Autor Tema: ¿Empaquetamiento infinito?

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16 Noviembre, 2025, 09:51 am
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Norges Grey Pérez

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Sea Cg un cubo grande de volumen  n = 1000  metros cúbicos.
Dentro de Cg  se desea colocar la mayor cantidad posible de cubos y esferas que cumplan: 

1. - Por cada esfera  S, existen exactamente dos cubos asociados: 
     - Un cubo que contenedor (la esfera está inscrita en el cubo). 
     - Un cubo contenido ( el cubo está inscrito en la esfera). 

2. Todos los objetos deben ser disjuntos excepto en casos de inclusión explícita (comparten espacio, pero no pueden superponerse). 

3. Cada persona elige libremente la disposición de los objetos, incluyendo: 
     - El número de subdivisiones por nivel.
     - La profundidad de la recursión.
     - La distribución espacial de cada figura. 

4 -Matemáticamente, no hay restricción en el tamaño mínimo de los objetos. 
   - Físicamente, se considerará un límite inferior práctico de 1 mm cúbico. 

Preguntas: 
a) Matemática pura ¿Será posible colocar infinitos objetos respetando las condiciones? Si es así, demuéstrelo. 
b) Física aplicada: ¿Cuál es la mayor cantidad físicamente significativa de objetos que pueden ubicarse en  Cg tomando ese volumen inferior de 1 mm cúbico ? 

16 Noviembre, 2025, 11:13 am
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

Sea Cg un cubo grande de volumen  n = 1000  metros cúbicos.
Dentro de Cg  se desea colocar la mayor cantidad posible de cubos y esferas que cumplan: 

1. - Por cada esfera  S, existen exactamente dos cubos asociados: 
     - Un cubo que contenedor (la esfera está inscrita en el cubo). 
     - Un cubo contenido ( el cubo está inscrito en la esfera). 

2. Todos los objetos deben ser disjuntos excepto en casos de inclusión explícita (comparten espacio, pero no pueden superponerse). 

3. Cada persona elige libremente la disposición de los objetos, incluyendo: 
     - El número de subdivisiones por nivel.
     - La profundidad de la recursión.
     - La distribución espacial de cada figura. 

4 -Matemáticamente, no hay restricción en el tamaño mínimo de los objetos. 
   - Físicamente, se considerará un límite inferior práctico de 1 mm cúbico. 

Preguntas: 
a) Matemática pura ¿Será posible colocar infinitos objetos respetando las condiciones? Si es así, demuéstrelo. 
b) Física aplicada: ¿Cuál es la mayor cantidad físicamente significativa de objetos que pueden ubicarse en  Cg tomando ese volumen inferior de 1 mm cúbico ?

 No se si he entendido bien lo que propones. Pero en principio.

a) Está claro que se pueden colocar infinitos cubos sin más que tomarlos de arista tan pequeña como queramos.

Por ejemplo se pueden cubos \( C_n \)  unos al lado de los otros de arista \( L/2^n \) de manera que ocuparán una longitud:

\( L\displaystyle\sum_{n=1}^\infty{}\dfrac{1}{2^n}=L \)

escogiendo como \( L \) cualquier longitud igual o inferior al lado del cubo \( 10 \)m,

b) Entiendo que te refieres a que el cubo interior se esa figura cubo-esfera-cubo puede tener como mínimo \( 1 \)mm de lado. En ese caso el exterior puede tener como mínimo \( \sqrt{3} \) milímetros. Colocándolos uno al lado del otro caben a lo largo, ancho y alto, la parte entera del cociente  \( 10000/\sqrt{3} \), es decir, \( 5773^3 \) objetos cubo-esfera-cubo.

Saludos.

CORREGIDO

16 Noviembre, 2025, 12:30 pm
Respuesta #2

Richard R Richard

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a) Matemática pura ¿Será posible colocar infinitos objetos respetando las condiciones? Si es así, demuéstrelo. 


