Çokgenden Pi Sayısına

Pi sayısı, matematikte ilginç bir sayıdır. Herhangi iki sayının birbirine bölümü olarak ifade edilemeyen yani Rasyonel olmayan iraasyonel bir matematik sabitidir. Kısaca tanımlamak gerekirse bir pi sayısı; çemberin çevre uzunluğunun çapına bölümü olarak ifade edebiliriz. 

Pi sayısı için çokgenlerden yola çıkılarak sezgisel olarak yaklaşık bir değere ulaşılabilir. Düzgün çokgenler kullanılarak çevre uzunlukları çap diyebileceğimiz ağırlık merkezlerini herhangi bir köşeye birleştiren doğru parçasına bölerek işlemi sonsuza kadar devam ettiğimizde pi sayısının bilinen 3.14159265359.... değerine yaklaştığını görebiliriz. Bu işlem defalarca çeşitli çokgenler için denendiğinde pi'nin değeri ortaya çıkar. 

Kologaritma

Kologaritma, gerçek sayılar kümesinde (R) tanımlı olan bir x sayısının çarpmaya göre tersinin logaritmasıdır. A sayısının kologaritması cologA ile gösterirlir. Buna göre bir sayının kologaritması şu şekilde tanımlanır.: cologx= - logx Kologaritmanın kullanıldığı yerlerden biri pH hesaplamalarıdır. 

pH, sulu çözeltilerde hidrojen iyonu aktivitesi için çok önemli bir rol oynar. Kimyada, çözünmüş hidrojen iyonu aktivitesinin ölçüsüne pH denir. pH bir çözeltinin asitlik veya bazlık derecesini tarif eden bir ölçü
birimidir. pH=7 iken çözelti nötr kabul edilir. pH>7 olduğu zaman çözelti bazik olur. pH<7 olduğu zaman da çözelti asidik olur. Suda iyonlaştığında "hidrojen" iyonu (H⁺) veren maddelere Latince ekşi anlamına gelen "asit" denir. Bazlar ise suda iyonlaştığında çözeltiye "hidroksil" (OH^-) iyonu verirler.

ÖRNEK:

log3= 0.477 ise colog3= -log3= -0.477= Bu ifade karakteristik ve mantis kullanılarak da yazılabilir. -0.477+1-1 =olur. -1+0,523 (Bkz. Karakteristik ve Mantis)

ÖRNEK: 0,055 M HNO3 çözeltisinin pH’ını hesaplayınız.

Çözüm: HNO3 kuvvetli asittir. 𝐻𝑁𝑂3 → 𝐻 + 𝑁𝑂3 denkleminde son çözeltide H+’nın konsantrasyonu 0,055 M olur. pH=-log[H+]=-log(0,055)=1,26<7 olduğundan asidiktir.

ÖRNEK: 0,10 M NaOH’un pH’ını hesaplayınız 

Çözüm: NaOH kuvvetli baz olduğundan pOH hesabı üzerinden gidilir. NaOH → Na + OH Çözünme denklemine göre son çözeltideki OH- konsantrasyonu 0,10 M’dır. pOH = -log[OH-] = -log(0,10) = 1,00 olur.  Bu durumda pH=14-pOH=14-1=13

ÖRNEK:Bir çözeltinin pH’ı 6,88’dir. H+ ve OH- konsantrasyonlarını ve pOH’ı bulunuz.

Çözüm: pH=-log[H+] olduğundan [H+]=(10^-pH)=(10^-6,88) =1,32 x 10^-7 M bulunur.  pOH=14-6,88=7,12 buradan da [OH^-]=(10^-pH)=10^-7,12 =7,59 x 10^-8 M olur.

Logaritma Mantisi ve Karakteristiği

Herhangi bir tam sayının logaritması, birisi tam sayı diğeri de kesirli kısımdan ibaret olmak üzere iki parçadan ibarettir. Yani herhangi bir tabanda logaritma alınırken sonuç ya tamsayı olarak çıkar ya da tam ve ondalıklı kısım olarak iki parçalı olarak çıkar. Logaritma hesaplandıktan sonra ortaya çıkan sonuçta tamsayı parçasına "logaritmanın karakteristiği" adı verilir. Onluk tabanda yazılan bir tam sayının logaritması alındığında, onun kuvvetleri şeklinde yazılabilen parçasının 10'un tam kuvvetlerine göre benzetilmesiyle karakteristik hesaplanır. 

Logaritma karakteristiği, bir sayının onluk tabandaki değerinin basamak rakamları sayısının bir eksiği kadar olur. Yani herhangi bir sayının basamak sayısı verildiğinde, bu sayının onluk tabandaki logaritmasının karakteristiği, o sayının basamak sayısının 1 eksiği kadar olacaktır. 

ÖRNEK:

576 sayısının karakteristiği sayı 3 basamaklı olduğundan karakteristik 2 olacaktır. Çünkü 576 sayısı 10'un kuvvetlerine göre yazıldığında 10'un 2. kuvveti ile 10'un 3 kuvveti arasında yer alacağından log576 değeri hesap makinesinden veya logaritma cetvellerinden log576=2.7604224 hesaplanır ki bu durumda tam kısım 2 olduğundan karakteristik de 2 olarak bulunur. 

 

ÖRNEK:

9326 sayısının karakteristiği sayı 4 basamaklı olduğundan karakteristik 3 olur. log9326 değeri hesap makinesi ile hesaplandığında log9326=3.9696954 olduğundan tam kısım 3 bulunduğu için karakteristik 3 olur. 

