21 Şubat 2009 Cumartesi

3.Uluslararası Matematik Olimpiyatı Soruları (1961)

En azından Türkçe olarak internette ilk defa bulabileceğiniz sorular bunlar...Zaman bulursam, çözümlerini de eklemeye çalışacağım...

1)Aşağıdaki denklem sistemini çözünüz.

x + y + z = a
x^2 + y^2 + z^2 = b^2
x.y = z^2

Burada a ve b sabitlerdir.x,y,z sistemin çözümlerinin pozitif ve farklı sayılar olması için a ve b nin sağlanması gereken koşulları veriniz.

2)a,b,c bir üçgenin kenarları ve T de bunun alanı olsun.

a^2 + b^2 + c^2 ≥ 4√3.T olduğunu ispatlayınız.Hangi halde eşitlik geçerlidir?

3)(cosx)^n -(sinx)^n =1 denklemini çözünüz.(n doğal sayıdır)

4)P1P2P3 üçgenini ve üçgenin bir P iç noktasını gözönüne alınız.P1P , P2P , P3P karşı kenarları sırasıyla Q1 , Q2 , Q3 de kesiyorlar.

P1P/PQ1 , P2P/PQ2 , P3P/PQ3

sayılarından en az birinin ≤ 2 ve en az birinin ≥ 2 olduğunu gösteriniz.

5)IACI=b , IABI=c ve m(AMB)=φ olan üçgeni çiziniz.Burada M; [BC] nin ortası ve φ<90>
olduğu zaman
b.tan(φ/2)≤c
varlığını gösteriniz.Hangi halde eşitlik geçerlidir?

6)Bir E düzlemi ve aynı tarafında doğrusal olmayan A,B,C noktalarını gözönüne alınız, bu üç nokta tarafından belirlenen düzlemin E düzlemine paralel olmadığını varsayınız.E düzleminde; keyfi üç A' , B' , C' noktalarını alınız.L , M , N ; AA' , BB' , CC' nün orta noktaları ve G de LMN üçgeninin ağırlık merkezi olsun.
(A', B', C' nün ; L, M, N nin üçgen oluşturmaması halini gözönüne almayacağız)
A', B', C'; E düzlemi üzerinde bağımsız değişirken, G nin geometrik yeri ne olur?

--------------------------------------------------------------------------------------------------------
2.soruya yorum olarak gönderilen cevap aşağıdadır:
Gönderen:newzad
 

20 Şubat 2009 Cuma

2.Uluslararası Matematik Olimpiyatı Soruları (1960)

En azından Türkçe olarak internette ilk defa bulabileceğiniz sorular bunlar...Zaman bulursam, çözümlerini de eklemeye çalışacağım...

1)11 ile bölünebilen ve N/11 i N nin rakamlarının karelerinin toplamına eşit olan bütün üç basamaklı N sayılarını bulunuz.

2)(4x^2)/(1-
√(1+2x))^2 < 2x+9 eşitsizliği x in hangi değerleri için sağlanır?

3)Verilen bir ABC dik üçgeninde uzunluğu a olan BC hipotenüsü n eşit parçaya bölünüyor.(n tek sayı)

α , A dan hipotenüs üzerinde ve hipotenüsün orta noktasını içeren doğru parçasını gören bir dar açı olsun.


tanα = 4nh/a(n^2-1)


olduğunu ispatlayınız.


4)B den geçen yüksekliği ile A dan geçen yüksekliği ve kenarortayı verilen ABC üçgenini çiziniz.


5)ABCDA'B'C'D' küpünü (A'B'C'D' yüzünü ABCD üzerinde düşünün) gözönüne alınız.


a)AC nin herhangi bir X noktası ve B'D' nün herhangi bir noktası Y olduğuna göre, XY doğru parçalarının orta noktalarının geometrik yerini bulunuz.

b) a şıkkındaki koşulla XY doğru parçası üzerinde IZYI = 2.IXZI ile verilen Z noktalarının geometrik yerini bulunuz.


6)Bir küre ve dışına teğet çizilmiş bir dönel koni gözönüne alınız.Tabanı bu koninin tabanı içinde bulunan ve küreye teğet bir silindir çizilmiştir.Koninin hacmi V1, silindirin hacmi V2 olsun.


a)V1 ≠V2 olduğunu ispatlayınız.

b)V1=k.V2 için en küçük k sayısını bulunuz ve bu durumda koninin tepesinden koninin taban çapını gören açıyı çiziniz.


7)Tabanları a,c ve yüksekliği h olan bir ikizkenar yamuk veriliyor.


a)Bu yamuğun simetri ekseni üzerinde, eşit kenarları dik açı altında gören bütün P noktalarını bulunuz.

b)P nin tabanlardan birine uzaklığını hesaplayınız.

c)Gerçekte, böyle P noktalarının hangi koşullar altında varlığını belirtiniz.Ortaya çıkabilecek değişik durumları irdeleyiniz.



1.Uluslararası Matematik Olimpiyatı Soruları (1959)

En azından Türkçe olarak internette ilk defa bulabileceğiniz sorular bunlar...Zaman bulursam, çözümlerini de eklemeye çalışacağım...
1)(21n+4)/(14n+3) kesrinin bütün n doğal sayıları için kısaltılamadığını ispatlayınız.

2) A=√(x+(√2x-1)) + √(x-(√2x-1)) veriliyor.x'in hangi gerçel değerleri için;


a)A=√2 , b)A=1 , c)A=2


olur?


3)a,b,c gerçel sayıları veriliyor.cosx e göre ikinci dereceden;


a.(cosx)^2 + b.cosx + c = 0


denklemini göz önüne alınız.a,b,c sayılarını kullanarak kökleri ilk denklemle tamamen aynı olan cos2x e göre ikinci dereceden bir denklem oluşturunuz.cosx ve cos2x e göre olan denklemleri a=4, b=2 ve c=-1 için karşılaştırınız.


