Luciano's webpage

Se suele decir que el mundo es un lugar pequeño. Pero se vuelve grande cuando uno quiere viajar barato.

De Buenos Aires a Sao Pablo, en un vuelo repleto de adolescentes que viajaban en grupo. Griteríos y canciones. Espera de 2 horas en el aeropuerto de Sao Pablo. De Sao Pablo a Frankfurt. En Frankfurt 8 horas esperando un tren lechero a Halle. En un cafe de Halle, 4 horas esperando salir a Berlín. En Berlín, 3 horas perdido en el metro para llegar a casa de Martin.

Pero ya estoy acá. Y tengo una cintita en mi muñeca que dice que los próximos días tendré acceso a la 25C3. I’m happy :D.

Las primeras fotos (no mías).

The next week I’m going to Berlin (and some days to Frankfurt). I’ll be in the 25th Chaos Communication Congress (25C3).

I’ll be out of home from 24th Dec until 7th Jan. It’ll be a non-traditional holidays, be far away from family. But, in the other hand, it gonna be awesome be and talk in a CCC and spend a Christmas Eve in a plane and a New Year’s Eve in Brandenburg Gate with friends.

See you there?

Lo prometido. Hoy me gustaría hablarles algo que no tenía idea que existía y que me encontré en el apéndice 9 del libro La Proporción Áurea de Mario Livio. Es de esos sorprendentes conceptos que destruyen la intuición. Por un lado es simple desde lo formal, pero esconde algo casi mágico. Dicho concepto es: La ley de Benford

Para los que no hicieron click en el link anterior y dado que la entrada en la Wikipedia en español sobre el tema deja bastante que desear (estoy corrigiéndola), acá está mi breve explicación:

La ley de Benford, también conocida como la ley del primer dígito, dice que, en los números que existen en la vida real^TM, la primer cifra tiene muchas más posibilidades de ser 1 que otro valor. Además, según crece este primer dígito, más improbable es que se encuentre en la primera posición.

A por un ejemplo, que seguro es más fácil. Tomemos una tabla con estadísticas cualquiera, como ser el área o población de las provincias argentinas, la capacidad de los estadios del mundo, los muertos por accidentes de tránsito o las estadísticas de visitas en tu blog. Como todo en estadística, mientras más grande la muestra mejor, así que vayan a por tablas realmente grandes.

Intuitivamente, uno podría pensar que, para cualquier número, las posibilidades que empiece con 1 son las mismas que con 9. Es decir, al agarrar una pelota de números cualquiera de la vida real^TM se podría llegar a creer que, si la cantidad es lo suficientemente grande, más o menos 1/9 de la muestra empezarán con 1 (nótese que no tiene sentido que los valores empiezen en 0, por lo que las opciones son 9). Esto es porque creemos que los números que estamos analizando se comportan como si fuesen aleatorios. Si tiramos una moneda al aire una gran cantidad de veces, cerca de la mitad de las oportunidades será seca. Es algo que aprendimos hace mucho y nos parece intutivo que la naturaleza se comporte así. Como si $deity hubiese tirado un dado gigante para decidir el largo de un río, la población de un país o el precio de las acciones en el MERVAL.

Como en mi disco todavía tengo los datos utlizados para el post la chica bajo la curva (dating pool) voy a utilizar la cantidad de casados, por provincia, por edad (puede descargarse desde acá). En mi caso son 30843 regitros. Esta linea de bash cuenta cuantos de los valores empienzan con cada cifra:

$ for i in $(cat provincia_indec.csv | grep años | cut -d ';' -f 4); do echo ${i:0:1}; done | sort | uniq -c
10350 1
5581 2
3550 3
2744 4
2159 5
1903 6
1815 7
1406 8
1335 9
Puede verse que el 33.56% de las cifras empiezan con 1 y que, mientras mayor es el valor del primer dígito, menor es la cantidad de ocurrencias.