 

Logaritma hesaplandığında bulunan sonuçta ondalıklı kısma logaritmanın mantisi denir. Logaritma mantisleri hesaplanarak logaritma cetvelleri oluşturulur. Logaritma cetvellerinde sayıların yanlarında gösterilen logaritma değerleri yalnızca hesaplanan bu mantis değerlerinden ibarettir. Logaritma cetvellerinde tam kısımlar yer almaz. 1'den küçük sayıların onluk tabanda logaritmaları hesaplanırken onun negatif kuvvetleri olacağından tam sayıdan sonra sonuçlanan kesirli ifadelerde 0 tam sayısından sonra virgülden itibaren ondalıklı kısım yer alır. Mantis negatif olamaz. Negatif olamayacağı için logaritması bulunan sonuca ifadeye (+1) ve (–1) eklenir. 

 

Logaritma tabloları (logaritma cetvelleri) ondalıklı kısım olarak belli bir adede göre verilmiştir. Gerçekte ise logaritma cetvelleri hesap makinelerinden bulunan sonuçlara göre çok daha fazla ondalıklı basamağı içerir. Elektronik hesap makinaları yaygınlaşmadan önce, yani 20. yüzyılın ikinci yarısına kadar mühendislik kitaplarında logaritma cetvellerine yer verilmiştir.

 

ÖRNEK:

log9326=3.9696954 olduğundan tam kısım 3 bulunduğu için karakteristik 3 ve mantis değeri de 0,9696954 olur.  

 

ÖRNEK:

Bir sayının logaritması loga = 1,541 ise loga ifadesinde tam kısım(karakteristik) 1, ondalık kısım (mantis) 0,541 olarak görülür.

 

Karakteristik ve mantiste karıştırılan bir durum logaritmanın değerinin negatif olduğu durumdur. Mantis kullanım yararı açısından her zaman pozitif olarak gösterilmesi gerekir. Dolayısıyla logx=-1,4 ise burada karakteristik -1 ve mantis de -0,4 şeklinde yazılmaz. Mantisi düzgün olarak ifade etmek istediğimizde negatif bir tam sayıya, pozitif bir ondalık sayı eklediğimizde -1,4 sayısını bulmalıyız. Bunun için basit bir çıkarma işlemi yaparsak -1,4= -2+0,6 olarak yazılırsa Karakteristik -2 ve mantis de 0,6 olarak bulunur. Demek ki logaritma değeri negatif ise tam kısımdan 1 çıkarılır ve ondalık kısıma da 1 eklenmesi gerekir. (-1,4)= (-1)+(-0,4)= (-2)+(0,6) Karakteristiğin -2 ve mantisin 0,6 olduğu gösterilir. 

 

****1 den büyük bir sayının logaritmasının karakteristiği, bu sayının tam kısmının basamak sayısının 1 eksiğidir.

 

log83576= 4.9220815 olduğundan karakteristiği 4 ve mantisi de 0,9220815 olur.

****0 ile 1 arasındaki bir sayının logaritmasının karakteristiği, sayının ondalık yazılışında, sıfırdan farklı ilk rakamın solundaki tüm sıfırların sayısının negatif işaretlisidir.

log0,03=-1.52287874528=-2+0.47712125 şeklinde yazılması ile mantis değeri 0.47712125 olur.

****Bir sayının logaritmasının karakteristiği negatif ise, karakteristik pozitif olarak yazılır ve tam kısım üzerine (–) işareti konulur.

 

Büyük bir sayının basamak sayısı bulunurken sayının verilen tabana göre logaritması alınır. Gerekli düzenlemeler yapıldıktan sonra logaritma cetvelinden bulunan değerle çarpma işlemleri yapılarak büyük sayının logaritma sonucu hesaplanmış olur. Hesaplanan logaritma sonucuna göre sayının basamak değeri, karakteristiğin bir fazlası alınarak bulunur.

Guido Grandi ıraksak serisi

1–1+1–1+1–1+… İşleminin Sonucu Kaçtır? Grandi Serisi ile tanışma vakti... Serinin toplamındaki görünen basitliğine rağmen Grandi serisi, matematikteki oldukça ilgi çekici serilerden bir tanesidir. 1-1+1-1+1-1+… şeklinde sonsuza kadar devam eden bu seri, ismini İtalyan matematikçi Guido Grandi’den alır. Grandi serisi, ıraksak serilerin klasik bir örneğidir. Iraksak seriler, yakınsak serilerin aksine limit değeri olarak belli bir değere yaklaşmaz. Bu nedenle ıraksak seriler, matematiksel tartışma için harika bir zemin sunar. Ayrıca Grandi serisinin bu kadar ilgi çekmesinin bir nedeni de toplamanın tartışmalı doğasıdır. Çünkü uygulanan toplama yöntemine bağlı olarak seri farklı sonuçlar vermektedir. Bu serinin toplamı, kimilerine göre 1, kimilerine göre 0, kimilerine göre de 1/2 dir. Şimdi bu sonuçların nasıl bulunduğunu incelemeye çalışalım.