Hola,  si una esfera se inscribe en un cubo, y un cubo se inscribe en una esfera sin cota para el limite mínimo de tamaño , entonces esa acción recursiva permite contener infinitos elementos de ambos.
 


b) Física aplicada: ¿Cuál es la mayor cantidad físicamente significativa de objetos que pueden ubicarse en  Cg tomando ese volumen inferior de 1 mm cúbico ?

Hola, en $$1000m^3$$ entran $$1\times10^{12}$$ cubos de $$1mm^3$$ ese puede ser  tu límite ya que la esfera mínima que inscribe a un cubo de es de $$\sqrt3$$mm de diámetro.
Como en fila entran aprox 5773 de esas esferas y empaquetadas triangularmente en una superficie entran 6665 hileras separadas los centros entre si a 1.5mm, y luego las capas separadas a 1.299 mm dan 7696 capas  luego hay  $$5773\times6665\times7696=296119338320$$  como en cada esfera hay además un cubo habrá el doble de figuras $$592238676640$$  que es menor a $$1\times10^{12}$$

Pero por otro lado el cubo que inscribe una esfera de 1mm^3 tiene $$1.2407...$$ mm de lado entran $$8059^3$$ unidades tanto de cubos como de esferas, es decir $$1046823498758=1.046\times10^{12}$$ que es mayor a $$1\times10^{12}$$  luego inscribir esferas de 1mm^3 en cubos adyacentes contiene mas figuras, que cubos de $$1mm^3$$ solos. Cualquier intento de empaquetar cubos en esferas o viceversa en tamaños mas grandes da menor cantidad, por el volumen que se pierde en las irregularidades y a que cierto tamaños no cumple a rajatablas la inscripción de los vértices en la superficie de la esfera o de la tangencia de la superficie de la esfera en la cara del cubo.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

16 Noviembre, 2025, 10:08 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Hola

Hola, en $$1000m^3$$ entran $$1\times10^{12}$$ cubos de $$1mm^3$$ ese puede ser  tu límite ya que la esfera mínima que inscribe a un cubo de es de $$\sqrt3$$mm de diámetro.
Como en fila entran aprox 5773 de esas esferas y empaquetadas triangularmente en una superficie entran 6665 hileras separadas los centros entre si a 1.5mm, y luego las capas separadas a 1.299 mm dan 7696 capas  luego hay  $$5773\times6665\times7696=296119338320$$  como en cada esfera hay además un cubo habrá el doble de figuras $$592238676640$$  que es menor a $$1\times10^{12}$$

Me pierdo en esa parte. En realidad no se porque hablas de empaquetar esferas. Yo entiendo que nuestros objetos son cubos-esferas-cubos. Es decir un cubo con una esfera inscrita y a su veces un cubo inscrito en ella. Con lo cual lo que manda para que no haya solapamientos es el cubo exterior a ellas. Podemos olvidarnos de las esferas, que solo influyen si entendemos que esa exigencia de 1mm se refiere al tamaño del cubo interior, para hallar a partir de ahí el tamaño del cubo exterior (que coincide con el diámetro de la esfera).

Saludos.

17 Noviembre, 2025, 01:24 am
Respuesta #4

Norges Grey Pérez

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Hola Luis y Richard.

Creo que ambos han omitido un dato importante.
Siempre es obligatorio que cada cubo contenga en su interior una esfera.
Y esto también se aplica a Cg.

O sea la primera esfera contenida tiene como diámetro el lado de Cg.

Gracias.

