Matematica

23 esempi di calcolo della funzione di trasferimento per sistemi fisici di vario genere, elettrici e non. Partendo dal significato di funzione di trasferimento si arriva alla descrizione delle sue proprietà e ai metodi di rappresentazione grafica, ovvero i diagrammi di Bode, i diagrammi polari e quelli di Nyquist.

Un viaggio insolito alla scoperta della matematica in un’ambientazione rock: aritmetica, algebra, geometria rese più semplici e divertenti attraverso i numerosi spunti matematici presenti nei dischi e nelle canzoni delle rockstar più famose. Suddiviso in parti tematiche, ognuna dedicata a un ramo della matematica (aritmetica e algebra, statistica e calcolo combinatorio, geometria e topologia, analisi), il libro accompagna il lettore in un percorso che va dai numeri naturali del rock’n’roll dell’orologio (Rock around the Clock) con cui inizia la storia del rock, ai numeri primi di We Will Rock You, alla statistica dei Beatles, alla topologia dei Led Zeppelin, passando per i Coldplay e i Radiohead. Ogni capitolo prende le mosse da un aneddoto, da una vicenda o da un disco della storia del rock, per poi introdurre e trattare un concetto matematico collegato, mantenendo sempre viva la cornice narrativa offerta dallo spunto musicale.

Questo "Corso di Analisi prima parte" è una introduzione all'Analisi matematica, destinata, principalmente, a studenti universitari. 11 testo si prefigge l'ambizioso scopo di essere un manuale didattico autonomo, presentando un percorso che, partendo da (pochi) concetti "primitivi", rivisiti rigorosamente la matematica elementare e si addentri in idee e strumenti fondamentali della Analisi moderna e, più in generale, della Matematica. Non vi sono prerequisiti per la lettura di questo testo, né si assume alcuna "conoscenza matematica" anche se una certa dimestichezza con le operazioni elementari, ovviamente, sarà di aiuto. Attraverso i capitoli vengono presentati in forma rigorosa e autonoma i fondamenti dell'Analisi matematica sul campo dei numeri reali, incluse le definizioni e proprietà delle principali funzioni analitiche elementari. Una serie di esercizi, generalmente non standard (la cui soluzione è disponibile sul sito web www.mheducation.com), accompagnano il testo, completato da due appendici: nella prima vengono presentati alcuni complementi e sviluppi del materiale trattato (tra cui il campo dei numeri complessi e il Teorema Fondamentale dell'Algebra, e una breve introduzione alla teoria delle equazioni differenziali ordinarie); nella seconda vengono raccolte tutte le definizioni date nel testo, a voler sottolineare l'importanza in matematica di avere definizioni chiare e ben poste che permettano di sviluppare teorie coerenti.

La matematica è nata nella preistoria per essere utile all'uomo: i numeri servivano a contare le pecore di un gregge, la geometria a misurare i campi e a tracciare le strade. La storia si sarebbe potuta fermare lì, ma col passare degli anni i nostri antenati scoprirono i sentieri imprevedibili di questa scienza solo apparentemente astratta. La storia della matematica è stata scritta da uomini e donne geniali, ma le vere eroine di questo "grande romanzo" sono le idee. Le intuizioni che nascono improvvisamente e si diffondono attraverso i secoli, da continente a continente, si amplificano, prosperano e ci rivelano la ricchezza di un mondo che toglie il fiato. Perché la matematica è bella, poetica, sorprendente e anche gioiosa: l'enigma del pi greco, il fascino della sequenza di Fibonacci e della sezione aurea, la sfida delle equazioni e dell'infinitamente piccolo che solletica la nostra mente con i suoi paradossi. Se non siete mai andati d'accordo con la matematica, se l'avete odiata, che ne dite di darle una seconda possibilità? Potreste restarne molto sorpresi. Introduzione di Piergiorgio Odifreddi.

Nel 1930 i teoremi di incompletezza di Kurt Gödel cambiarono il corso della filosofia della scienza. La dimostrazione per cui in una teoria soddisfacente certe condizioni minime è possibile costruire una proposizione che non può essere né dimostrata né confutata all'interno della teoria rappresenta uno dei cardini del pensiero scientifico. L'annuncio dei due teoremi al convegno di Königsberg, dedicato all'epistemologia e alle scienze esatte, infranse il sogno di Leibniz, quel "calcolemus" che doveva risolvere qualsiasi controversia. Una nuova logica fatta anche di antinomie e paradossi si era ormai imposta.