En efecto, nuestro nuevo amigo Benford describe este fenómeno y nos dice que, la probabilidad p de que el dígito d aparezca en el primer lugar está dado por la siguiente fórmula:

En el ejemplo anterior, el dígito 1 se encuentra en 10350/30843=0.336 de los casos. Puede verse que la predicción de la fórmula es bastante buena, ya que log₁₀(1+1)=0.301. En la siguiente figura puede verse como se ajusta la fórmula a los datos de la práctica (primer dígito de la cantidad de personas casadas por provincia, por edad según el censo 2001):

De hecho, la misma fórmula puede aplicarse a más de un dígito. Por ejemplo, la probabilidad de que una cifra empiece con 42 (primer dígito 4, segundo 2) es log₁₀(1+1/42)=0.010219. Modificando levemente el script (${i:0:2}) podemos estudiar la cantidad de cifras por la repetición de sus primeros dos números y compararlos con su valor teórico:

Impresionante.. no?

¿Y porqué pasa esto? Ocurre que a las magnitudes del mundo real^TM están distribuidas de forma logarítmica.

Recordemos la fórmula: p_(d)=log₁₀(1+1/d)=log₁₀(d + 1) − log₁₀(d)
Es decir, cuenta cuántos números hay entre d y d+1 dentro de la escala logarítmica.

La mejor explicación que recibí para este fenómeno habla de un cambio de escala. Supongamos por un momento que la distribución de los primeros dígitos de lo largo de los ríos, lo alto de las montañas, lo profundo de los posos es constante. Ahora imaginemos que $deity se levanta una mañana y duplica el tamaño del planeta (o del universo, ustedes elijen). Las medidas que empezaban por 1 hora pasan a empezar por 2 o 3 (160*2=320). Lo que empezaba por 2 ahora lo hace por 4 o por 5 (290*2=580). El 3 se va a 6 o 7 (384*2=768). El 4 a 8 y 9.

¡Pero todos aquellas medidas que empezaban por 5, 6, 7, 8 y 9 ahora empiezan por 1! Si realizamos esta operación varias veces los valores se amontonan rápidamente en los iniciados por 1, generando la escala logarítmica en cuestión. Y acá está el tema. La mayoría de los valores de la vida real^TM son resultados de multiplicaciones.

El siguiente gráfico invita a comparar las superficies rojas (valores que inician con 1) y azules (valores que inician con 8) para estudiar sus probabilidades de ocurrencia en el primer dígito:

Las distribuciones que cubren muchos órdenes de magnitud (que varían mucho entre número y número) cumplen relativamente bien con la ley de Benford. Sin embargo puede no ocurrir así siempre:

Nótese que la clave está en las grandes magnitudes (recuerden la explicación del universo que se duplica). Existen tablas de números de la vida real^TM que no cumplen la ley dada que estan acotadas en cuento a su rango, por ejemplo los datos del cierre del MERVAL de los últimos 3 años. Si bien son números grandes, su máximo y mínimo es acotado. Imagino (no tengo uno a mano) que los precios unitarios de los productos en un ticket de supermercado tampoco se agustan a la ley por razones parecidas. La tabla de goleadores de un torneo de fútbol padece el mismo trauma. ¿Se les ocurre algún otro ejemplo excepcional a la regla?

Espero hayan aprendido algo nuevo y ahora quieran a la matemática un poquito más :)

PD: Me olvidaba. Tarea para el hogar: Demostrar que la vida real^TM incluye a Fibonacci ;)

Mi conjunto de números favoritos son los enteros en general y los naturales en particular. Son los primeros números que aprendemos en la vida, sencillos, de apariencia intuitiva pero con poderosas propiedades. Dado que mi amateur aproximación a la matemática se dio por el camino de la teoría de números, fueron mi primer gran amor matemático.

Sin embargo, no es difícil encontrar fascinante a otros conjuntos de números. Muchas de estos patean el tablero de formas agradables, como los complejos, que se escaparon de la recta real para irse de vacaciones al plano. Entre los más impetuosos contra la intuición están, obviamente, los irracionales. Y a uno de ellos va dedicado este post.

