Sayılar #12

Subitizing/altlandırma: Küçük bir gruptaki obje sayısını saymadan bilme yeteneğidir.

(Subitizing: Türkçe karşılığı “ani” olan Latince’deki “subitus” kelimesinden türetilmiştir.)

Gündelik hayatta altlandırmayı kullandığımız birçok durum vardır. 6’lı pakette soda aldığımızı farz edelim. Soda şişelerini buzdolabına nasıl dizersek dizelim şişe sayısının 6 olduğunu biliriz. Aslında bu bilgiye soda şişelerini saymamıza gerek kalmadan ulaşırız. Eğer soğuyan sodalardan birini içmeye karar verirsek, geriye 5 adet soda kaldığını bilgisine de yine sodaları saymadan ulaşabiliriz.

Hangi zarın kaç olduğunu üzerindeki noktaları saymadan biliyorsunuz.

Altlandırma için bir başka örneği tavla oyunundan verebiliriz. Diyelim ki attığımız zarlar 2 ile 5 geldi. Bu bilgiye ulaşırken harcadığımız süre neredeyse saniyenin onda birleri kadardır. Hatta, gelen zarların kaç olduğuna karar verirken harcanan süre tavla oyununu oynadıkça kısalabilir. Yani altlandırma, zamanla ve üzerine çalışıldığında gelişebilen bir yetenektir.

Kimi bilim insanlarının araştırmalarına göre 6 aylık bebekler 1, 2 ve hatta 3 kavramına görsel(3 defa zıplayan top) ve işitsel(3 defa alkışlamak) olarak sahiptir. Bir diğer deyişle insan doğduktan sonra sayı kavramını hızla geliştirmeye başlar.

Kebab Truck ve Altlandırma

Kebab Truck oyununda altlandırma; gelen müşteri gruplarının sayısında gizlenmiştir. Oyun oynandıkça daha yüksek skorlara ulaşılır. Bunun nedeni zamanla altlandırmanın gelişiyor olmasıdır.

Kebab Truck’ta müşterilerin aşağıdaki gibi geldiğini düşünelim:

Oyunda tecrübe kazandıkça bu durumda yapacağınız hamle, oyuna acemi iken yapacağınız hamlelerden çok daha farklı olur. Bunun en önemli nedeni, zamanla altlandırma yeteneğinizin gelişmiş olmasıdır.

Kebab Truck oyununun geliştirdiği bir başka yetenek ise basit aritmetik becerileridir. Bu beceriler sadece müşteri sayılarını toplama ve çıkarma ile sınır değildir. Skor sisteminin nasıl formüle edildiği çözülünce (gelen müşteri gruplarından maksimum skoru elde edebilmek için) çarpma işleminin de oyunun bir parçası olduğu anlaşılır.

Matematik Atölyesi – Garip Dünyalar #18

Her sene Aralık ayı gelip çattığında şehirlerin görüntüsü bir anda değişir. Etraf yeni yılın gelişini müjdeleyen süslemelerle donatılırken alışveriş merkezlerinde, ofislerde ve hatta evlerde aşağıdaki gibi süslere rastlanır:

Ali hoca da her sene olduğu gibi sınıflarını süslemeye başlar. Fakat hoca, bu seneki süslemelerinde matematiği de kullanmayı aklına koymuştur.

Yeni Yıl Süsü Oyunu (Y.Y.S.O.)

Ali hocanın yarattığı Y.Y.S.O. iki kişilik bir oyundur. Bu yüzden sınıftaki öğrenciler ikişerli gruplara ayrılır ve her grubun kazananı bir sonraki tura yükselir. Oyunu kazanan öğrenci yeni yıl süslerinin sahibi olur ve sınıfı istediği gibi süsleyebilir.

Oyunun İçeriği

  • Her grupta aşağıdaki gibi 4 adet süs vardır:
  • Oyuncular sırayla bu süsleri birbirine dolar.
  • Dolama işlemi rakipten gizli yapılır.
  • Süsleri dolarken her oyuncunun en fazla dört hamle şansı vardır. Hamleden kast edilenin ne olduğu şöyle bir örnekle gösterilebilir:

İlk hamlede kırmızı süs aşağıdaki gibi dolandırılıyor olsun:

Bu, bir hamle sayılır. Kırmızı süs, mavi ve yeşil süsün altından geçirilmiştir. Sonraki iki hamle sırasıyla sarı ve mavi süsten gelsin:

Sarı süs, yapılan hamleyle yeşil ve kırmızının altından geçirilmişken; mavi süs, yeşil ve sarının üstünden geçirilmiştir. Böylece üç hamle sonucunda süsler yukarıda (sağda) görüldüğü gibi birbirine dolandırılmış olur.

