Rompecabezas geométricos difíciles*

Se presentan tres rompecabezas en los que una idea feliz permite una resolución inmediata de los mismos

Una hormiga viajera
hormiga viajera
hormiga viajera

Una hormiga que está en el centro de la cara superior de un cubo quiere ir a un vértice de la cara inferior como se ve en la figura. Si la arista del cubo mide L = 1 ¿qué distancia mínima debe recorrer?

Una serie infinita

En un triángulo equilátero de lado L = 1 se inscribe una sucesión infinita de círculos, cada uno sobre el anterior, como se ve en la figura

Serie infinita
Serie infinita

¿Cuanto vale la suma de los diámetros de todos los círculos?

\sum\limits_{d=1}^{\infty }{{d}_{i}} = {d}_{1}+{d}_{2}+{d}_{3} + \dots = ?

Geometría euclídea

En un cuadrante de circunferencia hay inscrito un rectángulo como se ve en la figura

geometría euclídea
geometría euclídea

Determina la longitud de la diagonal AC

*Tiempo límite para resolver los 3 rompecabezas = 5 minutos

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¿Qué tiene que ver el número pi con el número de supervivientes?

De Morgan en A Budget of Paradoxes cuenta la siguiente anécdota:

Augustus De Morgan
Augustus De Morgan

Tuve un amigo interesado en todo lo relacionado con la mortalidad, seguros de vida, etc. Un día, explicándole cómo debería determinarse la probabilidad de que el número de supervivientes de un grupo de personas, al cabo de un cierto tiempo se encuentre entre ciertos limites, llegué, por supuesto, a la introducción de pi, que solo pude describir como la relación entre la circunferencia de un círculo y su diámetro. -¡Oh, mi querido amigo! Eso debe ser un error, ¿qué tiene que ver un círculo con el número de vivos?

Definición habitual del número pi
Definición habitual del número pi

La extrañeza mostrada por el amigo de De Morgan la mostraría mucha gente ya que habitualmente se asocia el número π exclusivamente con la  relación que existe entre la longitud de la circunferencia y su diámetro. El número π  podría definirse de otras muchas maneras ya que aparece en matemáticas en situaciones sorprendentemente diversas. A continuación se muestran algunas de ellas:

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¿Hay algún cifrado indescifrable?

Joseph Mauborgne coinventor del cuaderno de un solo uso
Joseph Mauborgne coinventor del cuaderno de un solo uso

La respuesta a la pregunta que da título a esta entrada es: sí, el cuaderno de un solo uso. El sistema lo inventaron en 1914 Joseph Oswald Mauborgne, militar de la armada norteamericana, y Gilbert Sandford Vernam, empleado de la American Telephone and Telegraph Company.

En 1949 Claude Shannon, un matemático e ingeniero norteamericano, considerado el padre de la teoría de la información, publicó Communication Theory of Secrecy Systems. En este trabajo demostró que si se cifra un texto usando un cuaderno de un solo uso, del texto cifrado no se puede obtener NINGUNA información sobre el texto original.

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Triángulos de Reuleaux y otras curvas de ancho constante

El ancho de una circunferencia es siempre el mismo. Esto es tan inherente a la idea de circunferencia, que curva de ancho constante podría parecer una buena definición de circunferencia. Sin embargo, hay infinitas curvas que comparten esa característica.

Triángulo y Círculo
Fig. 1. Triángulo de Reuleaux y Círculo

¿Qué tienen en común estas dos figuras, que hace que den su forma a objetos tan diversos como monedas o tapas del sistema de alcantarillado? La respuesta es tienen ancho constante.

¿Qué es el ancho de una curva?

Si acercamos dos lineas paralelas desde dos lados opuestos a una curva, hasta que la toquen, la distancia entre  ellas en ese momento se denomina ancho de la curva. y las lineas,  no necesariamente tangentes, lineas sustentadoras.

Ancho de una curva
Fig. 2. Ancho de una curva

En la figura anterior el ancho de la curva, una elipse, no es constante, depende de la dirección en que dibujemos las lineas sustentadoras. Para una circunferencia en cambio, el ancho es siempre el mismo e igual a su diámetro. Esta última afirmación es tan inherente a la idea de circunferencia, que curva de ancho constante podría parecer una buena definición de circunferencia. Sin embargo, hay infinitas curvas que comparten esa característica.

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Muertos y Heridos: Un juego de lógica (y II)

En esta entrada se describen algunas posibles estrategias paras que un programa de ordenador haga de descifrador en el juego de Muertos y Heridos.

En la entrada anterior de la que esta es una continuación se describe el juego y se analizan dos estrategias para descifradores humanos.

Estrategias para Ordenadores

El juego  Muertos y Heridos especialmente en su variante conocida como Mastermind ha dado lugar a mucha bibliografía en la que  se describen estrategias para programas informáticos que sean eficientes, tanto en el número, máximo y promedio, de jugadas empleado para deducir la clave, como en los recursos informáticos, capacidad de cálculo o memoria, necesarios.

Andy Pepperdine[1] en The game of MOO describe 11 estrategias para la variante conocida como MOO ,  e indica para cada una de ellas el número promedio y máximo de preguntas necesarias para deducir la clave. MOO o Bulls and Cows es como Muertos y Heridos pero sin repetición de dígitos.
A continuación se analizan  dos estrategias intuitivas y muy fáciles de implementar en especial la primera.

Estrategia Simple

Propuesta por Ehud Shapiro[2] en 1983, el único criterio para elegir una nueva pregunta es que ésta se encuentre entre las claves posibles en ese momento. Inicialmente, antes de hacer la primera pregunta, hay 10000 posibles claves, los números del 0000 al 9999.  Como cada pregunta que se hace reduce ese número, es inevitable que en algún momento se acierte la clave.
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