Luigi Guido Grandi (1671 – 1742) İtalyan papaz, filozof, teolog, matematikçi ve mühendistir. Grandi matematikte en çok, taç yapraklı bir çiçek şeklindeki gül eğrisini inceleyen "Flores Geometrici" (1728) adlı çalışması ve "Grandi serileri" ile tanınır. Guido Grandi, 1671 yılında İtalya’nın Cremona kentinde doğdu. Matematikçi olmasının yanı sıra bir keşiş olan Grandi, Camaldolese tarikatının bir üyesiydi. Dine olan bağlılığı, akademik çalışmalarının önünü açarak kolayca akademik kaynaklara, çeşitli eserlere ve bağlantılara ulaşmasına kolaylık sağlıyordu. Bu yüzden Grandi’nin çalışmaları, genellikle teolojik ve matematiksel ilgilerinin iç içe geçmesiyle oluşuyordu. Bu sayede Grandi, matematiksel kavramlara dinsel açıklamalar da yaparak dönwmine göre benzersiz sayılabilecek bir bakış açısı getirmiştir. Matematikte Grandi, en çok, "petaled çiçek" şeklindeki bir eğri olan gül eğrisini inceleyen "Flores geometrici" (1728) adlı çalışmasıyla ve Grandi serisiyle tanınır. Grandi, gül eğrisine "rhodonea" adını verdi. Gül ve çiçeklere benzeyen eğriler üzerinden uzun bir zaman dilim içerisinde çalışarak bugün birçok alanda kendi isminin duyulduğu "Grandi'nin gülleri" teorisini kabul ettirmeyi başardı. n pozitif bir doğal sayı olarak düşünülmek şartıyla, kutupsal koordinatların verdiği asıl koordinatlara göre denklemi  r=a.sin(nx) ve  r=a.cos(nx) olan eğriler, matematik literatüründe, "Grandi'nin gülleri" olarak bilinir. 

İtalyan matematikçi Grandi, kendi adını taşıyan Grandi serisini ilk kez 1703 yılında incelemiştir. 1-1+1-1+1-1+… serisinde toplamını hesaplarken sadece parantezlerin yerini değiştirerek serinin toplamını 0 ya da 1 şeklinde bulabileceğini gözlemlemiştir. Grandi bu gözlemini şu şekilde yapmıştır:

I. Çözüm yolu:

(1 – 1) + (1 – 1) + (1 – 1) + …= 0 + 0 + 0 + …= 0

II. Çözüm yolu:

1 + (-1 + 1) + (-1 + 1) + (-1 + 1) + …= 1 + 0 + 0 + 0 + …= 1

Guido Grandi’ye göre serinin toplamının hem 0 hem de 1 edebilmesi dini açıdan teolojik bir anlam barındırıyordu. Başlangıçta 0 olan toplam sadece bir parantezin kaymasıyla 1 oluyordu. Grandi’ye göre bu durum, yoktan yaratılışın nasıl mümkün olduğunu gösteren bir kanıttı. Grandi’nin bulguları matematik camiasında oldukça yankı uyandırdı. Bazı çağdaşları, Grandi’nin vardığı sonuçları paradoksal veya saçma olarak değerlendiriyordu. Bazıları ise Grandi’nin fikirlerinin daha fazla araştırılması gerektiğini düşünüyordu. Böylece ondan sonraki matematikçiler, matematikteki yakınsama ve ıraksama kavramları üzerine derinleşerek Grandi serisine bir çözüm bulmaya çalıştılar.

Bir serinin toplamının iki farklı sonucunun olması pek kabul edilebilir bir şey değildir. Bu nedenle Grandi de dahil olmak üzere birçok matematikçi benzer serilerin sonuçlarını tam olarak bulmaya ve çözüm için farklı yaklaşımlar geliştirmeye çabalamışlardır. Böylece Grandi serisinin sonucuna ilişkin birçok yorum ortaya atılmıştır.

Peki 1-1+1-1+1-1+… İşleminin Sonucu Kesirli Olabilir mi?

Burada gösterilen seri toplamı 1-1+1-1+1-1+…. işlemi için en kabul gören kesirli sonuçların başında 1/2 cevabı gelir. Grandi ve ondan sonra gelen birçok 18. yüzyıl matematikçisi bu serinin toplamının cevabının 1/2 olacağını savunmuştur. Ama tam sayıların toplamından oluşan bir serinin cevabı neden 1/2 olsun ki?

Grandi cevabın 1/2 olabileceğini şu şekilde özetliyor: "Eğer iki kardeşin babalarından tek bir adet mücevher aldığını ve bu mücevheri dönüşümlü olarak kendi müzelerinde saklamak istediğini hayal edin. Bu gelenek onların çocuğuna da geçerse her iki ailenin de toplamda 1/2 adet mücevheri olur." 

Ünlü matematikçi G. W. Leibniz ise Grandi’nin bu açıklamasına katılmış ve bunu olasılıksal akıl yürütmeyle doğrudan desteklemeye çalışmıştır. Bu noktada Leibniz, serileri rastgele bir noktada toplamayı bıraktığımızda o noktaya kadar olan toplamın eşit olasılıkla 0 ya da 1 olacağını, bu nedenle bunların ortalaması olan 1/2’yi cevap olarak almanın mantıklı olacağını savunmuştur. 

Topoloji ve analitik sayı teorisi, karmaşık analiz ve sonsuz küçük hesabı gibi matematiğin diğer birçok dalında öncü ve etkili keşifler yapan ünlü İsviçreli matematikçi, fizikçi, astronom, coğrafyacı, mantıkçı ve mühendis Leonhard Euler (1707 – 1783) serinin toplamının 1/2 cevabını savunmak için daha karmaşık yöntemler kullanmıştır. 1760 tarihli De Seriebus divergentibus (Farklı Seriler Üzerine) adlı makalesinde 1-1+1-1+1-1+… ile 1/2 kesrinin eşdeğer nicelikler olduğunu ve birini diğerinin yerine her daim koyabileceğimiz konusunda hiçbir şüpheye yer olmadığını iddia etmiştir. 