17 Noviembre, 2025, 03:45 am
Respuesta #5

Richard R Richard

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Hola

Hola, en $$1000m^3$$ entran $$1\times10^{12}$$ cubos de $$1mm^3$$ ese puede ser  tu límite ya que la esfera mínima que inscribe a un cubo de es de $$\sqrt3$$mm de diámetro.
Como en fila entran aprox 5773 de esas esferas y empaquetadas triangularmente en una superficie entran 6665 hileras separadas los centros entre si a 1.5mm, y luego las capas separadas a 1.299 mm dan 7696 capas  luego hay  $$5773\times6665\times7696=296119338320$$  como en cada esfera hay además un cubo habrá el doble de figuras $$592238676640$$  que es menor a $$1\times10^{12}$$

Me pierdo en esa parte. En realidad no se porque hablas de empaquetar esferas. Yo entiendo que nuestros objetos son cubos-esferas-cubos. Es decir un cubo con una esfera inscrita y a su veces un cubo inscrito en ella. Con lo cual lo que manda para que no haya solapamientos es el cubo exterior a ellas. Podemos olvidarnos de las esferas, que solo influyen si entendemos que esa exigencia de 1mm se refiere al tamaño del cubo interior, para hallar a partir de ahí el tamaño del cubo exterior (que coincide con el diámetro de la esfera).

Saludos.
Hola, como siempre quizá  me moví de la raya de enunciado, y leyendo el comentario de Norges , parece que no es lo que busca.
Lo que había pensado en esa frase es empaquetar esferas, dentro del cubo de 1000m^3 , solo pensando en maximizar la cantidad de figuras, acomodando, empaquetando figuras pequeñas, siempre y cuando sean inscritas o contiguas(sin que se corten). Buscando la máxima cantidad que se pueda de cubos o esferas siempre y cuando su volumen sea mayor a 1mm^3 ,
si un cubo de 1mm de lado esta inscrito en una esfera esta tiene $$\sqrt3 mm$$ de diámetro por lo que en una línea hay $$\dfrac{10000}{\sqrt3}=5557$$  a lo largo de una arista del cubo de  10m de lado. Empaquetando una capa superficial tiene una segunda hilera con una separación de centros de 1.5mm donde los centro de 3 esferas vecinas tangentes forman un triangulo equilátero , de esa manera hay $$\dfrac{10000-\sqrt3}{1.5}=6665$$ hileras paralelas. y una segunda capa se puede calcular que estará separada, a 1.19mm formando los centros de 4 de ellas los vértices de un tetraedro regular, así en 10m de altura entran 7696 capas , dando ese total de esferas empaquetadas conteniendo cada una un cubo inscrito de 1mm de lado, pero la cantidad total en menor que inscribir o empaquetar solo cubos.
Ese fue el calculo, también la base de pensar otros esquemas para meter la máxima cantidad de figuras dentro de un cubo a eso le llamo empaquetar.


Si solo en el cubo exterior colocas una sola esfera inscrita y dentro de ésta otro cubo y dentro de él otra esfera y así sucesivamente... el lado cada cubo o el radio de cada esfera interior respecto de una externa es siempre $$\sqrt3$$
así el numero de capas sale $$10000mm= (\sqrt3)^n1mm$$ de donde $$\dfrac{log 10000}{\log(\sqrt3)}=n=16.76\approx16 $$  es decir  solo habrá 16 esferas inscritas concéntricas con su 16 cubos inscritos en ellas. 
Creo que eso respeta este sentido que le quiere dar Norges


O sea la primera esfera contenida tiene como diámetro el lado de Cg.

Esto es Cg tiene una esfera inscrita que tiene un cubo inscrito que tiene una esfera inscrita que tiene un cubo inscrito...  Si es así hasta que el un cubo tiene 1mm de lado para tener  1mm^3 entonces se itera 16 veces



$$L_{ 0 }= 10000 $$
$$L_{ 1 }= 5773.502691896258 $$
$$L_{ 2 }= 3333.3333333333335 $$
$$L_{ 3 }= 1924.5008972987528 $$
$$L_{ 4 }= 1111.1111111111113 $$
$$L_{ 5 }= 641.5002990995844 $$
$$L_{ 6 }= 370.3703703703705 $$
$$L_{ 7 }= 213.8334330331948 $$
$$L_{ 8 }= 123.45679012345684 $$
$$L_{ 9 }= 71.27781101106494 $$
$$L_{ 10 }= 41.15226337448562 $$
$$L_{ 11 }= 23.75927033702165 $$
$$L_{ 12 }= 13.717421124828542 $$
$$L_{ 13 }= 7.919756779007218 $$
$$L_{ 14 }= 4.572473708276181 $$
$$L_{ 15 }= 2.63991892633574 $$
$$L_{ 16 }= 1.5241579027587273 $$
$$L_{ 17 }= 0.8799729754452467 $$

