miércoles, 20 de enero de 2010

164. Un problema difícil

En un comentario al párrafo anterior un gran amigo mío que firma Coriolis (seudónimo que oculta a uno de los más destacados físicos de la Argentina) propone el estudio de un problema relativamente conocido del análisis matemático pero del que supone (por dónde lo encontró propuesto) que debe existir una solución bastante sencilla. Esto es, una solución que tal vez no requiera todas las herramientas de cálculo diferencial con que habitualmente se lo resuelve.
A la búsqueda de esa solución encamino a mis lectores, a Coriolis y a mi mismo.
Coriolis y yo nos abstendremos de publicar esa solución (¡¡en caso de encontrarla!!) por dos días, que vencen el viernes 22 a las 20 GMT.

Copio ahora lo esencial (con una leve edición...) del comentario de Coriolis al párrafo 163.

Hablando siempre de problemas de encuentro, quería recordar un ejemplo clásico que discutimos con Roberto más de una vez, y que puede ser de interés. Corresponde a la caza de una liebre por un perro, animal este último que, según dicen, se acerca a los objetos en movimiento dirigiéndose siempre al lugar donde los observa en cada momento, y no adonde espera encontrarlos al tiempo del encuentro.
El planteo es que la liebre corre por un camino recto a velocidad constante; el perro se encuentra a una distancia dada del camino, y comienza a perseguir la liebre, con rapidez constante, cuando ésta cruza frente a él por el punto de mínima distancia, llamada a partir de ahora d. La pregunta es cuál es el tiempo de encuentro, dadas la distancia inicial y las rapideces (se entiende que la del perro, que llamaremos u, es mayor que la de la liebre, que denotaremos con v). La razón del interés no es el resultado en sí, que termina siendo el promedio entre los tiempos de encuentro de dos problemas unidimensionales simples, uno en el que la liebre corre hacia el perro, y otro en el que la liebre se aleja del perro, sino más bien la forma de calcularlo sin resolver la complicada trayectoria del can. El punto es que vi el problema una vez en un libro de acertijos matemáticos, supuestamente de resolución más o menos elemental, y hasta ahora no he encontrado a nadie, incluyéndome, que haya dado con la supuesta solución sencilla. Aprovecho entonces este espacio, y la gentileza de Roberto, para proponerlo a quien pueda interesarle o conozca tal solución.
Un saludo cordial a todos,
Coriolis.

21 comentarios:

Anónimo dijo...

Hola,
Al menos para abrir los comentarios a esta entrada, quería decirles que el estudio detallado del problema (puesto allí como el del perro y el conejo), pero no la solución sencilla, se puede encontrar en:
http://www.journal.lapen.org.mx/sep09/6_LAJPE_311_Zurab_Silagadze.pdf
Saludos,
Coriolis

Roberto dijo...

Coriolis, te consulto dos cosas:

1. ¿Seguís pensando que hay una solución simple?

2. ¿Podrías poner un nuevo comentario pero con la dirección donde está la solución dividida en dos renglones? Ocurre que no se ven las últimas letras o números por la diagramación de la página de comentarios.

Gracias y hasta mañana.

Anónimo dijo...

Hola Roberto,
Sí, estoy seguro de que hay una solución bastante simple. De hecho en la referencia señalada se muestra una forma relativamente simple de obtener el tiempo de encuentro sin resolver la trayectoria, aunque estoy bastante seguro de que no es la más simple.
Va de nuevo la dirección, en dos partes:

http://www.journal.lapen.org.mx/sep09/
6_LAJPE_311_Zurab_Silagadze.pdf

Un gran saludo,
Coriolis

Anónimo dijo...

Hola,
Paso a contarles la solución más simple que he podido encontrar.
Voy a llamar "r" a la distancia entre perro y liebre, y "a" al ángulo que forma el vector velocidad del perro (de módulo u), con el eje "x", a lo largo del
cual se mueve la liebre con rapidez v.
La variación "dr" de la distancia en un intervalo de tiempo "dt" es debida a la velocidad relativa en la dirección del vector posición relativa (la velocidad del perro simepre está en esa dirección):

dr=(v cosa-u)dt (1).

De igual manera, la variación dx=d(r cosa) de la componente "x" del vector posición relativa es

d(r cosa)=(v-u cosa)dt (2).

Si multiplicamos la (1) por u, la (2) por v, y sumamos tenemos

d(u r+v r cosa)=(v^2-u^2)dt,

que se integra trivialmente para dar

r(u+v cosa)=r0(u+v cosa0)+(v^2-u^2)t, (3)

donde llamo r0 a la distancia en t=0, y a0 al ángulo correspondiente (en el problema es a0=pi/2, pero no hay complicación en dejarlo genérico).
Como el encuentro en t=T corresponde a r=0, tenemos de (3) lo buscado:

T=r0(u+v cosa0)/(u^2-v^2).

Un saludo cordial para todos,
Coriolis

Roberto dijo...

