EneroFebrero 2011
Número I
Editorial En este primer boletín del año 2011, la Sociedad de Ecuatoriana de Ma temática saluda a sus miembros y a todas las personas que siguen nues tras actividades, por medio de nues tra página web y ahora por nuestro boletín. Al inicio de un nuevo año, la SEdeM se ha planteado algunas me tas que con el esfuerzo y colabora ción de todos sus miembros esperamos se vayan materializando. En este boletín hacemos una invita ción, no oficial, a la VIII edición de
EneroFebrero 2011 Número 1 las Olimpiadas de la Sociedad de Ecuatoriana de Matemática que serán lanzadas en el mes de febrero. Además, en la sección de anuncios promocionamos actividades en las áreas de la enseñanza de la ma temática, la investigación científica y otros eventos, con el ánimo de que todas las personas interesadas estén informadas y preparen sus agendas. Les recordamos que su opinión es importante, escríbanos!
Contenidos Editorial
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Nuevo Curriculum de Matemática para el Bachillerato Ecuatoriano
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Matemáticas para el corazón
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Ponte a prueba
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Anuncios
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Nuevo Curriculum de Matemática para el Bachillerato Ecuatoriano En el mes de diciembre de 2010, el Ministerio de Educa ción del Ecuador presentó la propuesta para la discusión ciudadana del Nuevo Bachillerato Unificado Ecuatoriano a través de su portal http://bachillerato.educa cion.gob.ec/portal/. Durante algunas décadas, en el Ecuador se han ido creando diversos tipos de bachillerato, hasta el punto de existir cerca de una centena de ellos. Como consecuen cia de esto, el nivel académico de los bachilleres ecuato rianos ha sido dispar, y, en muchos casos, ha imposibilitado a muchos el poder acceder, no solo a la universidad, sino también a puestos de trabajo. La nueva propuesta se caracteriza por ofrecer única mente un bachillerato, que consta de un tronco común durante los dos primeros años, y de una de dos "especia lizaciones" durante el tercero: Ciencias y Técnico. Es importante señalar que la nueva propuesta del Ba chillerato no toma como único objetivo fundamental pa ra el egresado el ingreso a la Universidad. Además de
...el nivel académico de los bachilleres ecuato rianos ha sido dispar, y, en muchos casos, ha imposibilitado a muchos el poder acceder, no solo a la universidad, sino también a puestos de trabajo. este objetivo, se espera que los egresados del bachillera to puedan incorporarse adecuadamente en el sistema la boral (es decir, estén todos en igualdades de condiciones para acceder a un cierto tipo de empleos), y también puedan acreditarse en sistemas no formales de forma ción técnica. La asignatura de Matemática en el nuevo curriculum será dictada en los tres años del bachillerato. Además, en el tercero, se ofrece un curso optativo de Matemática,
para aquellos estudiantes que tenga mayor interés en el campo de las Ciencias, o que estén decididos a seguir la Universidad. El nuevo curriculum ha sido diseñado desde el con cepto de las "destrezas con criterio de desempeño", en lugar de los contenidos. "Las destrezas con criterios de desempeño expresan el saber hacer, con una o más ac ciones que deben desarrollar los estudiantes, estable ciendo relaciones con un determinado conocimiento teórico y con diferentes niveles de complejidad de los criterios de desempeño. Las destrezas se expresan res pondiendo a las siguientes interrogantes: ¿Qué debe saber hacer? Destreza. ¿Qué debe saber? Conocimiento. ¿Con qué grado de complejidad?. Precisiones de pro fundización." (Información extraída de http://bachillerato.educacion.gob.ec/portal/index.php? option=com_content&view=article&id=94&Itemid=23 2) La asignatura de matemática ha sido divida en cuatro bloques: 1. Números y Funciones. 2. Álgebra y Geometría. 3. Matemática Discreta. 4. Probabilidad y Estadística. La inclusión de los bloques de Álgebra y Geometría, y de Matemática Discreta es, quizás, la mayor novedad en el nuevo curriculum. De manera precisa, en el segundo bloque se enfatiza en la relación entre álgebra y geometría. Se inicia con la noción de vector, y a través de ésta, se desarrollan los conceptos geométricos de la recta y el plano. Entre una de los aportes de este enfoque es el de erradicar de la educación ecuatoriana (cont.página 2)