Se ve que $$L_{17}<1mm$$ y se puede calcular que la esfera inscrita de radio $$L_{16}/2$$ tiene mas de 1mm^3 ...Y como empecé a contar en cero hay 17 esferas y 17 cubos contando a cg.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

17 Noviembre, 2025, 05:38 am
Respuesta #6

Norges Grey Pérez

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Hola Richard.

En realidad al parecer no has comprendido bien el enunciado.
Y eso que eres brillante en estos cálculos, pero a veces puede pasar
Aún a la IA le ha costado trabajo.

Resulta que el reto está en colocar la mayor cantidad de cubos y esferas, y la realidad es que hay de todos los tamaños, siempre y cuando sean menor a Cg, o sea no existen cubos mayores a Cg, ni esferas con diámetros mayores al lado de Cg. Pero menores si haybde todos los tamaños.
Cada vez que se inscribe una esfera, quedan 4 esquinas 3D que también ofrecen lugar para colocar cubos y esferas menores.
Ahí está el mayor reto.

Entonces dentro de cada cubo pueden inscribirse n esferas, una con diámetro igual al lado del cubo contenedor, y muchas otras más según el diámetro escogido.

Bueno, espero que ahora comprendas un poco mejor.

Gracias.

17 Noviembre, 2025, 09:34 am
Respuesta #7

Luis Fuentes

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Hola

Richard R Richard:

Hola, como siempre quizá  me moví de la raya de enunciado

Es normal; el enunciado es confuso.

Citar
, y leyendo el comentario de Norges , parece que no es lo que busca.

No te preocupes por eso. Insisto. El enunciado no es 100% claro. O mejor dicho las aclaraciones que después ha hecho Norges, no se deducen de su enunciado original. No podemos leer la mente.

Citar
Lo que había pensado en esa frase es empaquetar esferas, dentro del cubo de 1000m^3 , solo pensando en maximizar la cantidad de figuras, acomodando, empaquetando figuras pequeñas, siempre y cuando sean inscritas o contiguas(sin que se corten). Buscando la máxima cantidad que se pueda de cubos o esferas siempre y cuando su volumen sea mayor a 1mm^3 ,

¿Sólo esferas? ¿Entonces entiendo que si permitías que los cubos que las contiene se cortasen? Si es así puedo entender por donde van los tiros de lo que dices después; pero si no hablamos sólo de cubos sino del objeto cubo-esfera-cubo. Entonces sigo sin entenderlo. No insisto más hasta aclarar esto.

Norges Grey Pérez:

En realidad al parecer no has comprendido bien el enunciado.
Y eso que eres brillante en estos cálculos, pero a veces puede pasar
Aún a la IA le ha costado trabajo.

Sería como mínimo mucho más cortés decir algo así como "quizá no me he explicado del todo bien el enunciado"; o "quizá lo que puse no refleja lo que yo tenía en mente".

Digo "como mínino" porque de hecho el enunciado original no se corresponde con alguna de las aclaraciones que haces después. Por ejemplo, dices:

Hola Luis y Richard.

Creo que ambos han omitido un dato importante.
Siempre es obligatorio que cada cubo contenga en su interior una esfera.
Y esto también se aplica a Cg.