4) Hipotenüse ait kenarortayı, üçgenin iki kenarının geometrik ortası olan ve c hipotenüsü verilen bir dik üçgeni çiziniz.


5)AB doğru parçasına ait keyfi bir M noktası seçiliyor.AM ve MB doğru parçaları sırasıyla taban olarak AB nin aynı tarafında AMCD ve MBEF kareleri oluşturuluyor.Merkezleri P ve Q olan bu karelerin çevrel çemberleri M de ve diğer bir N noktasında kesişiyorlar.AF ve BC doğrularının kesişimi N' olsun.


a) N ve N' nün çakıştığını ispatlayınız.

b)MN doğrusunun, M nin seçiminden bağımsız bir sabit S noktasından geçtiğini ispatlayınız.

c)M, A ve B arasında değiştiğine göre PQ doğru parçasının orta noktalarının geometrik yerini bulunuz.


6)P ve Q, p doğrusu boyunca kesişen iki düzlemdir.A noktası, P düzleminde ve C noktası Q düzleminde verilmiştir.Bu noktalardan hiçbiri p doğrusu üzerinde değildir.İçine bir çember çizilebilen ve B ve D köşeleri sırasıyla P ve Q düzleminde bulunan ( AB//CD ) ABCD ikizkenar yamuğunu çiziniz.


Properties of Rational Numbers / Dedekind

The development of the arithmetic of rational numbers is here presupposed,

but still I think it worth while to call attention to certain important matters

without discussion, so as to show at the outset the standpoint assumed in what

follows. I regard the whole of arithmetic as a necessary, or at least natural,

consequence of the simplest arithmetic act, that of counting, and counting it-

self as nothing else than the successive creation of the infinite series of positive

integers in which each individual is defined by the one immediately preceding;

the simplest act is the passing from an already-formed individual to the con-

secutive new one to be formed. The chain of these numbers forms in itself an

exceedingly useful instrument for the human mind; it presents an inexhaustible

wealth of remarkable laws obtained by the introduction of the four fundamental

operations of arithmetic. Addition is the combination of any arbitrary repeti-

tions of the above-mentioned simplest act into a single act; from it in a similar

way arises multiplication. While the performance of these two operations is

always possible, that of the inverse operations, subtraction and division, proves

to be limited. Whatever the immediate occasion may have been, whatever com-

parisons or analogies with experience, or intuition, may have led thereto; it is

certainly true that just this limitation in performing the indirect operations has

in each case been the real motive for a new creative act; thus negative and

fractional numbers have been created by the human mind; and in the system of

all rational numbers there has been gained an instrument of infinitely greater

perfection. This system, which I shall denote by R, possesses first of all a com-

pleteness and self-containedness which I have designated in another place1 as

characteristic of a body of numbers [Zahlk¨ orper] and which consists in this that the four fundamental operations are always performable with any two individu-als in R, i. e., the result is always an individual of R, the single case of division by the number zero being excepted.

For our immediate purpose, however, another property of the system R is still more important; it may be expressed by saying that the system R forms a well-arranged domain of one dimension extending to infinity on two opposite sides. What is meant by this is su ciently indicated by my use of expressions borrowed from geometric ideas; but just for this reason it will be necessary to bring out clearly the corresponding purely arithmetic properties in order to avoid even the appearance as if arithmetic were in need of ideas foreign to it.

To express that the symbols a and b represent one and the same rational number

we put a = b as well as b = a. The fact that two rational numbers a, b are di erent appears in this that the di erence a - b has either a positive or negative value. In the former case a is said to be greater than b, b less than a; this is also indicated by the symbols a > b, b <> a, a <>

i. If a > b, and b > c, then a > c. Whenever a, c are two di erent (or unequal) numbers, and b is greater than the one and less than the other, we shall, without hesitation because of the suggestion of geometric ideas, express this brie y by saying: b lies between the two numbers a, c.

ii. If a, c are two di erent numbers, there are infinitely many di erent numbers lying between a, c.

iii. If a is any definite number, then all numbers of the system R fall into two classes, A_1 and A_2 , each of which contains infinitely many individuals; the first class A_1 comprises all numbers a1 that are <> all numbers a_2 that are > a; the number a itself may be assigned at pleasure to the first or second class, being respectively the greatest number of the first class or the least of the second. In every case the separation of the system R into the two classes A_1 , A_2 is such that every number of the first class A_1 is less than every number of the second class A_2 .


Continuity and Irrational Numbers / Dedekind

My attention was first directed toward the considerations which form the

subject of this pamphlet in the autumn of 1858. As professor in the Polytechnic

School in Zurich I found myself for the first time obliged to lecture upon the

elements of the differential calculus and felt more keenly than ever before the

lack of a really scientific foundation for arithmetic. In discussing the notion of

the approach of a variable magnitude to a fixed limiting value, and especially

in proving the theorem that every magnitude which grows continually, but not

beyond all limits, must certainly approach a limiting value, I had recourse to

geometric evidences. Even now such resort to geometric intuition in a first pre-

sentation of the differential calculus, I regard as exceedingly useful, from the

didactic standpoint, and indeed indispensable, if one do es not wish to lose to o

much time.