Dönemin matematikçilerin yaklaşımlarına göre 1−1+1−1+1−1+1−1+...… toplamını hesaplamanın en basit yolu, onu bir iç içe seri olarak algılamak ve toplama veya çıkarma işlemlerini doğrudan bu kısmi toplamlarda gerçekleştirmektir. Buna göre iki farklı çözüm yolu elde edilir. 1. Çözüm yolunda en baştan itibaren paranteze alınarak işlem yapılırsa;

(1 − 1) + (1 − 1) + (1 − 1) + … = 0 + 0 + 0 + … = 0 sonucu elde edilir. Öte yandan, ikinci çözüm yolunda, terimler farklı bir yolla öbeklendirildiğinde parantezin yeri değiştirilerek oluşturulan seri toplamı, yukarıda elde edilen 0 sonucuyla çelişir ve 1 sonucu elde edilir.

1 + (−1 + 1) + (−1 + 1) + (−1 + 1) + … = 1 + 0 + 0 + 0 + … = 1

Grandi serisini parantez yardımıyla öbeklere ayırma yoluyla ulaşılabilen "değerler" 0 ve 1'dir. Eilenberg–Mazur hilesi olarak adlandırılan benzer bir yöntem, sicim kuramı ve cebirinde zaman zaman kullanılmaktadır. Üçüncü bir yaklaşım olarak; Grandi serisi bir ıraksak geometrik seri olarak ele alındığında, yakınsak geometrik serilere uygulanan yöntemler bu seriye uyarlanarak farklı bir çözüm değeri bulunabilmektedir.

S = 1−1+1−1+1−1+1−1+...…, ve bu seriyi 1 den çıkarırsak

1 − S = 1 − (1−1+1−1+1−1+...…) = 1 − 1 + 1 − 1 + … = S bulunur. 

1 − S = S olduğundan

1 = 2S  olur ki bu durumda S= 1/2 olur. Yani S = 1 − 1 + 1 − 1 + …serisinin toplamı 1/2 olur.

Seri üzerinde yapılan bu oynamalar, bir serinin toplamının tam olarak ne ifade ettiği konusuna odaklanmaktadır. Serileri isteğe göre öbeklere ayırmak ve bunlar üzerinde dört işlem uygulaması yapmak her ne kadar önemliyse de kesin olarak şu sonuçlara ulaşılabilir:

Buna göre Grandi serisinin toplamı için sunulan çözümler özetlenirse;

(a) 1−1+1−1+1−1+...… serisinin bir toplamı yoktur.

(b) 1−1+1−1+1−1+...…serisinin bir toplamı, 0 dır.

(c) 1−1+1−1+1−1+...…serisinin bir toplamı, 1 dir.

(d) 1−1+1−1+1−1+...…serisinin bir toplamı 1/2 olur.

Böylece sıralanan çözümlerdeki ifadeler, doğrulanabilir ve kanıtlanabilir durumda olmuş olur.

Cesàro ve Abel Toplamlarına Göre Grandi Serisinin Toplamı Kaçtır?

Bunun için öncelikle matematikteki ıraksama ve yakınsama kavramlarına bakmamız gerekir. 1-1+1-1+1-1+… gibi bir seride kısmi toplamların dizisi sonlu bir limite yakınsamıyorsa, sonsuz serimiz ıraksak demektir. Grandi serisi de ıraksak serilere bir örnektir. Grandi serisinin kısmi toplamlarını incelediğimizde değişen bir model gözlemleriz. İlk kısmi toplam 1, ikincisi 0, üçüncüsü yine 1’dir ve bu böyle devam eder. Bir cevap hem 0 hem de 1 oluyorsa o zaman cevap, kısmi toplamlar dizisin ortalaması olan 1/2 olur.

Önce kısmi toplamlar nedir onu öğrenelim. Kısmi toplamlar serinin belirli bir adetteki teriminin toplamıdır. Örneğin: 1,2,3,4... diye giden bir seride;

S1=1

S2=1+2=3

S3=1+2+3=6

S4=1+2+3+4=10

olur. Bu toplamı aynı şekilde Grandi serisindeki değerlere uygulayalım. 

1 − 1 + 1 − 1 + 1 − 1 + 1 − 1 +........serisi için kısmi toplamları yazalım:

S1=1

S2=1-1=0

S3=1−1+1=1

S4=1−1+1-1=0

......

Bu durum serinin tek bir sonlu değere yakınsamadığını gösterir. O nedenle bu seri ıraksak olarak sınıflandırılır. Iraksak olmasına rağmen matematikçiler, bu tür serilere sonlu değerler atamaya çalışmıştır. Bunu yaparken kullandıkları yöntemlerden biri de Cesàro toplamasıdır. Cesàro toplamasında ıraksak serilerin kısmi toplamlarının ortalamasını dikkate alarak sonuca ulaşırız. Grandi serisi için kısmi toplamları düşünecek olursak, Sn, n’inci kısmi toplamsa Cesàro toplamı n sonsuza yaklaştıkça bu kısmi toplamların ortalamasının limitidir. Bu durumda kısmi toplamlar dizisi 0 ile 1 arasında değişir. Ve n sayısı sonsuza kadar büyüdükçe, bu kısmi toplamların ortalaması alınarak 1/2’ye yaklaşan (0+1+0+1+…)/n ortalamasını verir. Böylece, Cesàro toplamı Grandi Serisine 1/2 değerini atar. Cesaro'nun Toplamı, bu kısmi toplamların ortalamasını bularak ıraksak serinin toplam sonucuna bir sonlu değer (1/2) bulmamızı sağlar. Grandi serisinde;

S1=1

S2=1-1=0

S3=1−1+1=1

S4=1−1+1-1=0

.....

