Autor Tema: Lo delicado del paso de lo finito a lo infinito. Ej: paradoja de la escalera

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27 Noviembre, 2025, 10:51 am
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Richard R Richard

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Aclaración de la administración:

Este hilo se ha separado de este otro "Argumentos contrarios a la actual teoría de cardinales de conjuntos infinitos.", a raíz de este mensaje de Jesús Gautier:


Spoiler
Un pequeño apunte, tal vez un poco filosófico.
A veces, para ayudarse en la comprensión de argumentos y la percepción que otros tienen sobre ellos, vale considerar los casos extremos, ya sea por ejemplo el caso más optimista o el caso más pesimista. Tal vez el punto de vista más pesimista es que no hay manera de convencerse de argumentos sobre infinitos actuales usando analogías intuitivas. De ahí que por más que se observe el comportamiento de un patrón generado en un número finito de pasos, según la visión pesimista, no se puede sacar legitimamente conclusión alguna del respectivo caso infinito. Una ilustración, que curiosamente también se podría llamar "diagonalización" si aceptamos ser torpes con el lenguaje, es el de la siguienta figura del libro El infinito: una introducción, de Ian Stewart (2020):
Tomado de la edición original en inglés, de mayor circulación. Stewart reporta (traducción mía):
Citar
Imagínese una "escalera" regular a lo largo de la diagonal de un cuadrado de lado unitario.
La longitud total de esta línea poligonal —peldaños y contrahuellas— es 2 unidades, porque los peldaños suman 1 unidad, al igual que las contrahuellas. Si el número de escalones se vuelve infinito, y cada escalón se vuelve infinitamente pequeño, la escalera se convierte en la diagonal del cuadrado. Por lo tanto la longitud de la diagonal es 2.

Pero esto contradice el teorema de Pitágoras. La respuesta de Stewart a esta aparente paradoja es simplemente que la longitud de la curva dada por el límite de las sucesión de líneas poligonales no es de ningún modo el límite de las longitudes de los escalones. ¿Cómo sabe esto Stewart?

Independientemente de la respuesta —que desconozco, porque no sabría dónde consultar la teoría sobre sucesiones infinitas de líneas poligonales—, la moraleja es que, en efecto, la estrategia de abordar argumentos infinitistas usando analogías intuitivas es engañosa. La visión pesimista antes mencionada concluye entonces que para entender un teorema como el de Cantor sobre cuál es la relación de equipotencia entre \( \left(0,1\right) \) y \( \mathbb{N} \), hay que necesariamente seguir los argumentos matemáticos precisos, quizás examinando muy de cerca los axiomas y la genealogía de teoremas necesarios para el resultado de Cantor, aceptando las reglas que hacen posible tal precisión científica. Para ejemplificar esto último, pienso en los inacabables debates sobre la identidad \( 0.\overline{9}=1 \) que abundan en foros de internet. Estos debates no acaban precisamente porque cierta facción de los participantes no se acomoda al estándar de discusión científico (que implicaría examinar por ejemplo el axioma de completitud de \( \mathbb{R} \) y la propiedad arquimediana) y se quedan sin superar la estrategia de usar solo argumentos intuitivos.
[cerrar]

Aunque esta derivación del debate ha surgido de manera natural, es más claro tratarla en un hilo diferente.

A su vez hemos hecho otra separación donde se discute exclusivamente la paradoja de Banach-Tarski.


Un pequeño apunte, tal vez un poco filosófico.....

. Una ilustración, que curiosamente también se podría llamar "diagonalización" si aceptamos ser torpes con el lenguaje, es el de la siguienta figura del libro El infinito: una introducción, de Ian Stewart (2020):
Tomado de la edición original en inglés, de mayor circulación. Stewart reporta (traducción mía):
Citar
Imagínese una "escalera" regular a lo largo de la diagonal de un cuadrado de lado unitario.
La longitud total de esta línea poligonal —peldaños y contrahuellas— es 2 unidades, porque los peldaños suman 1 unidad, al igual que las contrahuellas. Si el número de escalones se vuelve infinito, y cada escalón se vuelve infinitamente pequeño, la escalera se convierte en la diagonal del cuadrado. Por lo tanto la longitud de la diagonal es 2.

Pero esto contradice el teorema de Pitágoras. La respuesta de Stewart a esta aparente paradoja es simplemente que la longitud de la curva dada por el límite de las sucesión de líneas poligonales no es de ningún modo el límite de las longitudes de los escalones. ¿Cómo sabe esto Stewart?

Independientemente de la respuesta —que desconozco, ...

No sé a que viene en el hilo esta respuesta, cual es la intención de que aparezca,  si es como dices es que no conoces la respuesta,  entonces abres un nuevo hilo, y haces la pregunta, allí se darán detalles de porqué, pero la respuesta es simple , representar  una escalera  de altura finita con  infinitos peldaños de lados iguales,  mediante una diagonal es una idea intuitiva, pero no significa  que la longitud  de una diagonal sea igual a la suma de los infinitos lados qué sigue siendo 2L. No hay nada paradójico,  solo temas con un buen clickbait para vender desde libros hasta videos de YouTube, quien dice que todo lo que se escribe en un libro o se afirma en un vídeo es cierto.
Me sorprendería que, como no he leído el libro,  Steward publique  un libro defendiendo  que el límite será  la longitud de la diagonal.

