Matematica

Pedante, distratto, sognatore e un po' matto, è così che spesso immaginiamo il matematico. Al di là del luogo comune, la chiave per capire chi è e che cosa fa è la parola "modello", vale a dire lo strumento che consente di costruire rappresentazioni formali del mondo. Dalle cattedrali alle volte stellate, dalle famiglie di pesci ai sistemi economici, il matematico elabora versioni virtuali della realtà, belle, eleganti, incredibilmente efficaci. È la straordinaria potenza della matematica, non semplice scienza dei numeri e delle figure, ma linguaggio generale e pervasivo.

In questo testo si introducono i concetti di base per la modellistica numerica di problemi differenziali alle derivate parziali. Si considerano le classiche equazioni lineari ellittiche, paraboliche ed iperboliche, ma anche altre equazioni, quali quelle di diffusione e trasporto, di Navier-Stokes e le leggi di conservazione; si forniscono inoltre numerosi esempi fisici che stanno alla base di tali equazioni. Quindi si analizzano metodi di risoluzione numerica basati su elementi finiti (continui e discontinui), differenze finite, volumi finiti, metodi spettrali (continui e discontinui), nonché strategie di approssimazione più avanzate basate sui metodi di decomposizione di domini o quelli di risoluzione di problemi di controllo ottimale. In particolare vengono discussi gli aspetti algoritmici e di implementazione al calcolatore e si forniscono diversi programmi di semplice utilizzo. Il testo non presuppone una approfondita conoscenza matematica delle equazioni alle derivate parziali: i concetti rigorosamente indispensabili al riguardo sono riportati nell'Appendice. Esso è pertanto adatto agli studenti dei corsi di laurea di indirizzo scientifico.

I gruppi sono delle strutture algebriche utilizzate in tutte le branche della matematica e in molti problemi di fisica e delle altre scienze: numerosi sistemi fisici, dai cristalli all'atomo di idrogeno, possono essere modellati dai gruppi di simmetria. I gruppi servono infatti a catturare la simmetria intrinseca di altre strutture, presentandosi nella forma di gruppi di automorfismi. Una simmetria interna di una struttura risulta associata ad una proprietà invariante e l'insieme delle trasformazioni che conservano questa proprietà invariante, munito dell'operazione di composizione delle trasformazioni, costituisce un gruppo chiamato gruppo di simmetria. La teoria dei gruppi studia le strutture algebriche conosciute come gruppi. Si tratta di un concetto fondamentale per l'algebra astratta: questo studio ne ricostruisce il profilo storico e gli sviluppi teorici più rilevanti.

Il presente libro, di natura puramente didattica, si propone di fornire alcuni strumenti matematici che sono indispensabili per una trattazione rigorosa della teoria dei processi stocastici. Nello stesso tempo, esso si propone di offrire un primo assaggio di questa teoria. La sua lettura presuppone una certa familiarità con le nozioni di base della teoria della misura e del calcolo delle probabilità. Queste nozioni sono peraltro richiamate, sia pur in modo molto conciso, nei primi due capitoli, il cui scopo principale è quello di stabilire la terminologia e le notazioni.

I sistemi dinamici sono modelli matematici di situazioni in evoluzione, descritte da una legge che governa il cambiamento di stato, la quale può essere sia discreta che continua. Questo volume parte dai più semplici casi lineari, in cui le soluzioni, cioè le leggi che esprimono il risultato della dinamica, sono calcolabili esplicitamente. Quindi presenta la teoria qualitativa dei sistemi dinamici continui, i metodi di discretizzazione per passare dal continuo al discreto (passaggio necessario per un calcolo numerico approssimato delle soluzioni) e i sistemi conservativi ad un grado di libertà, tipici dei modelli meccanici. Il capitolo conclusivo presenta i concetti di base e uno degli esempi più semplici del caos, con le sue caratteristiche di imprevedibilità e di complessità. Questo testo è ora disponibile in una seconda edizione riveduta e corretta. II taglio dell'opera è didattico. Particolare cura è stata posta nei sistemi di indicizzazione, negli esercizi, nell'appendice che descrive i requisiti matematici necessari per assimilare tutti i risultati in modo rigoroso. Il testo è corredato da numerosi esercizi e problemi, le cui soluzioni sono disponibili sul CD-ROM allegato, assieme ad esempi di programmi per esperimenti numerici al calcolatore e per visualizzare graficamente gli esempi più importanti. Sempre sul CD-ROM è disponibile la versione ipertestuale del libro, che si può leggere con un browser web.

Nel volume sono riportati esempi di applicazione della matematica che gli studenti devono svolgere durante il loro corso di studi. Tali esempi si riferiscono alla soluzione di problemi di misure non accessibili, il controllo di organi meccanici, nonché la valutazione di caratteristiche meccaniche e tecnologiche dei materiali metallici che non sono oggetto dei programmi scolastici.

Il cuore pulsante di questo libro è costituito da un corso di lezioni tenute nel 1920-21 a Göttingen, redatte con modifiche e aggiunte da Stefan Cohn-Vossen. Hilbert espone gli argomenti della geometria per mezzo di concetti intuitivi e della diretta esperienza spaziale delle forme, senza servirsi dell'analisi matematica neppure per quelle parti della geometria per cui si usa ricorrere esclusivamente al calcolo. Completa il volume il contributo di Pavel S. Aleksandrov su "I primi fondamenti della topologia", appositamente scritto nel 1932.

Questo lavoro è soltanto un inizio sono intuizioni semplici che qualcuno riterrà scontate ma che aprono le porte a riflessioni e soprattutto a visualizzazioni nuove. Il Teorema di Pitagora è il pilastro portante del libro la visualizzazione degli infiniti sviluppi del Teorema di Pitagora è una sintesi grafica dell'armonia del movimento tra matematica geometria immagine formale, relazione questa che ci apre le porte verso percorsi nuovi interessanti dove geometria matematica immagine grafica si fondono e riacquistano quell'unità un tempo posseduta. In questo libro la radice quadrata va oltre il numero, diventa forma, segmento disegnabile misurabile, oggetto che viene adoperato per ingrandire forme geometriche regolari e non nel libro vengono costruite figure che nel piano costituiscono delle "omotetie" ...e se considerate nello spazio potrebbero costruire delle prospettive. Immagini nuove di concetti da sempre conosciuti.