Wiskundemeisjes
Internetbureau Rotterdam 
Wie kan er raden wat er zo gaaf is aan deze formule?
(Klik voor een vergroting)
Als jullie er niet uitkomen, dan zal ik later deze week het antwoord geven. Maar ik hoop dat het niet nodig is.
Komende zondag is pi het stralend middenpunt van de Centrale Bibliotheek Rotterdam.
Kom dus ook naar deze feestelijke pi-dag!
Harry Hoek maakte een grote pi-tentoonstelling over de geschiedenis van pi, de eerste miljoen decimalen van pi hangen in hun volle glorie in de hal, het schoolmuseum leende wiskundige leermaterialen uit en Arabesk verkoopt prachtige wiskundige puzzels en kunstobjecten. Je kunt ook de cultfilm Pi kijken.
En voor de wiskundemeisjesfans: Om 13.30 uur en 15.00 uur doe ik leuke pi-experimenten met het publiek. De toegang is gratis en ik hoorde dat er zelfs pi-koekjes komen, dus als je zondag in de buurt bent, kom dan vooral even langs! Meer informatie vind je op de site van de Bibliotheek Rotterdam.
Als je zondag niet kunt, dan kun je de pi-tentoonstelling van 8 tot en met 28 maart bewonderen.
Deze column verscheen vandaag in de Volkskrant.
Als je wil weten hoe de decimalen van het getal pi (de verhouding tussen de omtrek en de diameter van een cirkel, ongeveer gelijk aan 3,14159265…) er uitzien, hoef je tegenwoordig alleen maar je rekenmachine te pakken of je computer aan te zetten. Dat was in de zeventiende eeuw wel anders. Ook toen was men geïnteresseerd in pi.
Ludolph van Ceulen
Het rekenwerk in die tijd lijkt mij geen pretje, maar scherm- en rekenmeester Ludolph van Ceulen (1540 – 1610) dacht daar heel anders over. Hij berekende pi tot maar liefst 35 decimalen. Zijn methode, naar een idee van Archimedes, komt neer op het volgende principe. Een cirkel met diameter 1 heeft een omtrek van lengte pi. Je kunt nooit een cirkel zó precies tekenen en meten dat je op die manier pi redelijk kunt benaderen.
Teken nu in een cirkel met diameter 1 een vierkant dat nog nèt in de cirkel past, en teken om die cirkel heen een vierkant zodat de cirkel precies aan de vier zijden raakt. Dan zit de omtrek van de cirkel tussen de omtrek van het kleine en die van het grote vierkant in. En omtrekken van vierkanten kun je makkelijk uitrekenen.
Bij een cirkel met diameter 1 vind je zo de volgende benadering van pi: 2√2 < pi < 4. Het getal 2√2 is ongeveer 2.82842712, dus dit geeft geen goede benadering. Maar als je in plaats van vierkanten regelmatige veelhoeken met veel meer hoeken in en om de cirkel past, en daar de omtrekken van uitrekent, krijg je steeds betere onder- en bovengrenzen voor pi.
Archimedes gebruikte regelmatige 96-hoeken en vond dat 3.140909654 < pi < 3,142826575. Van Ceulen ging veel verder en gebruikte regelmatige 32.212.254.720-hoeken. Daarmee vond hij 20 decimalen. Hij moet een veelhoek met nog meer hoeken gebruikt hebben voor zijn 35 decimalen, maar we weten niet welke. Een hele prestatie, als je bedenkt dat hij daarvoor talloze wortels moest trekken, met ook extreem veel decimalen om nauwkeurig genoeg verder te kunnen rekenen, en dat met de hand… Met zijn benaderingen kon Van Ceulen en passant een aantal geleerde tijdgenoten die claimden oplossingen van de cirkelkwadratuur gevonden te hebben, op hun nummer zetten. De vraag daarbij is om, gegeven een cirkel van een bepaalde grootte, een vierkant te construeren dat dezelfde oppervlakte heeft. Dat is een onmogelijke opdracht, en de crux zit in het woord “construeren”: je mag alleen een passer en een latje (een liniaal zonder schaalverdeling) gebruiken. In 1882 werd definitief bewezen dat het probleem onoplosbaar is, maar in de zeventiende eeuw wist men dat nog niet zeker. Van Ceulen kon met zijn benaderingen van pi wel laten zien dat de geclaimde oplossingen allemaal fout waren!
