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Este es el mundo donde sí es cierto que 11 + 2 es 1

La teoría de la aritmética modular es el trasfondo de una concepción extraña de la suma, pero a la vez tan cotidiana como las horas en un reloj de manecillas.
lun 04 septiembre 2023 05:41 AM
números
La aritmética modular opera a través de sumas en entornos cíclicos finitos.

La mente se descontrola cuando se topa con que 11 + 2 es 1. No obstante, esta afirmación no es de un mundo raro, sino de este mundo cotidiano de apuraciones, compromisos y horarios, regido, aunque no lo parezca, por la aritmética modular.

Ocurre que esta rama de la matemática controla, entre otras cosas, la manera en que funcionan las computadoras, como expone Ling-Yu Yeh, ingeniero de la Universidad Nacional de Taiwán, en un artículo publicado en IEEE Transactions on Circuits and Systems II, revista científica especializada en electrónica.

Ahí demuestra que un cierto tipo de aritmética modular “mejora la utilización del hardware para reducir el costo de energía” cuando se echa a andar en un procesador para aplicaciones de seguridad de internet de la cosas (IoT, por sus siglas en inglés).

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¿Por qué sí es cierto que 11 + 2 es 1?

Pero la pregunta sigue en el aire. ¿Cómo es posible que 11 + 2 sea 1? La respuesta se encuentra en las manecillas, pues las 11 de la mañana más dos horas da como resultado la una de la tarde. ¡Ahí está!

El fundamento de esta medición del tiempo tan cotidiana se encuentra en el sistema de sumas en entornos cíclicos finitos, como el código binario de la informática, los relojes de manecillas o las notas musicales. A esto se le llama aritmética modular, de la cual, Alfonso Jesús Población Sáez, profesor de matemática aplicada en la Universidad de Valladolid, en España, comenta lo siguiente:

“Se encuentra en los días de la semana, en las horas o en los ordenadores programados solamente con ceros y unos, donde el número 2 vuelve a ser el cero y el 3 vuelve a ser el uno”.

Por otro lado, las sinfonías con sus variedades impresionantes de tonos que se perciben cuando los concertistas recorren con sus dedos el teclado del piano de un extremo a otro, también cuentan con una estructura de aritmética modular.

Lo anterior se manifiesta en las notas enarmónicas, caracterizadas por tener diferentes nombres pero un solo sonido. “Por ejemplo, el do sostenido coincide con el re bemol”, apunta este profesor.

Por efecto de contraste, los ejemplos anteriores sugieren una familiaridad tácita con la suma basada en una cantidad infinita de números, por lo cual 2 + 2 es 4 y 12,000 + 13,000 es 25,000; sin embargo, la aritmética modular cambia este esquema al operar en conjuntos finitos de números enteros.

“Cuando, por ejemplo, nada más trabajamos con 12 números (como en el reloj o en las notas musicales) la suma ya no es lo misma, pues depende del contexto en que la estemos considerando”, acota Población Sáez.

Expansión también consultó a Camilo Camhaji García, matemático de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), quien suscribe el punto de vista sobre la importancia de los contextos para otorgar significado a los objetos de estudio.

“La aritmética modular hace que las operaciones matemáticas tomen otras formas, y no se trata de hacer un truco de magia con el fin de que dos más dos valga lo que sea, sino que dentro de un contexto determinado valga cosas diferentes”.

De acuerdo con este experto, otra forma muy usual de hacer cuentas con base en la aritmética modular se da en los mercados. Y comparte el siguiente caso:

“La gente compra la fruta por docena o por media docena. Ahí lo que está haciendo justamente es contextualizar. Si, por ejemplo, compra dos docenas y media de naranjas, no piensa en 30, sino más bien en dos docenas y 6 unidades”.

Los contextos son la clave. Con ellos en mente se aprecia que la matemática no trata de temas extraños, sino de puntos de vista abstractos y diversos de los cuales muchas veces no hay consciencia clara, aunque sean utilizados habitualmente.

“Así nos damos cuenta de que no solamente los matemáticos hacemos cosas raras que aparentemente nadie puede entender”, puntualiza Camhaji.

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El rigor de las definiciones

La aritmética modular por primera vez fue descrita formalmente a finales del siglo XVIII por uno de los matemáticos más geniales de la historia, Carl Friedrich Gauss, quien también descubrió que el trazo del movimiento del planeta Ceres en el cielo nocturno tiene forma de campana, la ahora conocida en estadística como campana de Gauss.

A partir de los estudios de Gauss se comenzó a construir una descripción analítica hasta ahora vigente de la aritmética modular. Al respecto, Galo David Ruiz Soto, profesor de filosofía de la matemática, en la Facultad de Ciencias, de la UNAM, expresa lo siguiente:

“Decimos que dos enteros (a y b) van a ser congruentes módulo cierto número (n) si dejan el mismo residuo en la división por n. Por ejemplo 2, 7, 12 y 17 son todos congruentes módulo 5, porque siempre tienen el mismo residuo, el cual es 2”.

Con esto en consideración es mucho más sencillo comprender la matemática subyacente en el reloj de manecillas, donde 11 + 2 no es 13, sino más bien 1, ya que 13 y 1 son congruentes módulo 12, al dejar ambos residuo 1 en la división por 12.

“En el reloj tenemos una aritmética modular ahí metida, y es de módulo 12 que termina a las 11:59; el 12 ya no participa, pues vuelve a convertirse en cero”, explica Ruiz Soto.

Esto da pie a imaginar dos relojes de manecillas, uno con numeración del 1 al 24 y el otro del 1 al 12. De este modo, sería tangible la congruencia modular entre ambos.

“Al superponerlos veríamos en un reloj que 12 + 1 es 13, mientras que en el otro es 1. Es un ejemplo simple donde se mete de contrabando una idea complicada”, platica Guillermo Zambrana Castañeda, profesor de historia de la matemática, en la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM).

El quid radica en la formalización de las ideas. Pasar del lenguaje coloquial al lenguaje científico puede ser un camino trunco para muchos, mas no para los doctos en cuestiones de números.

“Entonces si alguien nos dice que 1 + 1 es 0, en lugar de responderle que sí o no es cierto, mejor le preguntamos: ¿de qué sistema numérico estás hablando?”, concluye el profesor Galo.

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