But that this form of introduction into the differential calculus

can make no claim to being scientific, no one will deny. For myself this feel-

ing of dissatisfaction was so overpowering that I made the fixed resolve to keep

meditating on the question till I should find a purely arithmetic and perfectly

rigorous foundation for the principles of infinitesimal analysis. The statement is

so frequently made that the differential calculus deals with continuous magni-

tude, and yet an explanation of this continuity is nowhere given; even the most

rigorous expositions of the differential calculus do not base their pro ofs upon

continuity but, with more or less consciousness of the fact, they either appeal

to geometric notions or those suggested by geometry, or depend upon theorems

which are never established in a purely arithmetic manner. Among these, for ex-

ample, belongs the above-mentioned theorem, and a more careful investigation

convinced me that this theorem, or any one equivalent to it, can be regarded in

some way as a su cient basis for infinitesimal analysis. It then only remained to

discover its true origin in the elements of arithmetic and thus at the same time

to secure a real definition of the essence of continuity. I succeeded Nov. 24, 1858,

and a few days afterward I communicated the results of my meditations to my

dear friend Dur‘ ege with whom I had a long and lively discussion. Later I ex-

plained these views of a scientific basis of arithmetic to a few of my pupils, and

here in Braunschweig read a paper upon the subject before the scientific club

of professors, but I could not make up my mind to its publication, because, in

the first place, the presentation did not seem altogether simple, and further, the

theory itself had little promise. Nevertheless I had already half determined to

select this theme as subject for this o ccasion, when a few days ago, March 14,

by the kindness of the author, the paper Die Elemente der Funktionenlehre by

E. Heine (Crelle’s Journal, Vol. 74) came into my hands and confirmed me in

my decision. In the main I fully agree with the substance of this memoir, and

indeed I could hardly do otherwise, but I will frankly acknowledge that my own

presentation seems to me to be simpler in form and to bring out the vital point

more clearly. While writing this preface (March 20, 1872), I am just in receipt

of the interesting paper Ueber die Ausdehnung eines Satzes aus der Theorie der

trigonometrischen Reihen, by G. Cantor (Math. Annalen, Vol. 5), for which I

owe the ingenious author my hearty thanks. As I find on a hasty perusal, the

axiom given in Section II. of that paper, aside from the form of presentation,

agrees with what I designate in Section III. as the essence of continuity.

But what advantage will be gained by even a purely abstract definition of real num-bers of

a higher type, I am as yet unable to see, conceiving as I do of the domain of real numbers as complete in itself.


18 Şubat 2009 Çarşamba

Öklid'in Asal Sayıların Sonsuzluğu İspatı Üzerine Yeni Bir Kanıt/A NEW PROOF OF EUCLID’S THEOREM

Filip Saidak isimli bir matematikçinin Öklid'in ispatı üzerine yaptığı modernizasyonu aşağıda görebilirsiniz.


A prime number is an integer greater than 1 that is divisible only by 1 and itself. Mathematicians have been studying primes and their properties for over twenty-three centuries. One of the very first results concerning these numbers was presumably proved by Euclid of Alexan-dria, sometime before 300 B.C. In Book IX of his legendary Elements (see [2]) we find Proposition 20, which states:

Proposition. There are infinitely many prime numbers.

Euclid’s proof (modernized). Assume to the contrary that the set P of all prime numbers is finite, say P = {p1, p2, · · · , pk} for a positive integer k. If Q := (p1 p2 · · · pk)+ 1, then gcd(Q, pi) = 1 for i = 1, 2, · · · k. Therefore Q has to have a prime factor di erent from all existing primes.

That is a contradiction.

Today many proofs of Euclid’s theorem are known. It may come as a surprise that the following almost trivial argument has not been given before:

New proof. Let n be an arbitrary positive integer greater than 1. Since n and n + 1 are consecutive integers, they must be coprime. Hence the number N2 = n(n + 1) must have at least two di erent prime factors. Similarly, since the integers n(n+1) and n(n+1)+1 are consecutive, and therefore coprime, the number N3 = n(n + 1)[n(n + 1) + 1] must have at least three di erent prime factors. This process can be continued indefinitely, so the number of primes must be infinite.

Analysis. The proof just given is conceptually even simpler than the original proof due to Euclid, since it does not use Eudoxus’s method of “reductio ad absurdum,” proof by contradiction. And unlike most other proofs of the theorem, it does not require Proposition 30 of Elements (sometimes called “Euclid’s Lemma”) that states: if p is a prime and p|ab, then either p|a or p|b. Moreover, our proof is constructive, and it gives integers with an arbitrary number of prime factors.

Remarks. In Ribenboim [4, pp.3–11] and Narkiewicz [3, pp.1–10] one finds at least a dozen di erent proofs of the classical theorem of Euclid, and many other variations of the arguments listed in [1], [3], and [4] have been published over the years (in chronological order) by: Goldbach (1730), Euler (1737 and 1762), Kummer (1878), Perott (1881), Stieltjes (1890), Thue (1897), Brocard (1915), P´ olya (1921), Erd¨ os (1938), Bell-man (1947), F¨ urstenberg (1955), Barnes (1976), Washington (1980), and others. Goldbach’s proof (see [4], p.4), which uses pairwise copri-mality of Fermat numbers, seems to be closest in spirit to the argument we have presented.

ACKNOWLEDGMENTS. Personal and virtual conversations with Professors Paulo Ribenboim (Queen’s University) and Eduard Kos-tolansky (Bratislava) are gratefully acknowledged. I would also like to thank Professor Wladyslaw Narkiewicz (Wroclaw) for bringing to my attention Hermite’s very simple proof concerning n! + 1.

References

[1] M. Aigner and G. M. & Ziegler, Proofs from THE BOOK, Springer-Verlag, Berlin,

1999

[2] T. L. Heath,The Thirteen Books of Euclid’s Elements, vol. 2, University Press, Cambridge, 1908; 2nd ed. reprinted by Dover, New York, 1956.