Hij was erg trots op zijn prestatie, en daarom kwamen de 35 decimalen op zijn grafsteen terecht. Dat was de eerste keer dat al die decimalen gepubliceerd werden. In de Leidse Pieterskerk is een replica te zien. Dit jaar is Van Ceulen vierhonderd jaar dood, dus laten we op pi-dag (14 maart, naar 3,14) maar eens aan zijn gereken denken!
Edit: neem ook eens een kijkje op www.ludolphvanceulen.nl.
Erik Johansson maakt prachtige Escherachtige foto's.
Foto: Erik Johansson
Het grappige is dat ik ineens in zijn andere foto's ook wiskundige thema's zag terugkomen. Bij deze foto dacht ik gelijk aan de Banach-Tarski paradox.
Foto: Erik Johansson
Een tijdje terug schreef ik een stukje over wat er gebeurt als je een touw strak om de aarde spant, er een meter touw bij doet en vervolgens het touw overal evenver optilt. Zie ook dit filmpje.
In de reacties op dat stukje stelde Koen als verdiepingsvraag: "En als je dat touwtje nou aan een kant aantrekt, zodat er een punt ontstaat en aan de andere kant van de aarde het touw weer strak om de aarde zit, hoe hoog wordt die punt dan?"
Lezers Robert Groenewold en Lon Boonen brachten een lange avond in de kroeg door om deze vraag op te lossen. Ze stuurden onderstaande oplossing in. Wij vertellen ze maar niet dat dit alles al lang op de site van KP Hart te vinden was...
Onlangs spanden de wiskundemeisjes een touw strak om de aarde om het vervolgens een meter langer te maken en aan te tonen dat zelfs een lineair verband (tussen straal en omtrek) contra-intuïtief kan zijn. Aangezien allle moeite reeds gedaan is om genoemd touw te spannen wilden wij, twee natuurkundejongens, dat touw een alternatieve bestemming geven.
Wanneer we een touw strak rond de aarde spannen, één meter touw toevoegen en het geheel aan een spijkertje ophangen, wat is dan de afstand tussen de aarde en het spijkertje? Past de Domtoren er onder?
De oplossing kostte ons een avond in (het helaas ter ziele gegane) Ledig Erf in Utrecht. En ettelijke bierviltjes. Deels was dit te wijten aan het feit dat we (schaam, schaam) de Taylor-reeks opnieuw moesten ontdekken.
Je kunt muziek natuurlijk op allerlei manieren visualiseren. Een manier is de volgende, op YouTube gezet door 1ucasvb.
Op een piano zitten witte en zwarte toetsen. Toetsen die naast elkaar zitten schelen een halve toon en er zitten twaalf halve tonen in een octaaf. Als een toon een octaaf hoger is dan een andere toon, dan is de frequentie van de eerste toon twee keer zo groot als die van de tweede. In dit filmpje zijn de toetsen van de piano niet op een rechte lijn, maar in een spiraal gelegd, en wel zó dat tonen die hele octaven schelen op een rechte lijn vanuit het middelpunt liggen. Oftewel: blokjes die naast elkaar liggen op een straal vanuit het middelpunt, schelen steeds precies een factor twee in frequentie.
Ernst (één van de heren achter wiskundesletjes.nl, maar dat terzijde) wees me op een gave truc om snel te delen bij programmeren. Ik was zelf nooit een goede, elegante programmeur (brute force is my middle name), maar ik herinner we wel dat delen meer tijd kost dan vermenigvuldigen. Dus als je delen op de een of andere manier kunt vervangen door vermenigvuldigen, dan wordt je programma sneller.