Süslerin bu birbirine dolandırılmış hali aslında bir örgüdür.

Oyunun Amacı

Bir turdan galip ayrılmanız için rakibinizin yaptığı örgüyü ondan daha kısa sürede çözmeniz gerekir. (Not: Örgü çözüldüğünde ilk durumdaki gibi sıralanmış olmalıdır. Yani, yukarıdaki örnek için örgünün çözümünde süslerin renkleri soldan sağa sırasıyla sarı-yeşil-mavi-kırmızı olmalıdır.)

Örgüler

Hayatın içinde önemli bir yere sahip olan örgüler sadece yıl başı süslerinde değil, her an yanı başımızda kendini gösterir. Bazen bir peynirde, bazen saç şeklinde, bazen de bir sepette:

Kimi zaman da bir bileklikte:

Matematikte örgünün ne manaya geldiğini anlamak için Avusturyalı matematikçi Emil Artin’in 1920’lerde yaptığı çalışmalara göz atılabilir.

Gelin aşağıdaki örgüye birim örgü diyelim:

Ali hocanın oyununda amaç herhangi bir örgüden birim örgüye dönmekti. Bunu yapabilmek için Artin’in açığa çıkardığı bazı örgü özelliklerinden yararlanabiliriz.

Birinci örnek: İki ip ile örgünün çözülmesi.

Diyelim ki aşağıdaki gibi iki ipimiz olsun:

Soldaki, sağdakinin altından geçiyor.

Bu ipin tersi aşağıdaki gibi olur:

Bu sefer sağdaki, soldakinin altından geçiyor.

Eğer bu ikisi birleştirilirse ipler (uçlarından tutularak gerdirildiği takdirde) birim örgü haline döner:

İkinci örnek: Üç ip ile örgünün çözülmesi.

Üç ip alın ve aşağıdaki gibi örgü haline getirin:

Bu örgüde (yukarıdan aşağıya doğru) 3 kesişen yer vardır:

1: Yeşil, mavinin üstünden.

2: Kırmızı, yeşilin üstünden.

3: Mavi, kırmızının üstünden.

Yapmanız gereken şey, bu işlemleri sondan başlayarak tekrarlamaktır. O halde hamleler şu sırayla yapılır:

Birinci hamle: Mavi, kırmızının üstünden.

İkinci hamle: Kırmızı, yeşilin üstünden.

Üçüncü hamle: Yeşil, mavinin üstünden.

Bu ikisi birleştirilip her örgü iki ucundan çekilirse, sonuç birim örgü olur. Deneyin ve sonucu kendi gözlerinizle görün.

Kağıt ve Örgü

Bir A4 kağıdını alın ve kağıda falçata yardımıyla aşağıdaki gibi kesikler atın:

Şimdi kağıdı iki ucundan tutup yan çevirin. Karşınıza bir tür örgü çıkacaktır:

Bi’ Göz Atmakta Fayda Var

  • Ali hocanın oyununda Emil Artin’in özelliklerinden nasıl yararlanabilirsiniz?
  • İkinci örnekte ipleri 90 derece sola yatırın. Soldan başlayarak iplerin kesişimlerini inceleyin. Ne görüyorsunuz?
  • Ali hocanın oyununu A4 kağıdı ile oluşturacağınız örgü ile oynayın. (Bunun için kağıda 3 veya 4 kesik atmanız yeterlidir.)

M. Serkan Kalaycıoğlu

Matematik Atölyesi – Graf #7

Serkan Hocanın Sistemi

Serkan hoca öğrencilerine her hafta belli sayıda soru verir. Bu sorulardan bir veya daha fazlasını çözen öğrenciler, çözdükleri soruların karşılığında bir ödül alır. Ödülü belirlemek için her dönem başında Serkan hoca ile sınıfları arasında bir anlaşma yapılır. Bu dönem için yapılan anlaşmaya göre ödül olarak oreo dağıtılacaktır:

10 soru verilirse:

  • 10, 9 ve 8’ini yapanlar 10 oreo,
  • 7, 6 ve 5’ini yapanlar 5 oreo,
  • 4, 3 ve 2’sinin yapanlar 2 oreo,
  • 1’ini yapanlar 1 oreo,
  • Hiç soru yapmayanlar ise oreo almayacaktır.