[3] W. Narkiewicz, The Development of Prime Number Theory, Springer-Verlag, New

York, 2000

[4] P. Ribenboim, The New Book of Prime Number Records, Springer-Verlag, New York,

1996

Matematik ve Fizik


Matematik yeteneği genelde çok küçük yaşta ortaya çıkar.Ünlü Rus matematikçisi Kolmogorov, matematik yeteneğinin belirlenmesi ile normal psikolojik gelişimin durduğunu iddia etmiştir.Bu görüşe uyan veya zıt örnekler bulmak mümkündür.Matematiği özel kılan ve diğer bilim dallarından ayıran matematiksel nesnelere ilişkin olarak ortaya çıkan temel kavramlardır.Matematik ile uğraşmak çok sıkı kuralları olan dilbilgisi alıştırmaları yapmaya benzer.Genelde bir teorem ne kadar kısa ve basitse, ispatı bir o kadar uzun ve karmaşıktır.Matematiği ilginç kılan da bu uzun ve karmaşık kanıtlardır.Matematiğin anlamsız ve gereksiz olduğunu sanmayın kesinlikle.Matematiğin çok derinlere inen bir bütünselliği vardır.Matematik çok büyük bir krallıktır ve ancak onu görebilenler ona sahip olur.Matematik bir tür entellektüel yogadır.Beynin matematiksel bir düşünme biçiminin egemenliğine girmesi, matematikçiye diğer insanlardan apayrı bir konum kazandırmıştır.Peki ya fizikçiler? Matematikçiler ve fizikçiler düşman kardeş gibidirler ve aralarındaki farkları abartmaya eğilimlidirler.Diğer yandan Galileo'nun dediği gibi matematik fiziğin dilidir ve bir teorik fizikçi her zaman bir ölçüde de matematikçidir.Bu nedenle Arşimet ve Newton gibi bilim adamları buluşlarını iki alanda da gerçekleştirmişlerdir.Fizik, matematikle gerçekten çok yakından bağlantılı ve bir o kadar da matematikten farklı bir bilim dalıdır.Fizikçi herşeyi birden anlamaya çalışmaz, bunun yerine bir gerçek parçasını ele alarak, onu bir matematik teorisinin yardımıyla tanımlamaya çalışır.Bir matematik teorisi ile bir fiziksel gerçek parçasını bir araya getirdiğimiz zaman ortaya bir fizik teorisi çıkar.Matematik teorileri birbirleriyle mantıklı bir bağ ile bağlıyken fizik teorilerinin böyle olması gerekmez.

17 Şubat 2009 Salı

Maple Uygulamaları / Grafik Çizimi

Kullanışlı bir matematik programı olan Maple programının 6. sürümü ile elde edebileceğimiz çeşitli uygulamalardan örnekler vermek istiyorum.Programın bildiğim kadarıyla 12. sürümü var ama benim bilgisayarım kaldırmadı o sürümü ve yıllardır da 6. sürümü kullanıyorum ve çok işime yarıyor.Basit örneklerle başlayalım.

1) Denklem Çözümü : Maple ile denklem çözmek oldukça basit.Örneğin;

3.x^2 + 2.x - 11 = 0 ikinci dereceden denkleminin çözüm kümesine bakalım.

Programa denklem girilirken çarpı işareti için "*" ve satır sonuna da ";" koymayı unutmuyoruz.

3*x^2+2*x-11=0;

Daha sonra ekranda, mavi renkle denklemimiz matematiksel olarak karşımıza çıkıyor.O mavi denkleme faremizle sağ tıklayıp açılan menüden "solve" diyoruz.

Program çıktısını aşağıda görebilirsiniz:





Reel kökleri olmayan 2*x^2+5*x+17=0 denklem içinse program çıktısı aşağıda:




Son olarak 3. dereceden x^3-2*x-1=0 denklemi için çözüm kümesini program şöyle buluyor:




2)Grafik Çizimi : Grafik çizimi de maple ile büyük bir kolaylık ve oldukça zevkli.Hemen örneklerimize bakalım.

Önce basit bir örnek, y=x+1 eğrisinin grafiğine bakalım.(Doğru grafiği çıkması bizi yanıltmayacak!!!)

y=x+1;

olarak girişi yapıp enter tuşuna basıyoruz.Yine ekranda mavi renkle

y=x+1

çıkıyor.(Bu renkleri program menüsünden istediğiniz renklerle değiştirebilirsiniz.)

Ve fare ile sağ tıklayıp;

Plots->2-D Imlplicit Plot->x,y

seçimlerini yaparak, xOy düzleminde grafiğimizi görüyoruz.Program çıktısı aşağıdaki gibidir:




Çıktı üzerine yine sağ tıkladığımızda;



açılan menüden de bir çok değişiklik yapabiliriz.Eksenleri değiştirebilirsiniz,eksenlerin uzunluğunu ayarlayabilirsiniz, çizim formatını-rengini değiştirebilirsiniz ve grafiği resim dosyası olarak kaydedebilirsiniz.

Şimdi de, ikinci dereceden y=4*x^2+3*x-1 fonksiyonunun grafiğine bakalım.Yukarıda işlemleri aynen yaparak şu çıktıyı elde ediyoruz:





y=x^3-1 için;



çıktısını alırız.Trigonometrik ve üstel fonksiyonlar ile 3-boyutlu grafikleri de çizmek oldukça kolay.İşte örnekler;








Gördüğünüz gibi, grafik çizmek çok kolay.

16 Şubat 2009 Pazartesi

Matematiksel Genellemede Yapılabilecek Hatalar Üzerine Bir Deneme


Tümevarım ile ispat matematikteki en eski araçlardan biridir.Ama bu ispat yöntemi sezgiseldir, yan, doğruluğundan emin olduğumuz önermeleri tümevarımla ispatlamayı tercih ederiz.Örneğin;

1+3+5+7+...+(2n-1)

ilk n tek sayının toplamını S(n) ile gösterelim.