İlk terim toplamı S1=1

İlk 2 terimin kısmi toplamının S1+S2 ortalaması, (1+0)/2= 0,5, 

ilk 3 terimin kısmi toplamının S1+S2+S3 ortalaması (1+0+1)/3 = 0,667 olur ve böyle devam ettiğinde sonuçların 1/2 daha da yaklaştığını ve sonunda sonsuza kadar işlemler devam ettirildiğinde limit değerinin 1/2 olduğu kabul edilir.

Diferansiyel geometri alanında çalışmış İtalyan bir matematikçi Ernesto Cesàro (1859 – 1906), Grandi serisinin sonucuna ilişkin bir kuvvet serisini dikkate almayı düşünmüş ve bunun için  Abel toplamında Grandi serisi için 1 – x + x² – x³+ x⁴-… kuvvet serisini ele almıştır. Bu kuvvet serisinde x soldan 1’e yaklaştıkça toplamına bakılır. Bu kuvvet serisi 1/(1+x) olarak ifade edilebileceğinden bu ifade limit değeri olarak 1/2’ye yakınsar. Bu yüzden Abel toplamı da Grandi serisinin toplamının 1/2 olacağını gösterir.

Grandi Serisinin Günlük Hayattaki Yeri ve Önemi

1-1+1-1+1-1+… ile ifade edilen Grandi serisi sadece matematiksel bir merak ürünü değildir. Bu serinin çeşitli disiplinlerde derin etkileri vardır. Grandi gibi ıraksak serilerin anlaşılması teorik fizik, sinyal işleme ve bilgisayar bilimi gibi alanlarda son derece önemlidir. Teorik fizik alanında bakacak olursak ıraksak seriler, kuantum alan teorisi ve sicim teorisinde karşımıza çıkar. Grandi serisi gibi seriler burada renormalizasyon sürecine yardımcı olur. Sinyal kontrolü ve işlemede Grandi serisi sinyallerin analizi ve manipülasyonu sırasında karşımıza çıkar. Iraksak serilerin anlaşılmasından türetilen teknikler gürültü azaltma ve sinyal iyileştirme algoritmalarında kullanılır. Bilgisayar bilimlerinde, özellikle algoritma tasarımı ve analizi alanında ıraksak serilerden yararlanılır. Bu serilerin davranışını anlamak büyük veri kümelerini daha etkili bir şekilde işleyen optimize edilmiş kodların oluşturulmasını sağlar. Kısacası Grandi serisinden türetilen kavramlarının birçok pratik uygulaması olduğunu söylemek mümkündür. Bu nedenle 1-1+1-1+1-1+… gibi basit görünümlü bir serinin geniş kapsamlı incelenmesi saf matematiğin ötesinde, geniş kapsamları olan etkilere sahiptir.

Thomson’s Lamp (Thomson'ın Lambası), filozof J.F.Thomson tarafından 1954 yılında görevlerin de paradoksal olabileceğini göstermek için tasarlanan, Grandi serisiyle ilişkilendirilmiş çok ilginç bir felsefi paradokstur. Elealı Zenon'un (MÖ 495–MÖ 430) paradoksları üzerine inşa edilen zamanın bir ilüzyon olduğunu gösteren Thomson deneyi, bir lambanın açılıp kapanma sürecini sonsuz bölünebilir adımlarla ele alır ve paradoksal sonuçlar doğurur. Her adımda lamba açıkken sonra kapalı olacak şekilde hareket edilirse, lambanın hem açık hem kapalı olduğu iddiası ortaya çıkar. Bu düşünce deneyi, zamanda sonsuzluk ve paradokslara dair bazı temel felsefi tartışmaları da beraberinde getirmiştir. Filozof Derek Parfit (1942-2017) kişisel kimlik ve benliğin sürekliliği çalışmaları bu paradoksla ilişkilendirilebilir. Derek Parfit, kişisel kimliğin özde bir sürekliliğe değil, hafızaya ve psikolojik sürekliliğe dayandığını savunmuştur. Bu nedenle, bir bireyin geçmiş ve gelecek versiyonlarının aslında aynı kişi olmadığını öne sürmüştür. Parfit'e göre, kişisel kimlik ve zaman algısı bir illüzyondur ve kişiler aslında birbiri ardına gelen deneyimler, düşünceler ve duygular silsilesinden ibarettir. Thomson'ın Lambası, zamansal paradokslara ve sonsuzluk kavramına ilişkin düşünmeye yönlendiren daha somut bir düşünce deneyidir. Bu paradoksta, bir lambayı açıp kapamak suretiyle sonsuz adımlı bir süreçte, lambanın hem açık hem de kapalı olma durumu incelenmiştir. 

Thomson lamba deneyinde zaman kavramı şu şekilde sorgulanır: Diyelim ki bir lamba var ve iki kişi bu lambayı belli bir kurala göre açıp kapatıyor. 1.kişi lambayı açıyor. 1 Dakika sonra diğer kişi lambayı kapatıyor. Tekrar birinci kişi 1/2 dk (30 sn) sonra lambayı açar. 1/4 dk (15 sn) sonra diğer kişi kapatır. Bu şekilde her seferinde birbiri ardına gelen bu kişiler süreyi yarıya indirerek devam ediyor. Bu döngüye sonsuza kadar devam ediliyor.

Burada lambayı +1 olarak açıp, 0 olarak kapatmayı düşünelim. Thomson’un deneyinin Grandi’s serisi ile aynı olduğu görülür.

AÇIK, KAPALI, AÇIK, KAPALI = 1, 0, 1, 0, 1 …

Zamanlamalara gelince, 1 dk için ON, 1/2 dk için OFF, 1/4 dk için ON .... 