Dikkat edenler Serkan hocanın oreo ödüllerinin bir mantığı olduğunu anlamıştır: 10, 5, 2 ve 1.

Bunlar, soru sayısını (yani 10’u) kalansız bölen doğal sayılardır.

Ödül Dağıtım Makinesi (Ö.D.M.)

1 ay sonra…

Ödül sistemi başlayalı 4 hafta geçmişken Serkan hoca önemli bir sorunla karşı karşıya kalmıştı. Toplam 10 sınıfı olan Serkan hoca, her hafta birkaç saatini ödül dağıtmakla geçirmişti.

Neredeyse okuldaki tüm boş vaktini oreo dağıtmakla geçiren Serkan hoca, ödül dağıtımını kolayca halletmek için bir makine tasarlamayı düşünür:

  • Ö.D.M. 4 hazneden oluşacak. (10, 5, 2, ve 1’den dolayı.)
  • Haznelerin sırasıyla 10, 5, 2 ve 1 oreoluk kapasitesi olacak.
  • Makineye oreo girişi 10’luk hazneden olacak. Kurulan bağlantılarla diğer haznelere buradan oreo aktarılacak.
  • Altın Kural: Herhangi iki hazne arasında bağlantı olması için bu iki haznenin kapasiteleri birbirine kalansız bölünebiliyor olmalı.

10 soru için Ö.D.M. bağlantıları:

  • 10’luk hazne ile 5, 2 ve 1’likler arasında.
  • 5’lik hazne ile 10 ve 1’likler arasında.
  • 2’lik hazne ile 10 ve 1’likler arasında.
  • 1’lik hazne ile 10, 5 ve 2’likler arasında.

O halde Ö.D.M.’nin krokisi aşağıdaki gibi olur:

Yine mi graf?!

Graf teorisiyle tanışıklığınız varsa (veya blogda yer alan graf yazılarını okuduysanız), Serkan hocanın yarattığı sistemin aslında bir tür düzlemsel graf olduğunu fark etmişsinizdir:

10 soruluk Ö.D.M.’nin graf olarak gösterimi.

Birbirine kalansız bölünebilen sayılar (yani noktalar) arasında düzlemselliği bozmayacak şekilde (yani birbirini kesmeyecek şekilde) bağlantılar (yani çizgiler) çekilir.

Bi’ Göz Atmakta Fayda Var

Peki Serkan hoca soru sayısını değiştirip 12 yaparsa ne olur?

12 soru için ödüller 12’yi kalansız bölen doğal sayılardır: 12, 6, 4, 3, 2 ve 1.

Bu durumda Serkan hoca makinesini kurabilir mi? Bir diğer değişle 12’lik Ö.D.M. için bağlantılar (birbirini kesmeyecek şekilde) yerleştirilebilir mi?

Örnek dizilim.

İpucu: Önce hangi noktalar arasında çizgi çekilmeli ona bakın. Ayrıca noktalar istenilen şekilde dizilebilir.

M. Serkan Kalaycıoğlu

Matematik Atölyesi – Algoritma #7

Sınavdan Çakma Algoritması (S.Ç.A.)

1990’ların sonu…

Eve sonunda bilgisayar alındı. Ali’nin abileriyle girdiği “bilgisayarı kullanma sırası kimde?” savaşından galip çıkmasının en önemli nedeni ders notlarının yüksekliği. Bu sayede Carmageddon’da zombi ezen, Fifa 98’de şampiyonlar ligini gol yemeden kazanan Ali’nin Duke Nukem’de neler yaptığını ise size ancak bir latte karşılığında anlatabilirim.

Ali’nin bir seneden uzun süren bilgisayar oyunu çılgınlığı menajerlik oyunlarıyla önünü alamadığı bir noktaya çıktı. Üstüne üstlük, hala haftada birkaç gün arkadaşlarıyla futbol&basketbol oynamaya da devam eden Ali, bir felakete doğru hızla ilerliyordu. Tanrım, nasıl da fark edememişti?! Sınavlarından çakmak üzereydi!