(viene de la página 1) la noción simplista de vector como un concepto que le "pertenece a la Física", cuyo uso inadecuado ha dado lu gar a presentar el estudio de los problemas físicos como problemas matemáticos, aunque bajo un ropaje aparen te de física. Más novedoso aún es la inclusión del bloque de Ma temática Discreta. Sobre éste se dice: "Este bloque pro vee de conocimientos y destrezas necesarias para que los estudiantes tengan una perspectiva sobre una varie dad de aplicaciones, donde instrumentos matemáticos relativamente sencillos sirven para resolver problemas de la vida cotidiana: problemas de transporte, asigna ción de recursos, planificación de tareas, situaciones en sí complejas, pero muy comunes en el mundo laboral." A través del portal del Ministerio de Educación, la ciudadanía puede participar activamente con sus opinio nes y comentarios sobre la propuesta. La ejecución de es te nuevo bachillerato se realizará gradualmente. En septiembre del 2011, en la Sierra, en Marzo 2012 en la Costa, se iniciará únicamente con el primer año del nue
vo bachillerato; un año más tarde, se incluirá el segun do año; y, en 2013, los tres años del bachillerato trabajarán ya con la nueva propuesta. Mientras tanto, el Ministerio trabaja tanto en la ela boración de los textos, así como en la planificación para la capacitación de los docentes para enfrentar este nue vo reto, fundamental para el desarrollo de nuestro país. En el equipo de curriculistas que ha elaborado el nuevo curriculum, han participado varios matemáticos y matemáticas, profesores de algunas universidades del Ecuador y miembros de la Sociedad Ecuatoriana de Ma temática. Con el trabajo de estos colegas y la ejecución en el futuro del nuevo bachillerato unificado, la SEdeM espera que en el adolescente ecuatoriano se desarrolle una cultura matemática que le permita, no solo acceder a los estudios universitarios que se ofrecen en nuestro país, sino también optar con pleno conocimiento por el estudio de la matemática como una profesión por sí misma.
Matemáticas para el corazón Por Sergio González Andrade1 y Pedro Merino2 La relación de las matemáticas y la medicina ha tenido un gran impulso en los últimos años. El estudio de diver sos problemas que aparecen en las ciencias biomédicas desde la perspectiva del cálculo científico ha generado un campo de investigación de gran interés y potenciali dad: la medicina computacional. Este campo constituye actualmente una base científica que sustenta la investiga ción de grupos interdisciplinarios en medicina, que tie nen como objetivo desarrollar nuevas técnicas para mejorar los métodos de diagnóstico existentes, sin poner en riesgo la salud de potenciales pacientes. La tomo grafía computarizada es un buen ejemplo de cómo la ciencia y la técnica pueden aportar con métodos de diagnóstico no invasivos. Además, con los avances tecnológicos es ahora posible desarrollar y afinar dispositi vos inteligentes de control de enfermedades críticas con mayor precisión. Hoy en día, el desarrollo de mode los matemáticos del funcionamiento de nuestro cuerpo y las enfermedades que lo afectan es una rama en la que muchos matemáticos han puesto atención y esfuerzo, desarrollando métodos que permi ten una descripción cada vez más realista de la vasta complejidad del cuerpo humano. Para citar algunos cam pos activos tenemos: el tratamiento de imágenes médi cas; la modelización matemática que desarrolla mecanismos para describir el funcionamiento del cere bro, la sangre y el ADN; además de modelos epidemioló gicos y de enfermedades crónicas, entre otros. En este breve artículo, queremos dar una idea de al
gunas de las técnicas matemáticas que actualmente se utilizan para investigar el funcionamiento del corazón. Matemáticos, biólogos y médicos presumen que el co razón tiene un comportamiento muy similar a un siste ma caótico no aleatorio (ver http://www.siam.org/ careers/pdf/heart.pdf). El corazón es un sistema eléc trico complejo que tiene la función de bombear la san gre por todo el cuerpo. De aquí que los matemáticos tienen algunas formas de entender a este órgano: mode lando el flujo de la sangre mediante las ecuaciones de la dinámica de fluidos en las arterias, modelando la mecá nica de su movimiento y las cámaras que lo componen, y modelando su comporta miento eléctrico. La importancia de estos modelos matemáticos es que, por ejemplo, pue den ser empleados para identificar pa cientes que poseen alto riesgo de presentar enfermedades cardiacas, gracias a la comparación con patrones cíclicos re gulares que un corazón muestra en las simulaciones. La simulación cardíaca data de los 1700, cuando el matemático suizo Leonard Euler formuló un modelo de la dinámica de fluidos en las arterias. Un interesante video al respecto de la simulación del fluido sanguíneo se puede ver en http://www.physorg.com/news/2010 12heplingheartmath.html: . Desde esos tiempos, el interés en estos estudios ha crecido y se ha vuelto un área interdisciplinaria muy atractiva para varios grupos de investigación.