S(1)=1
S(2)=1+3=4
S(3)=1+3+5=9
S(4)=1+3+5+7=16
S(5)=
1+3+5+7+9=25

buluruz.n=1,2,3,4 için ilk n tane tek sayının toplamının n^2 olduğunu görürüz.Buradan hemen bir genellemeye mi varmalıyız? Hayır.Böyle bir genelleme yanlış olabilir.Örneğin;



biçimindeki sayıları ele alalım.n=0,1,2,3 ve 4 için elde edilen sayılar kesinlikle asaldır.Fermat, bu şekildeki tüm sayıların asal sayı olduğunu düşünüyordu, yani bir genelleme yapmıştı.Ama maalesef yanılıyordu.Euler n=5 için elde edilen sayının, yani

6416700417

nin çarpanlara ayrılabildiğini buldu.Demek ki, çok büyük matematikçiler bile bazen bu genellemenin büyüsüne kapılabiliyorlar.

Hemen başka bir örneğe bakalım.Ünlü Alman matematikçi Leibnitz -ki ileri matematiğin kuruluşunda büyük rolü vardır- her pozitif n tamsayısı için,

n^3 - n in 3 ile,
n^5-n in 5 ile,
n^7-n in 7 ile

bölünebildiğini ispat etti.Ve buna dayanarak, her k tek tamsayısı ve her n doğal sayısı için,

n^k - n

in k ile bölünebileceği genellemesini yaptı.Fakat, sonra gene kendisi,

2^9 - 2

sayısının, yani, 510 un 9 ile bölünemediğini gösterdi.

Bir Rus matematikçisi olan Grave'de bir keresinde bu genellemenin büyüsüne kapıldı.Her p asal sayısı için

2^(p-1) - 1

sayısının p^2 ile bölünemediğini tahmin ediyordu.Bunun 1000 den küçük bütün tamsayılar için doğru olduğunu kendisi deneyerek gördü.Fakat, ne yazık ki, 2^1092 -1 sayısı 1093^2 ile tam bölünebilir.Ne büyük hayal kırıklığı!

Son bir örnek, 9991.n^2 + 1 ifadesine bakalım.n=1,2,3,... sayıları için, bu iş için günler, haftalar harcasak da hiçbir zaman bir tamkare elde edemeyiz.Ama genelleme yaparsak, yine sonuç hayal kırıklığı!!! Bilgisayar yardımıyla,

n=12055735790331359447442538767

sayısı için bir tamkare elde edilir.

İşte, matematik söz konusu olunca, kendimizden emin olmamız, attığımız adımların sağlam olmasını sağlamamız gerekiyor.Sayıların ve formüllerin büyüsüne kapılmadan, uygun araçlarla ispata ulaşmamız gerekiyor.


Liouville'nin Waring Problemine Katkısı


19. yüzyılın Fransız matematikçilerinden Liouville, her sayma sayısını dört tamkare toplamı olarak ifade eden teoreme dayanarak, her sayma sayısının 53 tane dördüncü kuvvetin toplamı olarak gösterilebileceğini ispat etmiştir.Liouville'in çıkış noktası, aşağıdaki özdeşliktir:




Liouville bu özdeşliği şöyle kullanmıştır:

n herhangi bir sayma sayısı olsun.Bunu en çok 53 tane dördüncü kuvvetin toplamı olarak göstereceğiz.Öncelikle bu sayıdan,

28=6.4+4

toplamına göre, y; 0,1,2,3,4,5 kalanlarından biri olmak üzere,

n=6.x+y

olsun.Liouville, Fermat teoremini x'e uygulamak üzere birinci defa kullanıyor:Her sayma sayısı en çok dört karenin toplamı olarak gösterilebileceğinden,

x=a^2 + b^2 + c^2 + d^2

şeklinde yazılabilir.O halde,

n=6x+y=6(
a^2 + b^2 + c^2 + d^2)+y
=
6a^2 + 6b^2 + 6c^2 + 6d^2 + y

olur.Sonra, Liouville, eşitlikteki herbir, a,b,c,d sayısına tekrar Fermat teoremini kullanıyor.Buna göre;

a=a1^2 + a2^2 + a3^2 + a4^2
b=b1^2 + b2^2 + b3^2 + b4^2
c=c1^2 + c2^2 + c3^2 + c4^2
d=d1^2 + d2^2 + d3^2 + d4^2

ve sonunda;

n=6.(
a1^2 + a2^2 + a3^2 + a4^2) + ... + 6.(d1^2 + d2^2 + d3^2 + d4^2)

elde edilir.Şimdi en baştaki özdeşliği bu eşitliğe uygularsak;

(a1^2 + a2^2 + a3^2 + a4^2) den 12 tane dördüncü kuvvetin toplamı çıkar.Benzer olarak, toplamda 4.12=48 tane toplam elde ettik.y nin de alabileceği kalan değerleri de 5 tane olduğundan toplma 48+5=53, yani en çok 53 dördüncü kuvvet toplamıyla amacımıza ulaşmış oluyoruz.



Waring Problemi/Waring's Problem

Sayma sayılarının karelerinden oluşan 1,4,9,16,25,36,... dizisine bir göz atalım.Bu dizinin ardışık terimleri arasındaki fark git gide artıyor.Yalnız bu aralıklarda, öyle doğal sayılar bulunur ki, bu sayılar en azından iki doğal sayının kareleri toplamı olarak gösterilebilir.Örneğin;

10=9+4 veya 29=25+4 gibi...