No veo ninguna frase en la redacción original del enunciado de la cuál se tenga que deducir que el cubo original, el más grande, tenga que tener inscrita una esfera. No veo ese dato. Allí se habla de un cubo de \( 1000m^3 \) donde y dentro de el OTROS objetos cubo-esfera-cubo de tamaño arbitrario.

Por lo demás con cualquier interpretación mínimanente razonable del enunciado, la respuesta al apartado (a) siempre es la misma. Se pueden incluir infinitas esferas, ya que si hay un número finito, habrá volúmenes no ocupados dentro de los cuáles siempre cabrá un nuevo objeto cubo-esfera-cubo suficientemente pequeño.

En cuanto al apartado (b) sigo sin tener 100% claro que tienes en mente; no tengo claro exactamente que significado das al límite de 1mm. ¿Qué el cubo más pequeño que puede apercer tiene ese lado? ¿Que la menor separación entre dos superficies puede ser de 1mm?. ¿Otra cosa?.

Tampoco tengo claro que configuraciones permites u obligas. Sospecho en que estás pensado en que es obligatorio que dentro de cada cubo siempre haya un esfera, recursivamente; y luego también en las esquinas. En una especie de composición fractal. Pero no estoy seguro. Por que otra opción, por ejemplo sería llegar la figura original, que según tu nueva comentario parecese ser que es un cubo grande con una esfera en él y a su vez un cubo en ella; con cubitos-esferitas-cubitos lo más pequeños posibles (dentro de lo admitido) en todo cuanto hueco quedó sin ocupar.

Creo que a lo mejor sería más fácil de entender a que te refieres pensando el problema en dos dimensiones con cuadrados y circunferencias.

Si tengo tiempo hago algún dibujo, para ilustrar las posibles interpretaciones de lo que dices. Aunque estos días dudo que lo tenga.

Gracias.

17 Noviembre, 2025, 11:01 am
Respuesta #8

Richard R Richard

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Hola, Norges,  las respuestas que te doy, son las que puedo deducir  de tu enunciado, cada vez que aclaras me corres el arco de lo que puedo o no puedo poner en la caja.


Si a rajatabla, cada esfera está inscrita en una caja, y cada caja inscrita en una esfera, esto es sus 8 vertices tocan la misma esfera, , entonces la respuesta es 34 figuras como dije.

Así si cumplen la condición 1 salvo Cg qué no

Si una caja pueda tener vértices que no toquen la misma esfera, entonces vale 1.046 e12,.pero obligas a Cg tener su esfera inscrita

Ahora parece que  si o si pones la condición de que cada caja tiene una esfera inscrita tocando sus caras, el tema es …
Si los huecos entre de las esferas y cubos, solo se pueden rellenar con cubos, salvo la solución conentrica de 34 qué di, seguro que algún cubo no tiene los vértices  en la misma esfera, y con esa condición ya puedo apilar cubos con esferas del tamaño que quiera por fuera y por dentro de la esfera qué acompaña a CG, que es lo único  que cambiaría  para que no ocurriese mi primer solución.


Entonces los cubos ¿sí o no , tocan  todos sus vertices en la misma esfera?
En caso que sí ya te di la respuesta.
En caso que no, ¿Sí o sí es necesario que al menos un vértice del cubo toque sobre alguna esfera?

Luis , lo que no me seguías y ahora ya no tiene mucho sentido , era llenar el cubo CG con la mayor cantidad  de bolitas con un cubo dentro, a eso le llamo empaquetar BCC,FCC,...pero nada ahora pinta otra cosa. No cumplian la condicion 2.Eran bolitas no inscritas en CG, pero ahora parece que permite  lo contrario, cubos no inscritos en la esfera inscrita  en CG, veremos que propone.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

17 Noviembre, 2025, 11:50 am
Respuesta #9

Luis Fuentes

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Hola

 Yo creo que se refiere a algo así (idea análoga en 2D).



 Lo he hecho algo rápido pero espero que se entienda la idea. Por supuesto faltan muchos mas cuadraditos y esferitas por dibujar.

Saludos.