece
el cercano oriente como conocedor de las matemáticas. Aunque la historia de las
matemáticas en el cercano oriente, no es tan antigua como en el lejano oriente,
su aporte es de gran magnitud, especialmente con la aparición de gran cantidad
de obras escritas por los grandes matemáticos de la época.
Es de destacar la obra de Leonardo de Pissa, titulada Liber
Abaci, en donde se explicaba de una forma clara el uso del ábaco y el sistema
de numeración posicional. Igualmente entre otras obras importantes, se puede mencionar
Él practica Geometrie, en donde se resolvían problemas geométricos, especialmente
los de calculo de áreas de polígonos. Uno de los grandes
aportes de esta cultura se obtuvo en la introducción de los exponentes fraccionarios
y el concepto de números radicales, a demás se estableció un sistema único de
números algebraicos, con lo que se izo posible expresar ecuaciones en forma general. Después
de esta larga evolución, las matemáticas entraron en el siglo XIX, en donde se
postularon los fundamentos de las matemáticas modernas. Avances
en la resolución de ecuaciones y en lo que hoy se conoce como calculo, hicieron
de esta época la de mayor riqueza para esta ciencia. Entre
los grandes desarrollos de esta época se puede mencionar, la resolución de ecuaciones
algebraicas radicales, el desarrollo del concepto de grupo, avances en los fundamentos
de la geometría hiperbólica no euclidiana, a demás de la realización una muy profunda
reconstrucción sobre la base de la creada teoría de límites y la teoría del número
real. Se separaron crearon varias ramas de las matemáticas
en ecuaciones diferenciales, la teoría de funciones de variable real
y la teoría de funciones de variable compleja. En
el ámbito de la teoria de los conjuntos, se compuso una serie de teorías altamente
desarrolladas: los grupos finitos, los grupos discretos infinitos, los grupos
continuos, entre ellos los grupos de Lie. Durante los años 1879 a 1884 se elaboraron
de forma sistemática la teoría de conjuntos, introduciendo el concepto de potencia
de un conjunto, el concepto de punto límite, de conjunto derivado. La teoría general
de las potencias de conjuntos, las transformaciones y operaciones sobre conjuntos
y las propiedades de los conjuntos ordenados constituyeron fundamentalmente la
teoría abstracta de conjuntos En
relación con el análisis matemático en este siglo, se fundamento en un conjunto
de procedimientos y métodos de solución de numerosos problemas que crecía rápidamente.
Todos estos métodos aun podían dividirse en tres grandes grupos, constituidos
en el cálculo diferencial, el cálculo integral y la teoría de ecuaciones diferenciales.
Con estos fundamentos se llegó a lo que se conoce como teoría de límites y de
funciones, que fueron el tema central en este siglo. Bernard
Bolzano, fue el pionero en el análisis de funciones, en sus trabajos estudio del
criterio de convergencia de sucesiones y dio una definición rigurosa de continuidad
de funciones. Estudió profundamente las propiedades de las funciones continuas
y demostró en relación con éstas una serie de notables teoremas, destacando el
denominado teorema de Bolzano: una función continua toma todos los valores comprendidos
entre su máximo y su mínimo. También amplió la clase de
curvas continuas, aplicando el método de acumulación de singularidades y obtuvo,
entre otras funciones originales, la función que no tiene derivada en ningún punto
y conocida actualmente como función de Bolzano Otro de los
grandes avances obtenidos en esta época, fue la introducción de la variable compleja,
con ella se pudieron resolver los cálculos de integrales, lo que ejerció una grandísima
influencia sobre el desarrollo de la teoría de funciones de variable compleja.
Matemáticos como Laplace acudieron a la interpretación en variable compleja, con
lo que fue desarrollando el método de resolución de ecuaciones lineales diferenciales. Ya
e el siglo VII, es cuando se hacen populares la construcción de academias reconocidas
en ámbito de las matemáticas, como la Academia de Londres y París. En este
siglo es cuando comienzan todas las disciplinas matemáticas actuales, como la
geometría analítica, los métodos diferenciales e infinitesimales, y el cálculo
de probabilidades. Alrededor del año 1636 Apolonio comienza
sus estudios en geometría analítica, descubriendo el principio fundamental de
la geometría analítica: "siempre que en una ecuación final aparezcan dos incógnitas,
tenemos un lugar geométrico, al describir el extremo de uno de ellos una línea,
recta o curva". Con esto después formulo e identificó las
expresiones xy=k2; a2+x2=ky; x2+y2+2ax+2by=c2;
a2-x2=ky2 como la hipérbola, parábola, circunferencia
y elipse respectivamente. Para el caso de ecuaciones cuadráticas más generales,
en las que aparecen varios términos de segundo grado, aplicaron rotaciones de
los ejes con objeto de reducirlas a los términos anteriores. A
nivel de los métodos integrales, la mayor fama la adquirió la geometría de los
indivisibles, creada por Cavalieri, pensado como un método universal de la geometría.