Bununla beraber, her sayıyı bu şekilde, iki doğal sayının kareleri toplamı olarak gösteremeyiz.Mesela 6 için, 6 dan küçük tam kareler olan olan 1 ve 4 ile ifade edilemez.Ama 6 sayısını da
6=1+1+4
şeklinde üç tamkare toplamı olarak ifade etmek mümkündür.
7 içinse çok daha farklı bir durum ortaya çıkar.Çünkü;
7=1+1+1+4
şeklinde ancak dört tamkare toplamı olarak ifade edebiliriz.
8 daha kolay...4+4 olarak gene iki tamkare toplamı olarak yazabiliyoruz.9 un kendisi zaten bir tam kare...
10=1+9...11=1+1+9...12=4+4+4 veya 12=1+1+1+9 ...
bunu devam etmek mümkündür.
Bu çok ilginç olmayan deneyimimizden sonra bazı doğal sayılar için, dört tamkarenin de yetmeyeceği, ve sayılar büyüdükçe daha fazla tamkareye ihtiyacımız olacağını düşünebiliriz.(En azından bu düşünce aklımızdan geçer.) Ama fazla düşünüp, beynimizi meşgul etmeye gerek yok arkadaşlar...Çünkü daha 17. yüzyılda, Descartes ile beraber asrının en büyük matematikçisi olan Fermat'ın, her doğal sayının en çok dört tamkare toplamı olarak yazılabileceğini ispat ettiğini hatırlatmayı bir borç bilirim...Yani tamkare için artık kafamızda bir soru işareti kalmamalı.
Başka bir matematikçi,Waring ise,benzer problemi, küpler toplamı, dördüncü kuvvetler toplamı, vb.. için düşünmüştür.Problem Waring'in adıyla anılıyor.Bu yazımın konusu da tamamen bununla ilgili.
Sayma sayılarının küplerinden oluşan 1,8,27,64,125,216,...dizisine bakalım önce.8 den küçük olan 7 doğal sayısını göstermek için en 7 küpe ihtiyacımız olacağı açıktır.
7=1+1+1+1+1+1+1+1

15 için; 15=8+1+1+1+1+1+1+1+1 olduğundan 8 küpe, 23 için; 23=8+8+1+1+1+1+1+1+1+1 olduğundan 9 küpe ihtiyacımız var...
Araya küp olan 27 girer ve 31 e ulaştığımızda, 31=27+1+1+1+1 için sadece 5 küpe ihticamız var...Denemeye devam edelim mi? Burada biraz mola verelim...
Ünlü matematikçi J.Jacobi, hesaplamada bir deha olarak tanınan Dahse'yi bu küp toplamlarıyla uğraşması için görevlendirmişti.Emektar Dahse, denemeleri ve hesapları sonucunda, 23 den sonra yalnızca, 239 un 9 tane küpe ihtiyacı olduğu ve 12000 sayısına kadar da başka böyle bir sayının bulunmadığını görmüştü.Tabii şimdi olsa, 5 satırlık bir program ile çok büyük sayılara kadar kolayca hesap yapmak mümkün.Her neyse, Dahse, 15,22,50,114,167,175,186,212,231,238,303,364,420,428,454 ün 8 küpe ihtiyacı olduğu ve 12000 e kadar başka bir sayının 8 küpe ihtiyaç duymadığı; 7,14,21,42,47,49,61,77,85,87,103,...,5306,5818,8042 sayılarının 7 küpe ihtiyaç duyduğunu ve terim sayısı yönünden daha zengin olan bu dizinin de gittikçe seyrekleştiğini ortaya çıkarmıştı.Bu denemelerin devamında elde ettiği dizilerde de bu seyrekleşmenin devam ettiğini gözlemlemişti.
Ama bu tür denemeler ne kadar ileri götürülürse götürülsün, her doğal sayının en çok 9 küp toplamı olarak gösterilebileceğini, veya belli bir sayıdan sonra, bütün sayıların en çok 8 veya 7 küp toplamı olarak gösterilemeyeceğini ispat edilemez.Bu iddialardan birincisini, Wieferich isimli genç bir matematikçi, ikincisini ise Landau isimli bir matematikçi ispatlamıştı.
Gelelim dördüncü kuvvetlere.1,16,81,256,... diye devam eder bu dizi.Burada 15 in açık olarak 15 tane, 31 in 16 tane, 47 nin 17 tane, 63 ün 18 tane, 79 un ise 19 tane dördüncü kuvvete ihtiyacı olduğunu görürüz.Sorun burada acaba 19 tane dördüncü kuvvet yeterli olacak mıdır?Sanırım hedefe yavaş yavaş yaklaşıyoruz.Önceleri Liouville (Diferensiyel denklemlerde Sturm-Liouville sistemlerinden hatırladığımız ikilinin ikincisi olan matematikçi) 53 tane dördüncü kuvvetin yeterli olacağını ispatlamış, sonraları bu sayı sırasıyla; 47,45,41,39,38 e indirilmiş ve Wieferich rekoru 37 ile kırmış, bununla beraber deneme ile bulduğumuz 19 sayısının hala oldukça uzağındayız.
Hilbert, bu işe kökten bir çözüm bulmaya karar vermiş.Amacı bu rekorları kırmak değildi ve bu sayılara yaklaşmadı bile ama tek hamlede, yalnız 3. veya 4. kuvvetler değil, daha yüksek bütün kuvvetler için de her doğal sayıyı, o kadar tane kuvvetin toplamı olarak göstermeye yetecek bir sayının bulunduğunu gösterdi.(Burada doğal olarak, kuvvet yükseldikçe, ona karşılık gelen son sayının da gittikçe büyük seçilmesi gerekiyor.)
İngiliz matematikçileri Hardy ve Littlewood ise aynı probleme farklı bir perspektiften bakmışlardır.Buldukları sonuçlardan biri, belli bir yerden sonra her sayının en çok 19 tane dördüncü kuvvet toplamı olarak yazılabileceğiydi.(Yalnız bu sayı o kadar büyük idi ki, Hardy ve Littlewood onu hesaplamaya ihtiyaç duymadılar.)