1,2 Investigadores del Grupo de Optimización de la Escuela Politécnica Nacional
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Boletín Número 1
En el Grupo de Optimización de la Escuela Politécnica Nacional (http://www.math.epn.edu.ec/resgroup/), va rios investigadores en el área de la optimización conti nua y el control hemos emprendido estudios de algunos problemas matemáticos relacionados con el corazón. Un área de interés es la modelización del miocardio y su dinámica eléctrica y, a partir de este análisis, entender y controlar las arritmias cardíacas. En esta iniciativa conta mos con la colaboración de varios científicos internacio nales como aquellos asociados al grupo de investigación constituido por las Universidades de Graz, Austria: "SFB Research Center Mathematical Optimization and Applica tions in Biomedical Sciences: http://math.uni graz.at/mobis". Otra área que ha captado nuestra aten ción es la hemodinámica, es decir la modelización del flujo sanguíneo. El estudio de este complejo sistema abar ca el estudio del flujo en las grandes arterias, donde la sangre se comporta como un fluido viscoso, hasta el flujo en capilares donde el efecto viscoplástico de la sangre juega un papel fundamental. En particular, una de las técnicas matemáticas utiliza das para los propósitos antes mencionados es la optimiza ción y el control óptimo. Para comprender como la optimización matemática es aprovechada en la simula ción y control del tejido cardíaco a nivel celular, empece mos por mencionar que los fenómenos eléctricos que ocurren en el corazón pueden ser explicados por ecuacio nes. Como caso particular, Rubin R. Aliev y Alexander V. Panfilov presentaron en 1996 un modelo sobre la propa gación del pulso eléctrico en el miocardio (ver [1]). Este modelo permite simular varios parámetros cuantitativos del tejido cardíaco, como el potencial de acción. Este po tencial es una variación de corto tiempo en el potencial eléctrico de la superficie de una célula cardíaca, en res puesta a una estimulación eléctrica. Esta variación provo ca la transmisión de un impulso eléctrico que viaja a través de la membrana celular y es, por tanto, la primera magnitud responsable de la contracción del miocardio. Un estudio analítico sobre las soluciones de estas ecua ciones es el punto de partida para el matemático. Luego está la simulación de estas ecuaciones, que requiere de métodos computacionales, basados en los estudios teóri cos, diseñados para obtener resultados numéricos que pueden ser aprovechados por los médicos que investigan el fenómeno fisiológico. En base a los parámetros simula dos de estas ecuaciones, los médicos pueden establecer perfiles del funcionamiento de corazones reales, los que a su vez, permiten identificar el comportamiento del co
razón de un paciente, teniendo en cuenta edad, sexo, etc. Por otro lado, cuando se presentan alteraciones en la sucesión normal de los impulsos que se propagan a través de las células cardíacas, lo que implica una desvia ción del ritmo normal del corazón, estamos en presencia de arritmias [1][2]. Un posible tratamiento a esta enfer medad crónica podría consistir en influir eléctricamente en el miocardio de tal manera que se pueda llevar el rit mo del corazón de patrones asociados con la arritmia a patrones regulares de este campo eléctrico asociados con el tejido sano, que en general, son patrones que repre sentan la ausencia de estímulos externos. Pero, ¿qué in tensidad debería tener este campo eléctrico? y ¿en qué zonas del tejido cardíaco se debería aplicar? Es justamente la teoría de control óptimo la que nos ayuda a responder estas preguntas. Gracias a esta rama de las matemáticas, podemos escoger los parámetros que representan los campos eléctricos que debemos inducir en el corazón y a los cuales llamamos controles. La idea es escoger los controles (intensidad y localización de los impulsos eléctricos) de manera óptima, en el sentido que estos deben respetar ciertas restricciones de orden médi co y tecnológico, y que son capaces de llevar al corazón de un estado de arritmias caracterizado por patrones tur bulentos, lo más próximo de un estado deseado prescrito en un tiempo adecuado. Por supuesto, hablamos en un sentido matemático. Para que este conocimiento se trans fiera a la aplicación médica, otras ciencias y disciplinas deben intervenir. Para producir la tecnología que aplique el conocimiento generado por la ciencia, hace falta un trabajo de investigación médica para que en el mediano plazo se desarrollen métodos de respuesta inmediata pa ra el diagnóstico oportuno de problemas cardíacos y, a largo plazo y con la intervención de la ingeniería, sea posible la fabricación de dispositivos reales que contro len las arritmias y otras enfermedades asociadas. Todo esto, basado en el conocimiento científico que aportan las matemáticas.
Referencias [1] R. R. Aliev and A. V. Panfilov, A simple twovariable model of cardiac excitation, Chaos, Solitons & Fractals, 7 (1996), pp. 293–301. [2] A. V. Panfilov, Spiral Breakup in an Array of Coupled Cells: The Role of the Intercellular Conductance, Physical Review Letters, 88 (2002), pp. 1181011–4.