Bu lamba deneyindeki toplam süreyi veren sonsuz seri toplamı; 1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... 'dan başka bir şey değildir. Bu nedenle, adım sayısı sonsuz olsa da, seri toplamı bir sonlu zamanda (1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... =2 dakika) tamamlanabilir. Onu süper görev yapan şey de tam olarak budur. Lambanın AÇIK, KAPALI, AÇIK, KAPALI = 1, 0, 1, 0, 1 … şeklinde sonsuza döngüye sahip olarak devam etmesi Grandi serisi ile toplandığında 1/2 olur ki bu durum lambanın AÇIK veya KAPALI olduğu anlamlarına neyi ifade eder? Soruyu cevaplandırmanın  bir yolu olarak, lambanın eşit olasılıklarla ON veya OFF olabileceği söylenebilir.

Görüldüğü gibi, sonsuz sayıda terim içeren toplamlar, yani sonsuz seriler, toplama ve çıkarma gibi çok temel matematiksel kavramlara dair anlayışımızı zorlayabilir. Bu durumda sonsuz seriler çeşitli biçimleriyle gündelik yaşamımızda farklı yaklaşımlarla kullanılabilir.

Kaynakça:

https://en.wikipedia.org/wiki/Grandi%27s_series

https://thatsmaths.com/2018/07/12/grandis-series-divergent-but-summable/

https://themathophile.wordpress.com/2020/04/12/grandis-series/

https://infinitesimallysmall.com/2021/03/01/grandis-series/

https://www.academia.edu/31100989/Final_version_on_Grandis_series

https://plus.maths.org/content/when-things-get-weird-infinite-sums

Melike Üzücek, www.matematiksel.org

Matrisler nerede kullanılır?

Matrisler, lineer cebir, istatistik ve mühendislik gibi çeşitli matematiksel konularda yaygın bir şekilde kullanılır. Matris, matematikte genellikle gelecekteki bir dizi işlemde işimize yarayan verileri düzenli bir şekilde saklayarak kolay erişim ve işlem yapmamızı sağlar. Matris, matematikte birçok sayısal veriyi düzenli bir şekilde gruplamak için kullanılan bir yapıdır. Her bir eleman pozisyonu belirli bir sayısal değeri temsil eder ve matris işlemleri kullanılarak çeşitli matematiksel hesaplamalar, şifre algoritmaları, denklem çözümleri yapılabilmektedir. Matrisler, lineer cebir, istatistik, grafik teorisi gibi birçok alanda kullanılır. Örneğin, bilgisayar grafiklerinde dönüşüm matrisleri kullanılır. Matrisler ayrıca katlı denklem sistemlerinin çözümünde, veri analizinde ve mühendislik problemlerinde de yaygın olarak kullanılır. Matrisler Edebi metinler, sanat ve estetik konularına da ilham olmuştur. Mesela Cihan devleti Osmanlı'nın büyük sultanı askeri dehasının yanında edebi niteliğini de ortaya çıkaran Yavuz Sultan Selim, matrislerdeki transpoz işlemine benzer nitelikte ünlü bir şiir örneği yazmıştır.(Bkz. Yavuz Sultan Selim Şiiri (Bkz. Yavuz Sultan Selim Şiiri)

Şifreleme işlemlerinde matrisler kullanılır. Şifrelemede veriyi daha karmaşık hale getirmek için matris biçimleri kullanılır. Örneğin, veriler matrislere yerleştirilir ve belirli bir algoritma kullanılarak şifrelenir. Şifre çözme işlemi ise aynı algoritmayı kullanarak matris üzerinde ters işlemler yaparak gerçek veriye ulaşmayı sağlar. Bu şekilde matrisler, şifreleme algoritmalarında verinin gizliliğini artırmak için kullanılır. Matrislerin boyutları, verinin nasıl parçalara ayrılacağı ve karmaşıklaştırılacağı konularında belirleyici bir rol oynar. Matris kullanarak şifreleme yöntemleri arasında en yaygın olanları, Hill Cipher ve Playfair Cipher'dir. Hill Cipher'da, metin blokları matrisler olarak işlenir ve matrisler arasında modüler aritmetik işlemleri yapılır. Hill cipher, matris işlemlerini kullanarak metinleri şifrelemek veya çözmek için kullanılır. Matrislerle çalışarak her harfi sayıya çevirip matris çarpımıyla şifreleme işlemi gerçekleştirilir.

Hill cipher, çoklu formların kullanıldığı bir blok şifreleme tekniğidir. Anahtar matrisleri kullanılarak metin blokları üzerinde matris çarpımı işlemi gerçekleştirilir. Bu işlemle metin bloğu şifrelenir ve ardından şifreli metin bloğu elde edilir. Hill cipher şifresini oluşturmak için şu adımları takip edebilirsiniz: 1. Anahtar şifre çözücü matrisini oluşturun: İlk adım, şifreleme için kullanılacak anahtar matrisini oluşturmaktır. Bu matris, metni şifrelemek ve ardından şifreyi çözmek için kullanılacaktır. Genellikle tüm matris elemanları mod 26'ya göre olan tam sayılar içeren bir matris olmalıdır. 2. Metin bloğunu oluşturun: Şifrelenecek metni bloklara bölme işlemi yapın. Bloklar genellikle belirli bir boyuta sahip olmalıdır. Burada boyut işlemine kullanıcı karar verir. 3. Her bloğu uygun biçimde şifreleyin: Her metin bloğunu anahtar matrisiyle çarpın. İşlem sonucunda şifreli metin bloğu elde edilecektir. 4. Şifreli metin bloklarını birleştirin: Her bloğu şifreledikten sonra şifreli metin bloklarını birleştirerek tam şifreli bir metin elde edebilirsiniz. Hill cipher, daha karmaşık şifreleme yöntemlerinden biri olduğu için doğru bir şekilde uygulamak ve anahtar matrisini düzgün bir şekilde oluşturmak önemlidir. Şifreleme ve şifreyi çözme işlemlerini doğru bir şekilde gerçekleştirmek için dikkatli olmak gerekir.