15 Şubat 2009 Pazar

Bernoulli Sayıları


Ünlü bilim adamı Bernoulli'nin kendi adıyla anılan sayıları aşağıdaki seri açılımları yardımıyla bulunuyor:



Bu sayıların ilk 100 tanesi şöyle:

Bernoulli(2)
1/6

Bernoulli(4)
-1/30

Bernoulli(6)
1/42

Bernoulli(8)
-1/30

Bernoulli(10)
5/66

Bernoulli(12)
-691/2730

Bernoulli(14)
7/6

Bernoulli(16)
-3617/510

Bernoulli(18)
43867/798

Bernoulli(20)
-174611/330

Bernoulli(22)
854513/138

Bernoulli(24)
-236364091/2730

Bernoulli(26)
8553103/6

Bernoulli(28)
-23749461029/870

Bernoulli(30)
8615841276005/14322

Bernoulli(32)
-7709321041217/510

Bernoulli(34)
2577687858367/6

Bernoulli(36)
-26315271553053477373/1919190

Bernoulli(38)
2929993913841559/6

Bernoulli(40)
-261082718496449122051/13530

Bernoulli(42)
1520097643918070802691/1806

Bernoulli(44)
-27833269579301024235023/690

Bernoulli(46)
596451111593912163277961/282

Bernoulli(48)
-5609403368997817686249127547/46410

Bernoulli(50)
495057205241079648212477525/66

Bernoulli(52)
-801165718135489957347924991853/1590

Bernoulli(54)
29149963634884862421418123812691/798

Bernoulli(56)
-2479392929313226753685415739663229/870

Bernoulli(58)
84483613348880041862046775994036021/354

Bernoulli(60)
-1215233140483755572040304994079820246041491/56786730

Bernoulli(62)
12300585434086858541953039857403386151/6

Bernoulli(64)
-106783830147866529886385444979142647942017/510

Bernoulli(66)
1472600022126335654051619428551932342241899101/64722

Bernoulli(68)
-78773130858718728141909149208474606244347001/30

Bernoulli(70)
1505381347333367003803076567377857208511438160235/4686

Bernoulli(72)
-5827954961669944110438277244641067365282488301844260429/140100870

Bernoulli(74)
34152417289221168014330073731472635186688307783087/6

Bernoulli(76)
-24655088825935372707687196040585199904365267828865801/30

Bernoulli(78)
414846365575400828295179035549542073492199375372400483487/3318

Bernoulli(80)
-4603784299479457646935574969019046849794257872751288919656867/230010

Bernoulli(82)
1677014149185145836823154509786269900207736027570253414881613/498

Bernoulli(84)
-2024576195935290360231131160111731009989917391198090877281083932477/3404310

Bernoulli(86)
660714619417678653573847847426261496277830686653388931761996983/6

Bernoulli(88)
-1311426488674017507995511424019311843345750275572028644296919890574047/61410

Bernoulli(90)
1179057279021082799884123351249215083775254949669647116231545215727922535/
272118

Bernoulli(92)
-1295585948207537527989427828538576749659341483719435143023316326829946247/1410

Bernoulli(94)
1220813806579744469607301679413201203958508415202696621436215105284649447/6

Bernoulli(96)
-211600449597266513097597728109824233673043954389060234150638733420050668349987
259/4501770

Bernoulli(98)
67908260672905495624051117546403605607342195728504487509073961249992947058239/6

Bernoulli(100)
-945980378191221252952274330694937218727028415330669361333856962043113954151972
47711/33330

Bernoulli(102)
3204019410860907078243020782116241775491817197152717450679002501086861530836678
158791/4326

Bernoulli(104)
-319533631363830011287103352796174274671189606078272738327103470162849568365549
721224053/1590

Bernoulli(106)
3637390317261741440815182015159342716923129864058169003893081637828187987338620
2346572901/642

Bernoulli(108)
-346934224784782878955208865932385254139976678576049114687000589137150126631972
4897592306597338057/209191710

Bernoulli(110)
7645992940484742892248134246724347500528752413412307906683593870759797606269585
779977930217515/1518

Bernoulli(112)
-265087960215509971335259721468516201444315149919250989645178842768096675651487
5515366781203552600109/1671270

Bernoulli(114)
2173783231936916333331076108665299147572115667909083136080611011493360548423459
3650904188618562649/42

Bernoulli(116)
-309553916571842976912513458033841416869004128064329844245504045721008957524571
968271388199595754752259/1770

Bernoulli(118)
3669631199697131115349471515855850066846063610806992043010594406764144850458064
61889371776354517095799/6

Bernoulli(120)
-515074865350791090618439968578499832740951703532626752130928691671992974749229
85358811329367077682677803282070131/2328255930

Bernoulli(122)
4963366607926258191253263747599075743872279031106013977030931179315068321410043
1329033113678098037968564431/6

Bernoulli(124)
-958767753342471287507749031075424446205788300132973368195535127293585933544359
44413631943610268472689094609001/30

Bernoulli(126)
5556330281949274850616324408918951380525567307126747246796782304333594286400508
981287241419934529638692081513802696639/4357878

Bernoulli(128)
-267754707742548082886954405585282394779291459592551740629978686063357792734863
530145362663093519862048495908453718017/510

Bernoulli(130)
1928215175136130915645299522271596435307611010164728458783733020528548622403504
078595174411693893882739334735142562418015/8646

Bernoulli(132)
-410951945846993378209020486523571938123258077870477502433469747962650070754704
863812646392801863686694106805747335370312946831/4206930

Bernoulli(134)
2645901718707177256336357372488790151512545255931686884119185548406677655916905
40727987316391252434348664694639349484190167/6

Bernoulli(136)
-842902263433674051312875780603661936493366123975474357671892069122304422426282
12786558235455817749737691517685781164837036649737/4110

Bernoulli(138)
2694866548990880936043851683724113040849078494664282483862150893060478501559546
243423633375693325757795709438325907154973590288136429/274386

Bernoulli(140)
-328949098643589880393069954885188400688053747693113098130746708516250480297361
8096693859598125274741604181467826651144393874696601946049/679470