Hace un par de meses divagué con π. Este semana terminé de leer el libro La Proporción Áurea de Mario Livio. Este libro, que evidentemente trata sobre la constante φ (phi), lo compré en Madrid, atraído por la promesa de desasnarme con respecto a la historia de este número.

Primero me gustaría hablarles sobre el libro como tal, el cual resultó sumamente entretenido, aunque tal vez le sobren unas 50 o 100 páginas. Es un paseo por la historia del arte plástico, arquitectónico, escultural y matemático con φ como eje central hilador. Además de dar ejemplos de como se expresan los números en la naturaleza, explica con profundo detalle ciertas propiedades matemáticas en sus numerosos apéndices e invita al lector a pensar sobre porque la matemática encaja también como explicación del universo. Por momentos se va por las ramas pero casi siempre de forma afable y atrapante. Son altamente rescatables los pasajes donde el autor trata con ácida ironía los esfuerzos de los numerólogos de meter a φ lugares arbitrarios cualquiera, como en las dimensiones de Panteón. En mi opinión es un libro altamente recomendable para el aficionado a la matemática y mi calificación (hace mucho que no califico libros con estrellas) es .

En segundo lugar quisiera comentar algunas nerdeadas matemáticas inspiradas en el la lectura de este libro. Empezando por lo principio, presentar a quienes no conozcan el número φ, en las palabras de Euclides:

Se dice que una línea recta está dividida en el extremo y su proporcional cuando la línea entera es al segmento mayor como el mayor es al menor
La frase dividida en el extremo y su proporcional hace referencia a la proporción de la que estamos hablando. La definición para mortales es:

La longitud total a+b es al segmento más largo a como a es al segmento más corto b

El valor en cuestión se puede calcular despejando algebraicamente tomando b=1, y es:

Puede verse que, al igual que π(pi), es un número irracional. Pero, a diferencia de π, es un número algebraico, lo que lo emparenta bastante con teoría de números. Sin embargo, su expresión como fracción continua compuesta de solo 1s (unos), hace que converja muy lentamente, convirtiéndolo en el más irracional entre todos los irracionales. En términos llanos, φ puede expresarse como la siguiente fracción continua:

Nótese que, cada iteración de esta fracción continua puede expresarse como (los primeros 15 valores, esta secuencia fue resultado de este script):

2 / 1 = 2
3 / 2 = 1.5
5 / 3 = 1.666666666666666666666666667
8 / 5 = 1.600000000000000000000000000
13 / 8 = 1.625
21 / 13 = 1.615384615384615384615384615
34 / 21 = 1.619047619047619047619047619
55 / 34 = 1.617647058823529411764705882
89 / 55 = 1.618181818181818181818181818
144 / 89 = 1.617977528089887640449438202
233 / 144 = 1.618055555555555555555555556
377 / 233 = 1.618025751072961373390557940
610 / 377 = 1.618037135278514588859416446
987 / 610 = 1.618032786885245901639344262

Aquel lector atento notará que las fracciones tiene cierto patrón. Por un lado, el numerador de cada reglón pasa a ser el denominador en el siguiente. Los números son:
1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,….
¡Exacto! ¡Es la sucesión de Fibonacci! Cada número es la suma de los dos anteriores. En efecto, siendo F(n) el termino n-ésimo de la serie de Fibonacci:

Así es como puede verse una fuerte relación entre φ y Fibonacci. Y si con Fibonacci se puede calcular la proporción áurea… ¿cómo es la relación a la inversa?

Con esta formula se puede calcular el valor del término n-ésimo de la serie de Fibonacci:

Es fácil reconocer que dentro de esa fórmula está φ.

La propoción áurea φ tiene un montón de raras y divertidas propiedades. Entre las más atractivas se encuentran:

En lo personal aprendí muchas cosas nuevas sobre la proporción áurea. Pero en el apéndice 9 (como dije, es un libro con muchos apéndices) se comenta un concepto que me voló la cabeza: la ley de Benford. El tema se toca tangencialmente, promediando el último capítulo, como un ejemplo de como las matemáticas sorprenden. Y sí que lo hacen.

Pero ese será tema del siguiente post.