İlk uyarı matematik sınavıydı. Ali’nin sınava çalışması için önünde sadece son bir gün kalmıştı. Fakat Ali’de artık bazı alışkanlıklar baş göstermişti. Ders çalışmak yerine yapabileceği bir sürü seçeneği vardı:

1. Evde Kalmak

Ali evde kalmayı tercih ettiğinde hemen bilgisayarının başına oturuyordu. Bilgisayarı açmasının nedeni tabi ki dersleriyle alakalı değildi. Masaüstünde bulunan üç oyundan birini oynuyordu:

a. Fifa

b. Carmageddon

c. CM (Menajerlik oyunu)

2. Dışarı Çıkmak

Ali dışarı çıktığında da arkadaşlarıyla buluşup kütüphaneye gitmiyordu:

a. Top peşinde koş

b. Aylaklık yap

S.Ç.A. Grafı

Önceki yazılarda bahsettiğim graf konusu, Ali’nin durumunu açıklarken büyük bir kolaylık sağlar. Ali’nin ders çalışmamayı seçtiği durumlarda yapacağı tercihler sınavdan düşük not almasına yol açar:

Grafın Bize Anlattıkları

Yukarıdaki grafta çizgiler Ali’nin yaptığı seçimleri, noktalar ise Ali’nin hangi durumda olduğunu gösterir. Graf bize kesin olarak iki şeyi söyler: Ali, ders çalışmamayı seçer ve sonuçta sınavdan çakar.

Bu yüzden Ali’nin seçimlerini gösteren çizgilerin bir yönü vardır.

Seçimler yapılırken bazı adımlar atlanamaz. Örneğin, Fifa oynamak için önce bilgisayarın başına oturmak, onun için de evde kalmayı seçmek gerekir.

Ali’nin seçimlerinin aşağıdaki gibi olduğunu varsayalım:

Evde kal -> Bilgisayarı Aç -> Fifa oyna.

Bu durumda kısıtlı zamanı olan Ali’nin, zamanını Fifa oynamaya ayırdıktan sonra başa dönüp sınava çalışmasına olanak yoktur. Artık Ali için sınavdan kötü not almak kaçınılmaz bir son olacaktır.

Grafın bize anlattığı bir başka şey ise, Ali’nin yaptığı herhangi bir seçime geri dönememesidir. Matematikçiler bu tür grafları “yönlü çevrimsiz/asiklik/zincirleme graf” olarak adlandırmıştır.

***

Biraz Bilgi

Yönlü Çevrimsiz Graf

Bir yönlü çevrimsiz grafta döngü yoktur. Yani bir noktadan başlayıp yönlü çizgileri takip ettiğinizde, aynı noktaya bir daha dönemezsiniz.

Yönlü (ve sonlu) çevrimsiz graflarda en az bir “kaynak” ve yine en az bir “alış noktası” olarak adlandırılan noktalar bulunur.

Kaynak noktası, başka herhangi bir noktadan kendisine doğru çizgi gelmeyen noktadır. Yukarıdaki grafta “ders çalışma” isimli nokta, kaynak noktasıdır.

Alış noktası ise kendisinden başka herhangi bir noktaya doğru çizgi gitmeyen noktadır. Grafımızda “sınavdan çak” isimli nokta, alış noktasıdır.

***

Bi’ Göz Atmakta Fayda Var

Rutin işlerinizi yaparken aslında yönlü çevrimsiz grafları kullanıyorsunuz. Buna bir örnek göstermek için yine Ali’nin hayatından yararlanacağım.

Ali, her okul günü sabahında uyanır uyanmaz duş alıp okula hazırlanır. Bunu yaparken Ali’nin izlediği yol şunlardan oluşur:

Uyan

Duşa gir

Duş sonrası diş fırçala

Giyin

(Ali’nin okul kıyafeti pantolon, gömlek, kravat ve yelekten oluşuyor.)

Soru: Ali’nin okula hazırlanışını gösteren grafı çizin.

Not: Ali duştan sonra giyinirken her adımı doğru yönde tamamlamalıdır. Örneğin boxer’ını giymeden önce pantolonunu giyemez, değil mi?!

M. Serkan Kalaycıoğlu

Matematik Atölyesi – Şans #8

Fanatik Taraftar

Kupa finali bu sene şehrin en önemli iki futbol takımı arasında; hem derbi hem de final. Bu yüzden iki takımın taraftarı da son derece heyecanlı. Ahmet’in ise maçla pek bir ilgisi yok. Tuttuğu takım yarı finalde elendiği için Ahmet rahat.

