¿El Último Teorema de Fermat solucionado por Homer Simpson?

Buenas y casi, casi, feliz año nuevo.

Resulta que estas navidades me han regalado un librito que condensa mi amor a las matemáticas con mi amor al frikismo en estado puro. En concreto, a un frikismo muy particular. Me refiero a Los Simpson, esa gran enciclopedia social del siglo XX (y XXI).

En concreto me ha regalado una joya titulada “Los Simpson y las Matemáticas” de Simon Singh. Apenas he comenzado un par de capítulos y ya puedo decir que mi anterior entrada relacionada con el Frinkaedro era sencillamente rascar en la capa de enjundia que tiene la temática en sí. Esta entrada es un homenaje al libro y una gamberrada con todas las de la ley. Asi que antes de nada, por favor, si no conocéis el teorema más famoso de Fermat, pinchad aquí antes de seguir. Gracias.

¿Qué tiene que ver Homer con dicho teorema? Pues que es una de las múltiples referencias matemáticas que plagan la serie, y encima en capítulos míticos, aquellos que tipejos como yo nos sabemos prácticamente de memoria, y no esos nuevos tan raros que han abandonado el espíritu original de la serie y perdido parte de su mordiente. Pero me estoy desviando, sin duda. Centremos el tema y el capítulo.

Según “Los Simpson y las Matemáticas”, en el capítulo en el que Homer intenta emular a Edison, en la pizarra que Homer escribe al intentar inventar algo, escribe esto:

homer y fermat

Centrémonos en esta expresión:

fermat 1

Muchos diréis: ¿y qué? Pues una igualdad como cualquier otra. Vale. Coged una calculadora. Haced la prueba. A ver qué os da.

A mí me da en mi vieja Casio: 6.397665635 exp 43 al hacer la suma de potencias y lo mismo al introducir el término de la derecha. O sea que coinciden. O si lo preferís haced la raíz doceava de la suma de la izquierda. Os dará irremisiblemente el 4472.

Posiblemente estéis pensando: “Pues vaya rollo las mates. Hemos hecho una cuenta”. Y de un número monstruoso, por cierto.

Y tendríais razón….. si no fuera porque….

…..Si no fuera porque Fermat enunció en el siglo XVII que no existen valores enteros para x,y,z que verifiquen para un n entero mayor que 2 la expresión:

fermat 2

Dicho a lo bruto, para que nos entendamos. ¿Recordáis el Teorema de Pitágoras? Bueno, pues si cambiamos el exponente de 2 de ese teorema a cualquier otro número natural mayor, no hay solución posible con enteros. Lo asombroso es que esto que parece tan trivial y tontorrón tardó más de 3 siglos en demostrarse. Concretamente lo demostró Andrew Wiles en 1995.

Pero volvamos a la pizarra de Homer… Hay algo que no cuadra entonces. ¿Han encontrado los guionistas de Los Simpson un contraejemplo que determina que Fermat se equivocaba? ¿Es el Teorema una patraña? ¿Está Homer en lo cierto?Parece que sí, pero…. En el fondo es que la calculadora nos engaña.

La expresión que Homer ha escrito no es verdad. Ambos términos no son iguales. Son sólo parecidos. Tan parecidos, que la calculadora no puede mostrar en su pequeña pantalla la diferencia entre ambos números y nos parecen iguales. El resultado que nos ha mostrado es 6.397665635 exp 43, que significa 6397665635 y 34 ceros detrás. Un número MUY grande. El otro término aparentemente sale igual, pero lo que ocurre es que en alguna cifra de las 34 que no caben en la pantalla ambos resultados difieren. Es como si tu calculadora trabajara mostrándote sólo a partir de la cifra de los millones. Entonces en esa calculadora la operación tres millones más noventa mil te daría lo mismo que tres millones más novecientos noventa y nueve mil novecientos noventa y nueve.

Lo correcto sería que Homer hubiera escrito:

fermat 3

 Ya que sí, efectivamente, ambos términos son tremendamente parecidos. De hecho si lo hacemos con un ordenador y tomamos un número considerable de cifras significativas, se descubre el pastel: concretamente podéis comprobar que:

fermat 4

O sea, parecido…pero no igual. No exacto.  El honor de Fermat sigue intacto.

Es fácil aproximar soluciones al Teorema de Fermat con ayuda de un ordenador y paciencia. Yo por mi parte lo he hecho con un script de Geogebra trabajando con unas 15 cifras decimales y aunque no he apurado tanto (he usado una cota de error de 0.001 o similar en la mayor parte de los casos, para no tardar tanto), he obtenido también una serie de soluciones “casi casi” (que evidentemente NO son soluciones, puesto que NO son exactas). Por ejemplo:

X Y Z aproximada Z exacta N
2845 3478 3503 3502.9999 12
16281 18211 18566 18566.0092 12
4047 5475 5487 5486.9936 12
3134 2975 3248 3248.0058 12
1533 1122 1543 1542.999993 9
2774 4310 4319 4319.0005 9
3124 4403 4492 4492.000039 6
2176 1356 2339 2339.0091 3
1155 703 1236 1235.9990 3

Que si comprobáis con la calculadora comparando ambos términos del Teorema de Fermat son muy muy malas aproximaciones, ya que en la pantalla se llega a apreciar que dan resultados ligeramente diferentes. La solución de Homer no es tal (es imposible que lo sea) pero sí que es una muy muy muy muy buena aproximación. Mucho mejor que cualquiera de estas mías. De hecho, yo he obtenido las mías en pocos minutos de simulación, pero cuando he querido bajar la cota de error por debajo de las diezmilésimas, no ha habido forma en media hora de que el PC encontrara alguna en el rango entre 3 y 10000 para las bases y fijando el 6 (por ejemplo) como exponente. Imagino que el ordenador redondea y pierdo la posibilidad de apurar tanto como los guionistas de Los Simpson. Por tanto me he conformado con algunas peores que las de Homer. (También he evitado hacer trampa, descartando soluciones como 9990 elevado a la doce más 2 elevado a la doce, que evidentemente es una cuasi solución ya que ambos números son muy dispares entre sí. He buscado soluciones parecidas a las de la pizarra del capítulo.)

Evidentemente la gracia de los guionistas estaba en sacar una expresión que pudiera traer de cabeza a aquellos que la comprobaran con la calculadora sin tener en cuenta el grado de precisión de la misma. Que no es poco.

El resto de la pizarra tiene curiosidades referentes a la densidad del universo y la necesidad de que en base a ésta el Universo explosione o implosione (lo que lleva a sendas explosiones en el hogar de los Simpson y a que Homer cambie el > por un <, pero eso ya es otra historia. Otra historia que por cierto viene en el magnífico libro del que os hablaba al principio del post y que sinceramente, os recomiendo.

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