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| René Sluse, en un grabado de la época | Fuente |
“Levi opera deducitur mensura vasculi, pondere non magni, quod interim helluo nulus ebibat.”
Esta
frase en latín está extraída de una carta enviada por el
matemático belga René Sluse a su colega holandés Christiaan
Huygens en 1658. Su traducción podría ser la siguiente: “un vaso
de beber que tuviera un pequeño peso, pero que ni siquiera el mayor
bebedor del mundo pudiera vaciar”. Aquel año, ambos matemáticos
habían estudiado métodos para determinar la superficie y el volumen
de sólidos de revolución infinitamente extensos. ¿Pero qué quería
decir exactamente Sluse con esa enigmática frase?
René François de Sluse nació en Visé, cerca de Lieja, en 1622. Estudió
derecho en Lovaina entre 1638 y 1642, y en Roma, donde se licenció
en la Universidad La Sapienza al año siguiente. Luego permaneció en
la ciudad italiana para estudiar diversas lenguas (griego, hebreo y
árabe, entre otras), así como matemáticas y astronomía. En 1650
fue nombrado canónigo de la catedral de Lieja y en 1666 llegó a ser
abad de Amay. Su pasión por las matemáticas le llevó a mantener
un rico intercambio epistolar con varios de los mejores matemáticos
europeos de la época, como Blaise Pascal, John Wallis y Michelangelo
Ricci, además del propio Huygens. En 1674 fue elegido miembro de la
Royal Society de Londres.
En
la actualidad, el nombre de Sluse es recordado principalmente por una
familia de curvas que introdujo en su correspondencia con Huygens y
Pascal entre 1657 y 1658. Las “perlas de Sluse”, como las bautizó
Pascal, son las curvas dadas por la ecuación ym=kxn(a-x)b,
siendo a, b, m y n números enteros positivos. Curiosamente, estas
curvas no tienen forma de perla en todo su dominio, solo en el eje de
abcisas positivo (es decir, para x>0).
También llevan su nombre las llamadas concoides de Sluse, otra familia de curvas que el matemático belga estudió en 1662. En coordenadas cartesianas, estas curvas satisfacen la ecuación (x-1)·(x2+y2)=ax2.
El caso es que el 14 de marzo de 1658, De Sluse escribió a Huygens acerca del problema de integrar la curva conocida como cisoide de Diocles. El nombre “cisoide” procede del griego y significa “con forma de hiedra”. Fue el matemático griego Diocles (c. 240 a. C.-c. 180 a. C.) quien estudió esta curva que hoy lleva su nombre alrededor del año 180 a.C., mientras intentaba resolver el problema de la duplicación del cubo. Este célebre problema de la antigua Grecia consistía en construir, a partir de un cubo dado, otro que tuviera el doble de volumen. Es decir, si el volumen del cubo original es a, el problema equivale a construir un segmento de longitud x, tal que x3=2a. De acuerdo con tradición euclidiana, solo se permitía resolver el problema mediante el uso de regla y compás. El método empleado por Diocles no fue riguroso del todo; a partir de una cicloide, el geómetra griego fue capaz de encontrar una solución al problema de la duplicación del cubo, empleando solo regla y compás. Sin embargo, resulta imposible completar el paso previo, que es construir una cisoide, con esas dos herramientas únicamente.
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| Las concoides de Sluse, para distintos valores de a | Fuente |
El caso es que el 14 de marzo de 1658, De Sluse escribió a Huygens acerca del problema de integrar la curva conocida como cisoide de Diocles. El nombre “cisoide” procede del griego y significa “con forma de hiedra”. Fue el matemático griego Diocles (c. 240 a. C.-c. 180 a. C.) quien estudió esta curva que hoy lleva su nombre alrededor del año 180 a.C., mientras intentaba resolver el problema de la duplicación del cubo. Este célebre problema de la antigua Grecia consistía en construir, a partir de un cubo dado, otro que tuviera el doble de volumen. Es decir, si el volumen del cubo original es a, el problema equivale a construir un segmento de longitud x, tal que x3=2a. De acuerdo con tradición euclidiana, solo se permitía resolver el problema mediante el uso de regla y compás. El método empleado por Diocles no fue riguroso del todo; a partir de una cicloide, el geómetra griego fue capaz de encontrar una solución al problema de la duplicación del cubo, empleando solo regla y compás. Sin embargo, resulta imposible completar el paso previo, que es construir una cisoide, con esas dos herramientas únicamente.
Hoy
sabemos que la cisoide tiene como ecuación cartesiana y2=x3/(2a-x).
La curva tiene un vértice en el origen de coordenadas y una asíntota
vertical en x=a/2. Del vértice parten las dos ramas de la curva, que
se aproximan a la asíntota cada una por su lado. Como curiosidad, la
curva descrita por el vértice de una parábola mientras ésta rueda sin deslizar sobre una segunda parábola del mismo tamaño, es una
cisoide.
Pero
volvamos de nuevo al siglo XVII, donde habíamos dejado a Sluse y
Huygens hablando de la cisoide. En concreto, ambos discutieron el
problema de calcular el área y el volumen del sólido de revolución
que resulta de hacer girar una cisoide alrededor del eje vertical x=0, considerando únicamente la parte superior de la curva
(y>0). El resultado sería una especie de vasija infinitamente
extensa. ¿Podría ser que, a pesar de eso, su superficie o su
volumen fueran finitos? El estudio de este tipo de objetos
matemáticos despertó la curiosidad de los matemáticos durante la
primera mitad del siglo XVII. Es el caso de la llamada trompeta de Torricelli que ya vimos aquí en su momento.
Sluse consiguió
demostrar que el área de ese sólido es finito y, por lo tanto,
puede construirse con una cantidad finita de material. Pero, al mismo
tiempo, el vaso de Sluse puede contener un volumen infinito, pues sus
paredes son infinitamente altas. Un vaso que, lleno de líquido, no podría vaciar ni el
mayor bebedor del mundo: he aquí el significado de las palabras del
matemático belga.
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| El vaso de Sluse, sombreado en gris gracias a WolframAlpha | Fuente |
Obviamente,
el vaso de René Sluse es un objeto matemático que no podemos
trasladar a la realidad. Este es parte del encanto de las
matemáticas, que nos hacen soñar. Lo cierto es que yo me
acuerdo mucho del vaso de Sluse. En concreto, cada vez que saboreo el último trago de una jarra de cerveza bien fría. ¡Quién tuviera uno!
NOTA: Esta entrada participa en la Edición 7.2 del Carnaval de Matemáticas que alberga este blog, La Aventura de la Ciencia.
NOTA: Esta entrada participa en la Edición 7.2 del Carnaval de Matemáticas que alberga este blog, La Aventura de la Ciencia.
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