Op Ridiculous Fish Blog staat een prachtig stuk over delen door 13.
Stel dat je een of andere geheel getal wilt delen door 13 en dat programmeert in C. De compiler code doet dan iets geks, namelijk vermenigvuldigen met 1321528399 (en daarna nog wat andere dingen). Zoals de scherpe lezer nu zal opmerken, is delen door 13 niet hetzelfde als vermenigvuldigen met 1321528399.
Echter: vermenigvuldigen met 1321528399 en daarna delen door \(\) (en bedenk dat delen door 2 makkelijk is, dat is een bitshift) is hetzelfde als delen door 12,9999999977299... En dat lijkt dan weer heel erg op 13.
Lees op Ridiculous Fish Blog een mooie, intuïtieve uitleg waarom de afronding altijd goed gaat. Of koop gelijk Hacker's Delight, het boek waar deze truc al veel eerder stond. Dit is trouwens verder geen speciale eigenschap van 13, voor andere delers kun je ook een getal vinden om mee te vermenigvuldigen (en bitshiften).
Met Maartje Vergeer (als je nog eens een slimme en leuke filmmaker zoekt: neem haar!) maakte ik voor Wisebits een filmpje gebaseerd op deze column.
Deze keer in onze niet zo regelmatige serie over wiskundigen die op opvallende wijze aan hun eind gekomen zijn één van de beroemdste wiskundigen ooit: René Descartes (31 maart 1596 – 11 februari 1650).
René Descartes, geschilderd door Frans Hals (1648)
Descartes kwam uit een redelijk vooraanstaande familie, verscheidene familieleden bekleedden hoge ambtelijke functies. Zijn vader was advocaat en magistraat. René Descartes kreeg een algemene opleiding aan het Jezuïetencollege van La Flèche en studeerde een tijdje aan de universiteit van Poitiers.
In 1618 vertrok Descartes naar Nederland, waar hij in het leger van Prins Maurits militaire ervaring wilde opdoen, en daarna reisde hij door naar Duitsland en Bohemen, waar hij als officier vocht in het leger van de katholieke Maximiliaan I van Beieren. Descartes verbleef nog een tijd in Parijs, maar in 1628 keerde Descartes terug naar Nederland en daar bleef hij tot 1649. In Nederland stond hij in contact met verscheidene wiskundigen: hij studeerde bij Adriaan Metius in Franeker en hij kende Constantijn Huygens, bijvoorbeeld.
In 1637 publiceerde Descartes zijn werk Discours de la Méthode in Leiden, dat als een van de appendices la Géométrie bevatte. Dit is Descartes' meest invloedrijke wiskundige werk. In de jaren die volgden verschenen nog allerlei werken, vooral over filosofie.
De Géométrie was bijzonder omdat Descartes hierin een eerste opzet maakt voor de analytische meetkunde. Op wiskonst.nl (een site gemaakt door studenten voor een seminarium geschiedenis van de wiskunde) kun je meer lezen over Descartes en de Géométrie (klik op "Commentaren" en dan op "René Descartes - ...").
In 1650 overleed Descartes in Stockholm, waar hij op verzoek van koningin Christina van Zweden heengegaan was om haar les te geven. Het verhaal gaat dat Descartes een longontsteking opliep: hij was gewend om lang in bed te blijven, maar moest de koningin vroeg in de ochtend lesgeven, wat zijn weerstand om zeep hielp. Anderen geloven dat hij de ziekte opliep toen hij een vriend behandelde die die ziekte had.
En zeer recent is er een nieuwe hypothese opgedoken: de Duitse filosooof Theodor Ebert beweert dat Descartes niet door een natuurlijke oorzaak overleden is, maar door een communie-hostie met arsenicum erin! Als schuldige wijst hij priester Jacques Viogué aan, die bang zou zijn dat Descartes een bekering van koningin Christina tot het katholicisme in de weg zou staan. Lees hier het artikel daarover in the Guardian.