Ahmet’in yakın arkadaşlarından ikisi olan Samet ve Tarık, iki haftadır durmadan tartışıyor. Samet, FC Çatladıkkapıspor’un, Tarık ise AC Milan’ın maçı kazanacağını iddia ederken Ahmet akşam ne yiyeceğini düşünüyor.

Samet

“Senelerdir yenilmiyoruz adamlara. %90 maç bizim. Ama futbol bu; her şey olabilir. O da %10 ihtimal işte. Evet, çok eminim. Gel iddiaya girelim istersen?!”

Tarık

“Bu senenin en formda takımıyız. Forvetimiz bu sene 27 maçta 69 gol attı. Maçı %75 biz kazanırız. Ama bunlara şansımız tutmuyor. Hadi %25 de onlara şans veriyim. Senle hemen iddiaya girebilirim Ahmet!”

Fırsatçı Ahmet

Final maçı olduğu için beraberlik şansı yok. Yani iki takımdan biri mutlaka maçı kazanacak.

Arkadaşlarının neredeyse birbirine zıt düşüncelerinde yararlanmak isteyen Ahmet her ikisiyle de öyle bir iddiaya girmek istiyor ki, sonuç ne olursa olsun kar etsin.

Ahmet’in yerinde olsaydınız ne yapardınız?

M. Serkan Kalaycıoğlu

Matematik Atölyesi – Oyun #13

Köprüyü Geçmek

Mezopotamya’nın en güzel şelalelerinin yanı başında bulunan Togan, bulunduğu bölgenin en verimli topraklarına sahipti. Sadece birkaç yüz kişinin yaşadığı bu köyde bir kişi hariç herkes tarımla uğraşıyordu: Berkut.

Hayatının sonbaharında olan Berkut’un tamamen beyazlamış uzun saçları ve hipster sakalı vardı. Berkut’un hikayesi Toganlılar arasında bir nevi efsaneye dönüşmüştü. Anlatılanlara göre, evinin sınırlarına giren herkes ortadan kayboluyordu. Bu yüzden Togan’ı ikiye ayıran derenin diğer tarafında bulunan tek ev Berkut’unkiydi.

Berkut

Onu sadece bahçesine çıktığı zamanlar derenin öbür tarafında izleyebilen çocuklar için Berkut büyük bir bilinmezdi.

Berkut’un evi.

Toganlılar henüz çocuk yaşlarda tanıştığı hayatlarının büyük kısmını tarlalarda geçirirdi. Ali de son bir senedir arkadaşları gibi ailesine yardım ediyor, neredeyse güneşin doğuşundan batışına dek tarlada çalışıyordu. Fakat Berkut’un durumu Ali ve arkadaşlarının ilgisini çekiyordu. Bir gece yine Berkut hakkında konuşan dörtlü sonunda bir karar vermişti: Ertesi gün öğleden sonra işten kaytarıp derenin karşısına geçeceklerdi.

Ertesi gün gelip çattığında bahçesinde sandalyesine kurulan Berkut, Ali ve arkadaşlarının dere üzerinde bulunan köprüyü kullanarak karşıya geçişini izledi. Çocuklar kendilerini gizlemeye çalışarak onun evine doğru yaklaşıyordu. Berkut, çocukların evine doğru geldiğini anladı ve içeri girdi.

Çocuklar çalıların arasına saklanarak Berkut’un evinin önüne varmıştı. Evin dereye bakan bahçesine gizlice giren çocuklar, verandada bulunan sehpada bir tabak kurabiye ve dumanı tüten bir çaydanlık görmüştü. Şaşkın halde sehpanın üzerindekilere bakan çocuklar Berkut’un dışarı çıktığını görünce çığlık atıp hızla bahçeden farklı yönlere doğru kaçıştı.

Ali ve arkadaşları ancak hava kararınca birbirlerini bulmuştu. Artık karanlıkta derenin karşısına geçmek zorundaydılar. Fakat köprü aynı anda sadece ikisini taşıyacak güçteydi ve ellerinde sadece bir lamba vardı.

Berkut’un kendilerini kovaladığını düşünen çocuklar, en kısa sürede karşıya geçmek istiyordu.