Playfair şifreleme tekniği, klasik bir matris şifreleme tekniğidir. Playfair şifrelemesi, iki harfli blokları kullanan bir şifreleme oluşturur. Metindeki harfleri dönüştürmek için bir anahtara dayanır ve genellikle bir 5x5 kare matrisi kullanılarak şifreleme işlemi gerçekleştirilir. Aynı kare matrisi içinde bulunmayan iki harf için kurallar belirlenir ve bu kurallara göre metin şifrelenir. Matriste harflerin yer değiştirmesiyle anahtar kelime oluşturulur. Metin, çift harfler halinde gruplandırılır ve değiştirilerek yönergeler doğrultusunda şifreleme işlemi gerçekleşir. Daha güçlü olabilmek için tekrarlanan harflerin arasına rastgele ekstra harfler konabilir. Güçlü ve basit bir yöntem olmasına rağmen, modern şifreleme yöntemleri tarafından güvenlik açısından önerilmemektedir. Playfair şifrelemesi, tarihsel olarak askeri ve diplomatik iletişimde kullanılmıştır, ancak günümüzde daha güvenilir şifreleme teknikleriyle yer değiştirmiştir.

Mühendislikte, matrisler, birden fazla denklemi ve bilinmeyeni içeren sistemleri modellemek ve çözmek için kullanılır. Matrisler aynı zamanda mühendislik problemlerini analiz etmek, verileri işlemek, görselleştirmek ve dönüştürmek için de önemli bir araçtır. Matrisler, doğrusal cebirde ve sayısal analizde geniş bir uygulama alanına sahiptir ve mühendislerin karmaşık problemleri çözmelerine yardımcı olur. Bu nedenle, matrisler mühendislik alanında temel bir matematik aracı olarak kullanılır.

Kimya alanında, matris kullanımı genellikle kimyasal denge, reaksiyon kinetiği, moleküler yapının analizi gibi konularda karşımıza çıkar. Matrisler, kimyasal denge denklemlerinin matematiksel olarak çözülmesi, reaksiyon hızlarının belirlenmesi ve kimyasal bileşenler arasındaki etkileşimlerin incelenmesi gibi birçok alanda kullanılabilir. Örneğin, kimyasal reaksiyonlarda matrisler, farklı reaksiyon hızlarını temsil eden denklemler halinde kullanılabilir. Bu denklemler matris formunda ifade edilip, reaksiyonların gidiş yönü ve hızı hakkında bilgi sağlayabilir. Ayrıca moleküler yapının analizi için matrisler kullanılarak, kimyasal bileşikler arasındaki bağların gücü, uzunluğu ve türü gibi özellikler incelenebilir. Matrisler, kimyanın matematiksel modellenmesinde ve analizinde önemli bir araçtır ve çeşitli kimya problemlerinin çözümünde başvurulan bir yöntemdir. Matrisler ayrıca spektroskopik verilerin işlenmesi ve kimyasal sistemlerin dinamik modellemesi için de kullanılır. Kimya alanındaki hesaplamalarda matrislerin etkin kullanımı, karmaşık sistemleri daha iyi anlamamıza ve tahmin etmemize olanak tanır. Matrisler, kimyanın analitik, deneysel ve teorik yönlerini bir araya getirerek kapsamlı bir analiz ve çözüm sağlar.

Fizikte matrisler, denklemleri ve sistemleri etkili bir şekilde modellemek için sıkça kullanılır. Örneğin, hareket denklemleri matris formunda yazılabilir ve bu şekilde karmaşık fizik problemleri çözülebilir. Matrisler aynı zamanda elektrik devre sistemleri, titreşim analizi, moment denge denklemleri, elektrik alan Maxwell denklemleri, manyetizma, ışığın kırılması, akışkan dinamiği, ısı transferi ve kuantum mekaniği gibi çeşitli fizik alanlarında da yaygın olarak kullanılır. Matrisler ayrıca vektörlerin dönüşümlerini temsil etmek, vektör ve tensor hesaplamaları yapmak ve veri analizinde kullanılmak gibi alanlarda da önemlidir.

Biyoistatistik ve genetik konularında matrisler sıkça kullanılır. Genetikte, gen ekspresyon verileri veya DNA dizileri matrisler şeklinde temsil edilebilir. Biyolojik organizmaların benzerliklerini veya farklılıklarını incelemek için matrisler kullanılır. Ayrıca filogenetik analizlerde, taksonomik ilişkileri göstermek için evrimsel ağaçlar matrislerle oluşturulur. Örneğin, genetik değişkenlikleri karşılaştırmak için amino asit dizileri matrislerde kıyaslama yapılabilir. Matrisler ayrıca protein-etkileşim ağları, hücresel sinyal iletimi ve metabolik yollar gibi biyolojik süreçlerin modellenmesinde de kullanılır. Genetik araştırmalarda ve epidemiyolojide matrisler sıkça kullanılır. Genetik araştırmalarda genetik benzerlikleri göstermek için genetik matrisler kullanılırken, epidemiyolojide hastalık yayılımını ve etkileşimleri analiz etmek için kullanılır. Matrisler, genetik verileri depolamak, analiz etmek ve genetik ilişkileri incelemek için etkili bir araçtır. Aynı zaman da protein-protein etkileşim ağlarını modellemek ve anlamak için sistem biyolojisi alanında da yaygın olarak kullanılırlar.