Per molti lettori un libro sulla matematica e sul modo in cui viene insegnata, sui suoi contenuti e sulla sua didattica, non può non richiamare alla mente i ricordi di un passato scolastico più o meno lontano; e spesso si tratta di ricordi dolorosi, segnati da un rapporto conflittuale, difficile - talvolta traumatico - con la disciplina. Questo probabilmente perché, ormai da tempo, nelle aule scolastiche la matematica è stata confinata a materia tecnica, importante più per le sue presunte applicazioni pratiche o per i suoi supposti rapporti con il mondo reale che per il suo valore squisitamente intellettuale. O perché ridotta a un insieme di definizioni, di formule, di regole da mandare a memoria e da applicare acriticamente, senza interrogarsi sul loro significato. Eppure, come ci invita a fare Riccardo Giannitrapani in "Un labirinto incerto", basterebbe provare a metterle in discussione, queste regole, a smontarle per capire come funzionano, per scoprire che cosa c'è dentro. Allora vedremmo non solo la trama nascosta che ne giustifica l'adozione, ma anche le intuizioni e le visioni, gli inciampi, le incertezze e i fallimenti da cui sono scaturite, e soprattutto la bellezza vertiginosa dei panorami inattesi che esse dischiudono, i sentieri nascosti che ci chiedono di percorrere. Così, muovendo dal terreno confortevole di quel che crediamo che sia o debba essere la matematica - per molti una «scienza esatta», e quindi necessariamente arida e inflessibile, se non addirittura noiosa - potremmo liberarci dai luoghi comuni e cominciare a seguire altri percorsi, meno scontati e rassicuranti, quelli del labirinto, appunto. Potremmo così interrogarci sulla natura ontologica degli enti matematici o sulla relazione tra la matematica e le scienze del mondo fisico, oppure indagare la forma dei numeri o il concetto di infinito, o ancora il rapporto fra i numeri, il tempo e lo spazio. O verificare la sorprendente vicinanza tra matematica e poesia, e scoprire come entrambe siano impegnate a rappresentare un mondo altro, non quotidiano e non necessario, e a tradurlo in parola, in simboli capaci di svelarne tutta la complessità e la bellezza. Dal labirinto incerto della matematica, naturalmente, è possibile uscire. A condizione, però, di non essere lasciati soli. Ed è questo il compito a cui oggi è chiamata la scuola: aiutare chi si confronta con la matematica a trasformare gli errori in curiosità, i fallimenti in opportunità didattica. Per non smarrirsi per sempre, per superare l'angoscia del labirinto, per imparare a sbagliare e a ricominciare.

Oggi, in un mondo dominato da meme, fake news, tweet di 140 caratteri, dibattiti televisivi in cui si impone chi grida più forte, quale spazio resta per il ragionamento logico, la riflessione, la razionalità? La logica sembra ormai dominio esclusivo dei matematici, che la usano per esplorare una realtà astratta e inaccessibile ai più. Ma è davvero così? Davvero non ci si può affidare a questo strumento fondamentale dell'intelletto per navigare con sicurezza nel confuso mondo umano? In questo suo nuovo saggio Eugenia Cheng ci mostra che non è così, che la logica può essere la base per discutere in maniera costruttiva di questioni assolutamente reali e scottanti, come la discriminazione razziale, le molestie sessuali o l'assistenza sanitaria universale. Per farlo è necessario conoscere i rudimenti del ragionamento logico, ma non basta: la logica rigorosa stabilisce solo ciò che è vero e ciò che non lo è all'interno di un sistema fondato su un insieme di assiomi, distingue il bianco dal nero, non conosce quelle «zone grigie» che sono ovunque nella vita reale. Perché non sia divisiva, perché serva a conciliare concezioni diverse invece che a estremizzare le contrapposizioni, la logica va sposata a quella dimensione umana imprescindibile che è la sfera emotiva. Cheng ci spiega come il connubio tra logica ed emozioni possa renderci non semplicemente razionali (anche i computer lo sono), ma capaci di quella razionalità intelligente che è forse la caratteristica più nobile della nostra natura di uomini.