Karşıya geçiş süreleri:

Aslı: 1 dakika

Ali: 2 dakika

Necdet: 6 dakika

Selin: 10 dakika

Herhangi ikili köprüyü, yavaş olanın hızında geçer. (Örneğin Ali ile Necdet beraber köprüyü 6 dakikada geçer.)

Bu durumda dört çocuk köprüyü en az kaç dakikada geçebilir?

M. Serkan Kalaycıoğlu

Matematik Atölyesi – Sayılar #11

Çok uzun yıllar önce Mezopotamya…

Yerleşik hayata geçen birkaç yüz kişilik bir topluluk Badaklar köyünde tarımla uğraşarak yaşamını sürdürüyordu. Badaklar çok çalışkan insanlardan oluşuyordu. Bu köyde yaşayanların en çok güvendikleri iki şey tarlaları ve sahip oldukları koyunlardı.

Badaklar köyünde pazartesi sendromu…

Badaklar’da bir sürü koyun vardı. Yünleri sayesinde kışın soğuktan korunur, sütleri ve etleri sayesinde de karınları doyardı. Bu yüzden Badaklar köyünde koyunlarla ilgilenecek kişinin hem güvenilir hem de bilge olması gerekirdi.

Köyün önde gelenlerinden olan Zaylin, koyunlardan sorumluydu.

Zaylin ve koyunları.

Zaylin’in görevi koyunları her gün doğumunda Badaklar köyünün yakınındaki harikulade tepelerde otlamaya çıkarıp, güneş batmadan önce onların sağ salim geri dönmelerini sağlamaktı.

Tanrım! Bu kadar mı koyunum vardı?!

Badaklar, yaşadıkları zaman için ileri bir topluluk olmasına rağmen insanlığın geri kalanı gibi henüz sayıları keşfetmemişti.

Bu noktada Zaylin için büyük bir sorun çıkıyordu: Her güne belli sayıda koyunla başlayan Zaylin, gün sonunda aynı sayıda koyunla köye dönüp dönmediğini nereden bilebilirdi? Yanlış anlamayın, Zaylin bilge biriydi. Fakat o da, yer yüzündeki herkes gibi saymayı bilmiyordu.

Bi’ Göz Atmakta Fayda Var

Bu noktada kendinizi Zaylin’in yerine koyun: Saymayı bilmediğiniz halde koyun kaybetmeden günü bitirdiğinizi nasıl bilebilirsiniz?

M. Serkan Kalaycıoğlu

Amatör Matematikçi

Pierre de Fermat

Doğum: 1601, Fransa

Ölüm: 1665, Fransa

17. yüzyılın ilk yarısında matematiği ileri götüren kişilerden bahsederken iki isim diğerlerinden ön plana çıkar: Rene Descartes ve Pierre de Fermat. İşin garibi, bu iki isim de kendilerini matematikçi olarak görmemiştir.

1631’den ölümüne dek devlet için çalışan bir hukukçu olan Pierre de Fermat, birçokları tarafından insanlık tarihinin en önemli amatör matematikçisi olarak adlandırılır.

Matematik Dünyasına Giriş

Matematikle ilgili çalışmalarına 1620’lerin sonlarında başlayan Fermat’ın hayatı boyunca yapmayı en çok sevdiği şeylerden biri kendi yarattığı inanılmaz zorluktaki sayı teorimi problemlerinin çözümlerini ispatlamaktı.

Pierre de Fermat, 26 Nisan 1636’da Mersenne’e* yazdığı bir mektupla matematik dünyasında tanınır hale gelmişti. Mektubunda Galile’nin serbest düşme deneyi ve Apollonios’un konikleri gibi konulardan bahseden Fermat, kısa süre sonra birçok matematikçiyle yazışmaya başlamıştı. (*Mersenne’den bir başka yazıda bahsedeceğim. )

Matematiksel fizik üzerine düşünceleriyle ünlenen Fermat, hemen her mektubunda konuyu bir şekilde asıl ilgi duyduğu konu olan sayı teorisine getirmeye çalışıyordu. Mektuplarında yarattığı ve çözdüğü problemleri matematikçilerin de çözmesini isteyen Fermat’a matematikçiler çok ilgi göstermemişti. Birçoğuna göre Fermat’ın soruları bilinen tekniklerle çözülemeyecek kadar zordu. Bu sorular o kadar zordu ki, bazı matematikçiler ona sinir olmaya başlamıştı. Örneğin, Frenicle de Bessy bir mektubunda Fermat’a öfke kusmuş ve onun kendisiyle alay ettiğini iddia etmişti.