Trigonometri nerede kullanılır?

Trigonometri, matematikte ve mühendislikte sıklıkla kullanılan bir bilim dalıdır. Trigonometri, üçgenlerin açıları ve kenarları arasındaki ilişkileri inceleyen bir matematik konusudur. Pratikte trigonometri, karmaşık geometri problemlerini çözmede, açıları ve mesafeleri hesaplamada, dalga analizinde, mühendislik projelerinde, bilgisayar grafiklerinde, astronomik hesaplamalarda ve fizik problemlerinde yaygın olarak kullanılır. Astronomi, jeodezi, coğrafya ve mimarlık gibi birçok alanda da trigonometriye çok fazla ihtiyaç duyulmaktadır.

Trigonometri, grafik çizimi, açı hesabı ve doğrusal olmayan farklı tipteki problemleri çözmede çok faydalıdır ve özellikle dalgalı hareketleri, periyodik olayları veya dairesel hareketleri modellemek için kullanılır. Bu nedenle ses mühendisliği, elektrik mühendisliği, havacılık, denizcilik gibi alanlarda trigonometri önemli bir rol oynar. Ayrıca trigonometri, GPS ve uydu iletişimi gibi modern teknolojilerde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, trigonometri pek çok alanda hayati bir öneme sahiptir.

İntegral nerede kullanılır?

İntegral, matematikte bir fonksiyonun alanını veya toplamını bulmak için kullanılan bir kavramdır. Belirli integral, belirli bir aralıktaki fonksiyonun alanını hesaplamak için kullanılırken, belirsiz integral ise bir fonksiyonun genel çözümünü elde etmek için kullanılır. İntegral hesaplamaları, diferansiyel denklemler, olasılık hesapları, fizikteki alan hesapları, mühendislik uygulamaları gibi pek çok alanda sıkça kullanılmaktadır. 

İstatistik alanında integral, sürekli dağılımların altında kalan alanı hesaplamak için kullanılır. Örneğin, bir olasılık yoğunluk fonksiyonunun altındaki alanı hesaplamak için integral kullanılabilir. Ayrıca, ortalama değer, varyans gibi istatistiksel hesaplamalar da integral kullanılarak elde edilebilir. İntegral, kesikli verileri sürekli hale getirerek istatistiksel analizdeki hesaplamaları daha doğru ve kapsamlı hale getirir. İntegral, istatistiksel analizde sürekli değişkenlerin davranışını anlamak ve modeller oluşturmak için güçlü bir araçtır. İntegral, verilerin sürekliliğini göz önünde bulundurarak daha doğru analizler yapılmasını sağlar ve istatistiksel tahminlerin güvenilirliğini artırır.

Logaritma nerede kullanılır?

Logaritma, matematikte ve diğer bilim dallarında kullanılan önemli bir kavramdır. Logaritma, matematikte özellikle büyük sayılar ve karmaşık hesaplamaların daha basit şekilde ifade edilmesi için kullanılır. Bilimsel hesaplamalar, mühendislik, istatistik, ekonomi gibi alanlarda da sıkça karşımıza çıkar. Logaritma, sayılar ve oranlar arasındaki ilişkileri daha okunaklı bir şekilde ifade etmek, hesaplama adımlarını kolaylaştırmak için epey yardımcı olur. Logaritma ayrıca ses, ışık ve elektrik dalgalarının ölçülmesinde de önemli bir rol oynar. Ses ve elektrik mühendisliği alanlarında logaritma kullanılarak ses seviyeleri, voltaj düşüşleri ve amplifikasyon faktörleri hesaplanır. Optik alanında, ışığın yoğunluğunu, optik filtrelerin etkinliğini ve görüntü işleme algoritmalarında logaritma sıklıkla kullanılır. Coğrafyada, deprem şiddetinin ölçülmesinde Richter ölçeği logaritmik bir ölçek kullanır. Yani logaritma, genel olarak birçok bilim ve mühendislik disiplininde karmaşık verileri daha anlaşılır bir şekilde analiz etmek için yaygın olarak kullanılan önemli bir araçtır.

Çember ve daire nerede kullanılır?

Çember ve daire, günlük hayatta birçok farklı alanda kullanılmaktadır. İşte çember ve dairenin kullanıldığı bazı alanlar:

1. Matematik: Çember, geometrinin temel şekillerinden biridir ve birçok matematiksel problemde ve formülde yaygın olarak kullanılır.

2. Saatler: Saat kadranı bir çember şeklinde olduğundan, saatin zamanı göstermesi için çemberi temel alır. Saat çerçevesi 360⁰ lik açı 12 eşit parçaya bölünerek saat kısımları işaretlenir. Dairesel şekil, doğrusal olarak kabul edilir ve ibrelerin hareketleriyle uyumludur. Çünkü, ibreler de dairesel bir şekilde, saatin her yerinde aynı mesafeyi koruyarak hareket etmek zorundadır. Bu sebeple saatler yuvarlak olarak tasarlanmıştır. Modern saat ürünlerinin geçmişteki güneş saatlerinden alınan ilhamla yuvarlak şekilde dizayn edildiği de söylenebilir. 

3. Trafik işaretleri: Trafik ışıkları ve yol işaret levhaları, uyarı levhaları genellikle çember ve daire şeklinde düzenlenir. Araçların tekerlekleri çember şeklindedir.