¡Excelente Coriolis! La he leído con mucho cuidado y no sólo está perfecta sino que es extremadamente más corta, simple e intuitiva que la de los muchachos del extremo noreste de Asia que nos recomendaste leer.
¡Felicitaciones!

Una pequeña aclaración para los lectores: una vez definido en el comentario de Coriolis cierto ángulo con la letra "a", la expresión "cosa" refiere a la función trigonométrica "coseno" de ese ángulo "a".

Myriam dijo...

ZZzzzzZZZzZZ....

Creo que el autor debería actualizar más seguido su blog.

Saludos soporíferos!

Roberto dijo...

Hola Myriam, ¡gracias por tu interés!

Mientras se me ocurre qué escribir te sugiero leer en el párrafo número 100 de este blog (del 22 de febrero de 2009) los comentarios número 6 y número 8 que son de King Henry y Roberto Vieytes, respectivamente.

Un beso desde Buenos Aires.

Víctor dijo...

jeje, Myriam puede actuar como una auténtica hooligang cuando se lo propone..

Muy interesante este problema y su solución (que intuyo)

Saludos

Roberto dijo...

Por lo menos ahora nuestra hooligang amiga ya tiene material de lectura... y muy interesante. Al menos eso creo yo, je je...

Saludos desde Buenos Aires.

Víctor dijo...

He vuelvo a leer los comentarios que mencionas a tu entrada nº 100, y me han parecido tremendamente certeros.

Roberto dijo...

A mi también me lo parecen, Víctor.

Ya que estamos casi en tiempo real te digo que hace un tiempo te dejé un comentario en el blog de nuestra hooligang amiga: es el comentario 11 (y último) de la entrada del viernes 8 de enero de 2010.

Un abrazo desde Buenos Aires (con 34° a la sombra...).

Myriam dijo...

Robertito, ya fuí al párrafo y comentarios que me dijiste (se me ocurre que debería haber una notación tipo "capítulo-versículo" cuando de citar un texto en el blog se trata) y después de darle una leida rápida me pregunto:

¿Entonces ya perdiste las ganas de escribir?, ¿Acaso ya no te ilusiona tu blog? o simplemente no quieres escribir nada.

Yo siempre pido que me digan las cosas "con todas sus palabras" pues no entiendo con metáforas ni retórica o lo que sea.

Bueno, en lo que son angas o mangas mejor me quedo callada, estoy desconcertada e ignoro que sucede. Los comentarios citados me confundieron.

Saludos!

Myriam dijo...

Glup! ahora hasta hooligan salí.

Buaaaaaa!!! :´´(

Mis amigos no me quieren :´´(

Lo dicho, mejor me quedo calladita, no sé que pasa aquí :(

Roberto dijo...

A ver... a ver... si no me equivoco llevo una semanita sin escribir... de ahí a (como tú dices) "desilusión"... me parece que hay alguna pequeña diferencia, ¿no?

Besos desde Buenos Aires.

Roberto dijo...

Ves, Víctor, logramos enojar a nuestra hooligang principal.

Aparte de eso, y con el debido respeto por la mitad de la población del planeta, ¿tú entiendes a las mujeres?

Saludos desde Buenos Aires.

Myriam dijo...

Yo creo que un: "traigo flojera y por eso no escribo" es más que suficiente para la broma que hice pues eso de ponerse tan filosófico y reflexivo en algo tan simple de contestar me parece sobrado.

Pero como eso de debatir apreciaciones personales no va conmigo mejor les mando un saludo y un abrazo a todos.

:P

Daniel dijo...

Hola Roberto
Te felicito por el blog y la eclecticidad. Me voy de vacaciones a una zona WiFi free... pero me anoto mentalmente ir leyendo tu novela si encuentro algún oasis de conectividad.

Abrazo,
Daniel

Víctor dijo...

Roberto,

A tu primer comentario: acabo de contestar al comentario que me indicas en el blog de Myriam.. me había pasado desapercibido.

A tu segundo comentario: ahora estás siendo tú un poco hooligang conmigo, jeje: ¿cómo se llama si no al hecho de preguntarme, aquí en público, si entiendo a las mujeres? ¿tengo que contestar necesariamente la verdad? ¿puedo acogerme al derecho a no declarar? o mejor, ¿puedo acogerme al principio de Heisenberg?

Si era un concurso, esta vez te has pasado con la dificultad, jeje

Roberto dijo...

Víctor, puedes acogerte al principio de Heisenberg... je je.

Saludos desde Buenos Aires.

Roberto dijo...

Daniel, gracias por visitar el blog. ¿Te acordás la época en que la principal dificultad que teníamos era preparar un examen... y eso nos parecía terrorífico?

Un abrazo.

Roberto dijo...

Myriam, te confieso que escribo en el blog cuando tengo algo que poner que me parece que, al menos lejanamente y con baja probailidad, le pueda interesar a alguien.
Pero resulta que, a veces, no hay algo así, ¿comprendes?

Un beso desde Buenos Aires.