Son Teorem

Fermat’ın günümüzde en bilinen çalışması, Fermat’ın Son Teoremi ismiyle bilinen bir teoridir. Fermat, kendini bir matematikçi olarak görmediği için hiçbir yayım yapmamıştı. Hatta yaptığı çalışmaların bir kısmını, okuduğu kitapların kenarlarında kalan boşluklara yazarak sürdürmüştü.

Kitap kenarlarındaki boşluklarda yazanlardan biri de Fermat’ın Son Teoremi* idi.

* Fermat’ın Son Teoremi

“x, y ve z sıfırdan farklı tam sayı olsun.
xn + yn = zn
denkleminin n’nin 2’den büyük olduğu durumlarda bir çözümü yoktur.”

Fermat, teoreminin yanına bir de not düşmüştü:

“Harikulade bir ispat buldum, ama bu boşlukta ispatı sığdıracak kadar yer yok.”

Fermat’ın son teoremi, 1994’te İngiliz bir matematikçi olan Andrew Wiles tarafından ispatlandı. Yani Fermat’ın ortaya atmasından yaklaşık 358 yıl sonra!

Dışlanış

Fermat, 1643 ile 1654 yılları arasında matematikçilerle bağlantısını kaybetmişti. Buna sebep olarak aynı yıllar arasında yaşanan veba salgını ve yaşadığı yerde meydana gelen iç savaş bir dizi yıkıcı olaydan bahsedilebilir. Ama, asıl nedenler arasında en önemlisi Descartes ile ters düşmesiydi.

Zamanın Fransa’sında Descartes’in bilim dünyasında büyük bir ağırlığı vardı. Fermat, onun en değer verdiği çalışması olan La Geometrie ile ilgili negatif bir yorum yaparak Descartes’i karşısına almıştı. Kısa süre sonra Fermat’ın (haksız bir şekilde) maksimum-minimum-teğet* çalışmalarında yanlışlar bulunduğu öne sürmüştü.

Fermat’ın çalışmasının doğru olduğu ortaya çıkmasına rağmen Descartes tartışmaya devam etmiş ve Fermat’ın matematik bilgisinin yetersiz olduğunu iddia etmişti.

* Maksimum-Minimum-Teğet

Üniversitede matematik dersi aldıysanız türev ve integral işlemlerini muhakkak duymuşsunuzdur. Bu iki işlemin ortaya çıkışında önemli rollerden biri 17.yüzyılda yaşayan bir Fransız hukukçuya aittir.

Basit bir örnek üzerinden Fermat’ın yöntemini size göstereceğim:

Diyelim ki, elimizde a uzunluğunda bir düz çizgi olsun:

Amacım, bu çizgi üzerinde bir nokta bulmak. Bu nokta çizgiyi öyle iki parçaya ayırmalı ki, parçaların uzunluklarının çarpımları en büyük (maksimum) olsun.

Diyelim ki parçaların uzunluklarından biri x olsun. O halde diğer parçanın uzunluğu a-x olur:

Cevap ise bu ikisinin çarpımıdır:

x . (a-x)

ax – x2

Peki bu x uzunluğunu nasıl bulabiliriz?

Bu noktada Fermat, harikulade bir yöntem keşfetmiştir. Fermat der ki, x uzunluğunu e kadar artıralım:

Fakat e, o kadar küçük olsun ki, biz onu sıfır olarak kabul edebilelim. Bir diğer deyişle e sayısı sonsuz küçüklükte olsun. Şimdi ax – x2 ifadesinde x gördüğümüz yere artık x+e yazabiliriz:

a(x+e) – (x+e)2

İfadeyi açalım:

ax + ea – x2 – 2xe – e2

Yani

ax – x2 = ax + ea – x2 – 2xe – e2

olur. Buradan da

ea = 2xe – e2

çıkar. Her ifadeyi e’ye bölersek geriye

a = 2x – e

sonucu kalır. Fermat bize en başta e’nin 0’a çok yakın olduğunu ve onu 0 kabul edebileceğimizi söylemişti. O halde

a = 2x

olur. Yani a çizgisi 2x uzunluktadır. O halde bu düz çizgi tam orta noktasından iki parçaya ayrılırsa, parçaların uzunlukları çarpımı maksimum olur.