Ponte a prueba Un coleccionista tiene doce estatuillas de oro idénticas entre sí, excepto porque el peso de una de ellas es ligera mente diferente (no se sabe si menor o mayor) al de las demás. En un arrebato de vanidad, el coleccionista ha in vitado a algunos amigos a su casa para que éstos puedan admirar y alabar la belleza de sus estatuillas. Cuando to dos han terminado de hacerlo, él saca una balanza de platos1 que tenía guardada en su cuarto y, confiado en la imposibilidad de la tarea, se dirige socarronamente al Boletín Número 1
grupo: "¡Sólo mi generosidad supera al valor de estas es tatuillas! Como prueba, estoy dispuesto a regalárselas a la primera persona que pueda determinar, usando tan sólo tres veces esta balanza, cuál estatuilla tiene su pe so diferente al de las otras.” Pero el incauto coleccionis ta no ha considerado que entre sus amigos está una brillante estudiante de matemáticas, hábil en el dominio de la lógica y deseosa de castigar su osadía. ¿Puedes de cirnos cómo lo hace? Página 3
Nota: 1. La balanza no tiene escala numérica alguna. Contiene solamente dos brazos de los que cuelgan dos platos don de pueden colocarse los objetos a pesar. La balanza se in clina hacia el lado del objeto más pesado. Envíanos tu respuesta a: contacto@sedem.org.ec. Solución al problema del número anterior: Recibimos de Santiago Arellano, desde Göteborg (Sue cia), la única respuesta correcta para el último proble ma. A continuación nuestra solución: La princesa pintó un punto de color azul. Para explicarlo, notemos primero que cualquier pretendiente que vea única mente puntos blancos sobre la frente de sus compañeros puede concluir inmediatamente que el punto sobre su fren
te es azul, pues la princesa dijo que pintaría al menos un punto de este color. Supongamos ahora que el punto en la frente del pretendiente más joven es blanco. En este caso, el primer pretendiente vería un punto blanco y un punto azul, y no podría decidir nada. El segundo pretendiente vería también un punto blanco y uno azul, pero sabría además que el primer pretendiente no pudo decidir nada. Con esta información adicional, él podría concluir que el primer pretendiente no vio dos puntos blancos, y que por tanto el punto en su frente debe ser forzosamente azul. En otras palabras, si el punto sobre la frente del pre tendiente más joven fuese blanco, entonces el segundo pre tendiente hubiese resuelto el acertijo. (Recordar que todos los pretendientes dominan hábilmente las reglas de la infe rencia lógica.) Como esto no ocurrió, el punto sobre la frente del tercer pretendiente debe ser azul.
Anuncios VIII Edición de la Olimpiada de Matemática de la SEdeM http://www.sedem.org.ec/ En las próximas semanas se realizará el lanzamiento de la VIII Edición de la Olimpiada de Matemática de la SE deM, concurso dirigido a estudiantes de distintos niveles de escuelas y colegios. La edición del 2010 contó con la participación récord de más de 650 alumnos de 45 cole gios de 7 provincias del Ecuador. Esperamos para este año continuar creciendo y poder superar esta cantidad. A las personas interesadas les solicitamos registrar sus datos en la página web de la SEdeM con la finalidad de poder mantenerlas informadas vía correo electrónico del avance de la organización, o visitar regularmente esta página. LAGOS’ 11 – LatinAmerican Algorithms, Graphs and Optimization Symposium Bariloche, Argentina – 28 de marzo a 1ro. de abril de 2011 http://www2.dc.uba.ar/lagos2011/homepage.html El Simposio Latinoamericano en Algoritmos, Grafos y Optimización (LAGOS) es un evento bienal que unifica dos conferencias regionales previas en las áreas de teoría de grafos, investigación de operaciones, programa ción matemática y algoritmos: el Simposio Brasileño en
Comité Editorial: Sergio González Pedro Merino Luis Miguel Torres Juan Carlos Trujillo Maquetación: Andrés Merino
Grafos, Algoritmos y Combinatoria (GRACO) y la Confe rencia Latinoamericana en Combinatoria, Grafos y sus Aplicaciones (LAGCA).
XIII Conferencia Interamericana de Educa ción Matemática (XIII CIAEM) Recife, Brasil – 26 al 30 de junio de 2011 http://www.cimm.ucr.ac.cr/ocs/index.php/xiii_ ciaem/xiii_ciaem El Comité Interamericano de Educación Matemática (CIAEM) convoca a educadores, investigadores, especia listas y estudiantes en Educación Matemática de las Américas y del mundo a la XIII Conferencia Interameri cana de Educación Matemática (XIII CIAEM) que se ce lebrará en Recife (Brasil), en junio del 2011, año en que el CIAEM cumplirá 50 años de existencia.
Blog sobre combinatoria y teoría de la com putación http://combinatoriaperu.blogspot.com/ Juan Gutiérrez desde Lima (Perú) nos ha enviado un en lace a un blog que él ha creado sobre combinatoria y teoría de la computación. Felicitamos a Juan por tal ini ciativa e invitamos a todos a visitar este sitio en el Inter net.
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