Intorno a noi, ogni cosa è in movimento: l'Universo in espansione fin dal remoto istante del Big Bang e le sfere celesti in fuga per le loro orbite ellittiche; gli oceani agitati dai venti e gli aerei nel loro frenetico andirivieni; la lava che cola lungo le pendici di un vulcano e il cuore che con il suo battito accompagna ogni istante della nostra vita. Eppure, la natura profonda del moto è da sempre inafferrabile. Duemilacinquecento anni fa, il crudele Zenone (così lo definì Paul Valéry) elaborò uno dei suoi celebri paradossi secondo cui, spezzettando il tempo e lo spazio infinite volte, Achille piè veloce non raggiungerebbe mai la lenta tartaruga. Il suo pensiero non cessa di porci domande dall'ardua risposta: il tempo e lo spazio sono continui, come li percepiamo intuitivamente? O sono il risultato di unità discrete, simili a un filo di perle, come li restituiscono gli strumenti di misurazione? Zenone, un po' come la tartaruga, era in anticipo sul suo tempo. Da allora, filosofi e scienziati si interrogano su spazio, tempo e movimento, fenomeni familiari e insieme sfuggenti. Da Galileo a Einstein, dalla fisica quantistica all'iperspazio, non si contano i tentativi di colmare il divario tra i modelli matematici e la tessitura della realtà. Col suo tocco nitido ed elegante, ricco di aneddoti, dimostrazioni scientifiche e suggestioni letterarie, Joseph Mazur traccia in questo volume una vera e propria storia del moto. Leggendolo ci imbattiamo in un Newton pensoso che, seduto all'ombra di un melo, comprende che i pianeti attraggono le mele quanto le mele attraggono i pianeti; viaggiamo alla velocità della luce nei meandri del calcolo infinitesimale, della teoria delle stringhe, del dualismo onda-particella. E scopriamo gli aspetti più misteriosi di un fenomeno che abita tanto i microspazi degli atomi quanto le ampie architetture del cosmo: il movimento.

Con il presente volume si completa il ciclo di lezioni di Edoardo Sernesi, una compiuta rassegna dei principali temi geometrici tradizionalmente svolti nel biennio propedeutico del corso di laurea in Matematica, la cui prima parte, Geometria 1, ha già riscosso ampio favore, da parte di professori e studenti, per la chiara e organica presentazione della materia. Un taglio didattico, testimoniato dalla presenza di numerosi esercizi (in buona parte svolti) ed esempi, caratterizza anche questa Geometria 2. Mentre nel primo volume il tema dominante è l'algebra lineare, in questo l'accento è posto sull'aspetto topologico-differenziale della geometria nelle sue varie forme. Una prima parte tratta della topologia generale, argomento troppo spesso sacrificato nei corsi istituzionali, alla quale per il suo valore formativo sono stati dedicati tre interi capitoli. Segue l'illustrazione della teoria del gruppo fondamentale e dei rivestimenti, primo approccio alla topologia algebrica (un tema che frequentemente trova posto nei corsi avanzati di geometria). Il resto del volume si occupa dei fondamenti della topologia differenziale: studio delle varietà differenziabili e delle loro principali proprietà, geometria differenziale classica di curve e superfici, teoria dell'integrazione sulle varietà differenziabili (trattata più spesso nei testi di analisi matematica, ma con un'impostazione inadatta alle applicazioni geometriche).

La nozione di rappresentazione esprime una categoria generale a cui appartengono numeri, stringhe, alberi, grafi, e più in generale, tutte le strutture simboliche con cui si rappresentano i dati. I linguaggi, in senso lato, sono formalismi entro cui si rappresentano oggetti, concetti, proprietà e relazioni. I linguaggi formali, definiti in termini insiemistici, sono quelli entro cui si definiscono i processi di calcolo universali, in grado di esprimere tutti i tipi di calcoli realizzabili. In questo libro, l'impostazione degli argomenti, la loro presentazione, e le prospettive di analisi dei vari argomenti, sono per molti aspetti frutto di elaborazione originale, maturata nel corso della didattica e della ricerca svolta negli ultimi 15 anni presso l'Università di Verona.

La matematica è materia viva, affascinante e appassionante. Che la matematica serva si sa. Che sia appassionante si sa un po' meno, forse perché per la maggior parte di noi è rimasta confinata nei conti quotidiani o negli incubi di scuola. Eppure basta prenderla per il verso giusto, come fa François Sauvageot, perché diventi appassionante. Perché niente come la matematica coniuga il rigore con la fantasia, la praticità più minuta con l'astrazione più ardita. La matematica è un linguaggio che dà ordine al nostro mondo e che crea mondi nuovi, o meglio, scopre mondi nuovi con insospettabili applicazioni alla realtà più concreta, come nel caso dell'algebra dei numeri complessi e della sua applicazione nel calcolo dei materiali edili. O che diventa uno strumento di analisi sociale, contribuendo ai processi decisionali in economia e in politica. Con poche formule, tanti casi concreti e qualche biografia eccellente, Sauvageot (ri)avvicina i lettori a una materia affascinante.

Scritto a completamento del manuale degli stessi autori, l'eserciziario è suddiviso in otto capitoli, a loro volta divisi in tre parti. Nella prima parte sono esposti i richiami teorici; nella seconda parte vengono svolti in maniera dettagliata diversi esercizi significativi, facendo riferimento alle nozioni teoriche usate. Nella terza parte sono presentati esercizi da svolgere, tutti con la soluzione e, per quelli più teorici, anche con un'indicazione di svolgimento.