Bernoulli(142)
1473185328088858956587008044245321423980421702399064267619487899740754606158164
3106569966189211748270209483494554402556608073385149191/6

Bernoulli(144)
-305024469837360756503515583690172635740500710425656676188419185243485103374476
1276392695669329626855965183503295793517411526056244431024612640493/2381714790

Bernoulli(146)
4120570026280114871526113315907864026165545608808541153973817680034790262683524
284855810008621905238290240143481403022987037271683989824863/6

Bernoulli(148)
-169173714561401897986556109511216618960768285214730140081648067591695787117864
8433284821493606361235973346584667336181793937950344828557898347149/4470

Bernoulli(150)
4633655793891627414432844258118062649822337254252957998522998073253793155015723
05760030594769688296308375193913787703707693010224101613904227979066275/2162622

Bernoulli(152)
-373701814115510850210589288849128216583748953148893295176850712718240973132847
2084456653639812530140212355374618917309552824925858430886313795805601/30

Bernoulli(154)
1025971868203802105102779423837918446102573865246056923399277648975088133750686
3808448685054322627708245455888249006715516690124228801409697850408284121/138

Bernoulli(156)
-817180860832626285107564597536734523135957103961164675821520905960925486991383
4694299550948828465080397683633716467049473386655982976884836350662433481896141
9869/1794590070

Bernoulli(158)
1716726769011532100721830835061033951375139222740295641505001352653081481973585
51999205867870374013289728260984269623579880772408522396975250682773558018919/6

Bernoulli(160)
-424086079420331037606556349236115694998939808708637321471062577845844194047783
9981850928830420029285687066701804645453159767402961229305942765784122421197736
180867/230010

Bernoulli(162)
1584451495144416428390934243279426140836596476080786316960222380784239380974799
8803643636479781686345904182158544197937165493888659053485343756299287320087862
33507729/130074

Bernoulli(164)
-205380646091432162655719795866926468378053310231486450681333723839303449483166
0059120392638854094081483317332279380432508494509482852486062609201354728133535
6200073083/2490

Bernoulli(166)
5734032969370860921631095311392645731505222358555208498573088911303001784652122
9647032057527091941930952463086112641216788342507044680826483137881247541686718
15815821441/1002

Bernoulli(168)
-138448285151763960812383465850635172285311091569843452492604539343177727548367
9125898751654032498361156975864952598334740858904573417658927014305850902639224
6407576578281097477/3404310

Bernoulli(170)
1953342076266375304149767792384622344814103373509884272151399957073469791246869
1826768817153635265057253533036981817697995193147742759487278301874989469915791
7782460035894085/66

Bernoulli(172)
-114437022113333284471871799429918466130080465060324217317552581486652878322649
3102478136596263330170177308847084162180432820100802012999695554946757321765958
7609679405537739509973/5190

Bernoulli(174)
4166161554662042831884959593250717297395614318182561412048180684077407803317591
2708311946192938321074824269456551433579098072518528592794831763734356976076398
83085093246499347128331/2478

Bernoulli(176)
-136934791048670570764562136251282433222036077447659434835693871536660804458861
4657557436131706543948464159947970464346070253278291989696390096800799614617317
655510118710460076077638883999/1043970

Bernoulli(178)
1124251816617941290026484851206299982774720467712867275292043701618829826708395
7454596541707183631821434183145140854266928570184286149354127360639468530330943
28968069656979232446257101741/1074

Bernoulli(180)
-617313645401624892464052227226347096019955932829065533753020205585339779174734
1312347030141906500993752700612233695954532816018207721731818225290076670213481
102834647254685911917265818955932383093313/7225713885390

Bernoulli(182)
4277269279349192541137304400628629348327468135828402291661683018622451659989595
5107129158104362387211395469635586552603843289887732196880914435296265313356879
51612545946030357929306651006711/6

Bernoulli(184)
-857321333523056180131194437347933216431403305730705359015465649285681432317514
0106860290793244796596346423848090617113194810200307159890091405951705569561967
62318625529645723516532076273012244047/1410

Bernoulli(186)
2225864609843696805063960222181638518159656791851533816994667050059961222574248
7595012775838387331550474751212260636163500086787417640903770807353228157478339
547041472679880890292167353534100797481/42

Bernoulli(188)
-141582777506237587933093868704013973331128236327174780514265220297120012607479
2078947371156216503110166561822565432921047360528161969691806131624063485798401
9071572591940586875558943580878119388321001/30

Bernoulli(190)
5411555842544259796131885546196787277987837486638756184149141588783989774511509
6087334290675173837507062994868227021716725222031067309935812427778258642034872
38429479957280273093904025319950569633979493395/12606

Bernoulli(192)
-346465752997582699690191405750952366871923192340955593486485715370392154894102
0004069801625217284925019175980127114021635301665169911151221313985420290562869
59857727373568402417020319761912636411646719477318166587/868841610

Bernoulli(194)
2269186825161532962833665086968359967389321429297588337232986752409765414223476
6968631997599816118176607357538313239004564952539618371759243121088729150895349
70310604331636484174526399721365966337809334021247/6

Bernoulli(196)
-627531351104611936725531066998937136031530541533118953055906391070178246402413
7848048462555457857614211583578896086553453221456098292554979868376270523131661
1716668749347221458005671217067357943416524984438771831113/171390

Bernoulli(198)
8852791486134800496840058101053056522054452640033954842943984390872119634957949
4069282285662653465989920237253162555666526385826449862863083834096823053048072
002986184254693991336699593468906111158296442729034119206322233/244713882

Bernoulli(200)
-498384049428333414764928632140399662108495887457206674968055822617263669621523
6875688658023022109991326014126976132793910586545271453405158400992904780263503
82802884371712359337984274122861159800280019110197888555893671151/1366530