Este método fue creado para la determinación de las medidas de las figuras planas
y cuerpos, los cuales se representaban como elementos compuestos de elementos
de dimensión menor. Así, las figuras constan de segmentos de rectas paralelas
y los cuerpos de planos paralelos. Sin embargo, este método era incapaz de medir
longitudes de curvas, ya que los correspondientes indivisibles (los puntos) eran
adimensionales. Pese a ello, la integración definida en forma de cuadraturas geométricas,
adquirió fama en la primera mitad del siglo XVII, debido a la gran cantidad de
problemas que podían resolver. En el transcurso de este
siglo los problemas diferenciales, aun se resolvían por los métodos más diversos,
Hacia mediados del siglo XVII se acumuló una reserva lo suficientemente grande
de recursos de resolución de estos problemas, actualmente resolubles mediante
le diferenciación. La aparición del
análisis infinitesimal fue la culminación de un largo proceso, cuya esencia matemática
interna consistió en la acumulación y asimilación teórica de los elementos del
cálculo diferencial e integral y la teoría de las series. Para el desarrollo de
este proceso se contaba con: el álgebra; las técnicas de cálculo; introducción
a las matemáticas variables; el método de coordenadas; ideas infinitesimales clásicas,
especialmente de Arquímedes; problemas de cuadraturas; búsqueda de tangentes...
Las causas que motivaron este proceso fueron, en primer término, las exigencias
de la mecánica, la astronomía y la física. En la resolución de problemas de este
género, en la búsqueda de problemas generales de resolución y en la creación del
análisis infinitesimal tomaron parte muchos científicos: Kepler, Galileo, Cavalieri,
Torricelli, Pascal, Walis, Roberval, Fermat, Descartes, Barrow, Newton, Leibniz,
y Euler. El concepto de Calculo y sus ramificaciones se
introdujo en el siglo XVIII, con el gran desarrollo que obtuvo el análisis matemático,
creando ramas como el calculo diferencial, integral y de variaciones. El
cálculo diferencial fue desarrollado por los trabajos de Fermat, Barrow, Wallis
y Newton entre otros. Así en 1711 Newton introdujo la fórmula de interpolación
de diferencias finitas de una función f(x); fórmula extendida por Taylor al caso
de infinitos términos bajo ciertas restricciones, utilizando de forma paralela
el cálculo diferencial y el cálculo en diferencias finitas. El aparato fundamental
del cálculo diferencial era el desarrollo de funciones en series de potencias,
especialmente a partir del teorema de Taylor, desarrollándose casi todas las funciones
conocidas por los matemáticos de la época. Pero pronto surgió el problema de la
convergencia de la serie, que se resolvió en parte con la introducción de términos
residuales, así como con la transformación de series en otras que fuesen convergentes.
Junto a las series de potencias se incluyeron nuevos tipos de desarrollos de funciones,
como son los desarrollos en series asintóticas introducidos por Stirling y Euler.
La acumulación de resultados del cálculo diferencial transcurrió rápidamente,
acumulando casi todos los resultados que caracterizan su estructura actual Introducir
el calculo integral, se logro con el estudio de J.Bernoulli, quien escribió el
primer curso sistemático de cálculo integral en 1742. Sin embargo, fue Euler quien
llevó la integración hasta sus últimas consecuencias, de tal forma que los métodos
de integración indefinida alcanzaron prácticamente su nivel actual. El cálculo
de integrales de tipos especiales ya a comienzos de siglo, conllevó el descubrimiento
de una serie de resultados de la teoría de las funciones especiales. Como las
funciones gamma y beta, el logaritmo integral o las funciones elípticas. Este
es el desarrollo las matemáticas han obtenido desde que el hombre vió la necesidad
de contar, hasta nuestros días. Actualmente gran cantidad de matemáticos siguen
en el desarrollo de las matemáticas denominadas matemáticas modernas, de
donde sus conceptos son la base de la mayor parte de las ciencias actuales. CONCLUSIONES
- La
historia del cálculo, comienza desde que comenzó la historia del hombre, cuando
este vio la necesidad de contar
- Han
sido muchos los grandes matemáticos que han influido en el desarrollo que actualmente
posee el calculo, igualmente que han sido muchas las culturas que han influido
en sus avances
- Las matemáticas, actualmente son la base de todas las ciencias
que maneja el hombre, debido a que su campo de acción cubre la totalidad de los
conocimientos científicos.
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