Son Yılları

Descartes ile aralarında geçen olayın geride kalmasıyla birlikte Blaise Pascal ve Christiaan Huygens gibi önemli bilim insanlarıyla tekrar matematik yazışmalarına başlayan Fermat, bugün Pascal ile birlikte olasılık teorisinin kurucularından biri olarak anılır.

Fermat, sayı teorisinde zamanının çok ilerisindeydi. 17. yüzyılda neredeyse tek başına uğraş verdiği konular ölümünden çok sonra modern sayı teorisinde kendine yer bulmuştu. Tüm başarılarına rağmen bence Fermat’ı özetleyen unvan şudur: Tarihin en büyük amatör matematikçisi.

M. Serkan Kalaycıoğlu

Matematik Atölyesi – Garip Dünyalar #17

Kafamızdaki Topoloji

Sürekli olaylara bakış açımızı değiştirmekten bahsediyorum. Örneğin bir bebekle karşılaştığınızda aklınıza öncelikle bebeği sevmek ve onu güldürmeye çalışmak gelir. Halbuki bebeğin saçlarına dikkat ederseniz, burada çok önemli bir matematik bilgisinin saklı olduğunu görebilirsiniz:

Her bebeğin kafasında yukarıdaki gibi bir nokta vardır. Görüldüğü üzere bu noktanın dışında kalan saçlar, bebeğin kafasının hemen her yönüne doğru uzuyor. Peki noktanın bulunduğu yerde çıkan saçların yönü neresidir?

Bunun açıklaması topolojide saçlı top teoremi ile yapılmıştır.

Saçlı Top Teoremi

Saçlı top teoremine göre tüylü (veya bulabilirseniz saçlı) bir topu herhangi bir yöne doğru taramaya çalışın. Topun en az bir noktasında bulunan bir tüyün (veya saçın) istenilen yöne doğru taranması mümkün değildir.

Bunu yapmaya çalıştığınızda en az bir tüy (veya saç) taranmak istenen yönde olmaz. Bu tüyün bulunduğu noktada bir tür tekillik bulunur; tüy istenilen tarafa yatmayıp dik durmakta ısrar eder.

Bebeğin kafası da bir nevi saçlı top teoremi örneğidir. (Bir nevi dememin sebebi, saçlı top teoremine göre topun yüzeyinin tamamının tüyle kaplı olmasıdır. Halbuki bir insanın kafasının her yeri saçla kaplı değildir.) Bu sebeple yukarıdaki resimde gösterdiğimiz noktada bir tekillik vardır; o noktada saç dik kalır. O saç bir türlü tarakla yatırılamaz.

Torus

İçi boş (bir diğer deyişle; delikli) bir cisim olan torusta saçlı top teoremi işlemez. Yani tüylü bir torusun tamamını tek bir yöne taramak mümkündür.

Hiç Rüzgar Yok

Saçlı top teoreminin kullanım alanlarından biri meteorolojidir. Teoreme göre herhangi bir anda dünyanın herhangi bir noktasında hiç rüzgar yoktur.

Bunu ispatlamak için tüylü topu tarama yöntemini düşünmeniz yeterli. Diyelim ki dünyanın her yerinde doğudan batıya doğru rüzgar esiyor olsun.

Bu durumda kuzey ve güney kutup noktalarında rüzgar olmaz. Yani saçlı top teoremi haklıdır.

Haritadayım

Saçlı top teoremi Brouwer’in sabit nokta teoreminin bir başka türüdür. Hatta bu teorem de L.E.J. Brouwer tarafından 1912 yılında ispat edilmiştir.

Sabit nokta teoremi için verilebilecek örneklerden biri de haritalarla ilgilidir. Örneğin bulunduğunuz ülkenin haritasının çıktısını alın ve sınıf içerisinde yere koyun:

Daha küçük bir harita da olur.

Harita üzerinde öyle bir nokta vardır ki, haritanın bulunduğu coğrafi konumla aynıdır.

Avm veya otobüs duraklarındaki “buradasın” haritaları buna örnek olarak gösterilebilir.

Bi’ Göz Atmakta Fayda Var

Aşağıdakilerin tüylü olduğunu varsayın. Hangisi /hangileri aynı yöne doğru taranabilir? Neden?

M. Serkan Kalaycıoğlu