Variationskalkyl
Bakom det krångliga namnet döljer sig en gren inom matematiken som till exempel söker svaret på vilken som är den kortaste vägen mellan två punkter. En linje? Javisst, om du har ett papper, men fågelvägen är inte alltid den bästa vägen ute i naturen.
Transkription43 repliker · 3:36
Transkriptionen är automatiskt genererad och kan innehålla fel.
Klicka på en replik för att höra den.
Variationskalkyl
Det berättas en saga om hur drottning Dido grundade Carthago.
Hon kom som landsflykting till landet och bad om en liten, liten snutt mark av kungen.
Bara så mycket som hon kunde omgärda med en oxhud.
Kungen som visste att oxhudar inte är så stora tyckte att det går väl an.
Men på natten så tog drottning Dido och hennes tjänarinnor och skar oxhuden i tunna, tunna remsor.
De använde dem för att inhägna ett ganska stort område.
Det påstås att det var där Carthago grundades.
Det här är ett intressant problem rent matematiskt.
Om man har en viss mängd rep eller oxhud, vad är den största yta man kan inhägna med det?
Det här kallas för det isoperimetriska problemet och lösningen är naturligtvis en cirkel.
Det är ganska självklart men inte helt enkelt att bevisa matematiskt.
Den gren av matematiken som sysslar med den här typen av problem kallas för variationskalkylen.
Man försöker hitta kurvor eller ytor som inhägnar största möjliga volym eller kanske av minsta möjliga aria.
Man kan till exempel tänka på problemet att hitta kortaste vägen mellan två punkter.
Ja, på ett papper så är det alltid en rätt linje.
Men hur är det till exempel i en oregelbunden terräng?
Där kan mycket väl den kortaste vägen vindla sig på en massa sätt.
Man kan också tänka sig i tredimensioner.
Vad är den yta som har minst aria som insluter en given volym?
Och svaret är naturligtvis klotet.
Mer komplicerade problem var till exempel brachistokronproblemet som man studerade mycket på 1700-talet.
Man har två punkter och ska förbinda dem med en kurva.
Och tanken är att vilken kurva gör att en liten pärla som rör sig nerför kurvan utan friktion kommer fram snabbast möjligt?
Svaret är faktiskt inte en rätt linje utan Newton, Bernoulli och många andra matematiker lyckas visa att det är en kurva som kallas cykloiden.
Det visar sig till och med att kurvan mycket väl kan först gå neråt sen uppåt en bit för att verkligen dra nytta av tyngdkraften.
Den verkligt intressanta områdena är såpubblor.
Såpubblors yta är nämligen alltid sån att det arian är så lite som möjligt.
Det finns något som heter platåsproblem.
Givet en ram som man doppar ner i såpvatten, vilken form får såpytan?
Och det visar sig att det här är mycket svårt att matematiskt behandla.
Man har i många fall använt såpubblor just för att göra optimeringar för naturen är bra på att hitta de bästa lösningarna.
Till exempel om man har ett antal punkter som ska förbindas till exempel med telekablar.
Så en metod att hitta en lösning är att helt enkelt slå ner ett antal spikar i en bräda.
Motsvarande de platser som ska förbindas, doppa ner en såplösning och sedan se vilken såpinna som bildas.
Den här såpinnan visar den kortaste förbindelsevägen.
Ett annat intressant problem är när man har två bubblor som sitter ihop.
Hur ska de vara formade för att den givna volymen ska ha så liten yta som möjligt?
I naturen vet man att de ska sitta ihop så att vinkeln i skärningspunkten ska vara 120 grader.
Men att bevisa det här är svårt.
Det var faktiskt först 1995 som man verkligen lyckas göra ett ordentligt bevis med det.
Och det krävde att man löste ungefär 200 000 integralekvationer med en dator för att verkligen bevisa det här.
Så onekligen, nästa gång man ser en såpbugga ska man tänka på att den löser många komplexa matematiska problem mycket, mycket snabbt.