Entender el infinito no es fácil, pero no imposible  , en el argumento  de Cantor una vez definida un biyección  entre números  reales diferentes  entre 0 y 1, con los naturales, su puede ver que hay al menos 1 real más, luego infinitos mas, que no están en la biyección  luego hay más reales que naturales. Si los naturales  son infinitos entonces los reales tienen  otra clase de infinito aun mas grande. Creo que esa es la idea que nos dejó ver.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

27 Noviembre, 2025, 11:39 am
Respuesta #1

feriva

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Un pequeño apunte, tal vez un poco filosófico.
A veces, para ayudarse en la comprensión de argumentos y la percepción que otros tienen sobre ellos, vale considerar los casos extremos, ya sea por ejemplo el caso más optimista o el caso más pesimista. Tal vez el punto de vista más pesimista es que no hay manera de convencerse de argumentos sobre infinitos actuales usando analogías intuitivas. De ahí que por más que se observe el comportamiento de un patrón generado en un número finito de pasos, según la visión pesimista, no se puede sacar legitimamente conclusión alguna del respectivo caso infinito. Una ilustración, que curiosamente también se podría llamar "diagonalización" si aceptamos ser torpes con el lenguaje, es el de la siguienta figura del libro El infinito: una introducción, de Ian Stewart (2020):


Los dos primeros son cuadrados \( n\times n \), donde “n” es un número, una cantidad, un valor; el tercero es un “cuadrado” \( \aleph_{0}\times\aleph_{0} \) (el de la diagonal de Cantor) donde \( \aleph_{0} \) es un cardinal, no es un número o un valor. Eso, en realidad, no tiene forma cuadrada, no hay valores de distancias entre los vértices ni nada así; pero igual que coloquialmente podemos hablar de “cantidad o valor infinito“, yo digo (para mí) que es un cuadrado (no lo es).

La propiedad de cerradura algebraica no permite pasar de los escalones al continuo, por muy pequeños que sean; es un salto, no un paso, un salto del concepto de cantidad a un concepto distinto, el de cardinal.

Saludos.

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

Luis Fuentes

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Hola

 Varias cosas:

Jesús Gautier:

De ahí que por más que se observe el comportamiento de un patrón generado en un número finito de pasos, según la visión pesimista, no se puede sacar legítimamente conclusión alguna del respectivo caso infinito.

 Si. El problema es que muchas veces lejos de aclarar, confunde. Porque el infinito tiene un comportamiento cualitativamente distinto a lo finito.

Citar
Una ilustración, que curiosamente también se podría llamar "diagonalización" si aceptamos ser torpes con el lenguaje, es el de la siguienta figura del libro El infinito: una introducción, de Ian Stewart (2020):
Tomado de la edición original en inglés, de mayor circulación. Stewart reporta (traducción mía):
Citar
Imagínese una "escalera" regular a lo largo de la diagonal de un cuadrado de lado unitario.
La longitud total de esta línea poligonal —peldaños y contrahuellas— es 2 unidades, porque los peldaños suman 1 unidad, al igual que las contrahuellas. Si el número de escalones se vuelve infinito, y cada escalón se vuelve infinitamente pequeño, la escalera se convierte en la diagonal del cuadrado. Por lo tanto la longitud de la diagonal es 2.

 Ese tema y otros análogos se discutieron en estos hilos:

https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=15555
https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=40449.0
https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=12415

Citar
Pero esto contradice el teorema de Pitágoras. La respuesta de Stewart a esta aparente paradoja es simplemente que la longitud de la curva dada por el límite de las sucesión de líneas poligonales no es de ningún modo el límite de las longitudes de los escalones. ¿Cómo sabe esto Stewart?

 La respuesta a esa pregunta está en los hilos anteriores. Pero de todas formas, el enfoque es más bien el inverso. Si alguien afirma que la longitud de la curva límite es el límite de las longitudes de las poligonales, debería de dar un porqué, una demostración. La "paradoja" de la escalera es precisamente un contraejemplo de que eso es falso.

Citar
la moraleja es que, en efecto, la estrategia de abordar argumentos infinitistas usando analogías intuitivas es engañosa.

De acuerdo.

Citar
La visión pesimista antes mencionada concluye entonces que para entender un teorema como el de Cantor sobre cuál es la relación de equipotencia entre \( \left(0,1\right) \) y \( \mathbb{N} \), hay que necesariamente seguir los argumentos matemáticos precisos, quizás examinando muy de cerca los axiomas y la genealogía de teoremas necesarios para el resultado de Cantor, aceptando las reglas que hacen posible tal precisión científica.

Es posible. Pero no obstante las críticas que se han hecho en este hilo al argumento de Cantor, tienen errores muy gruesos. No hace falta afinar ni profundizar demasiado para rebatirlos.

Citar
Para ejemplificar esto último, pienso en los inacabables debates sobre la identidad \( 0.\overline{9}=1 \) que abundan en foros de internet. Estos debates no acaban precisamente porque cierta facción de los participantes no se acomoda al estándar de discusión científico (que implicaría examinar por ejemplo el axioma de completitud de \( \mathbb{R} \) y la propiedad arquimediana) y se quedan sin superar la estrategia de usar solo argumentos intuitivos.

De nuevo en esos dos ejemplos, tampoco hace falta afinar tanto. Si hay una cosa importante: basarse en las definiciones. No tiene sentido preguntarse si \( 0.\overline{9}=1 \), si previamente uno no fija el significado de la notación decimal de un número.

Richard R Richard.

No sé a que viene en el hilo esta respuesta, cual es la intención de que aparezca, 

Creo que quiso poner un ejemplo como el paso de lo finito a lo infinito es traicionero. Y en ese sentido si puede venir a cuento, aunque no tiene que ver con la prueba de Cantor que nos ocupa.

Citar
No hay nada paradójico,  solo temas con un buen clickbait para vender desde libros hasta videos de YouTube, quien dice que todo lo que se escribe en un libro o se afirma en un vídeo es cierto.

 El caso que ha planteado Jesús Gautier se conoce usualmente como la "paradoja de la escalera". Hay que entender que "paradoja" se usa muchas veces en matemáticas a situaciones que intuitivamente parece que debería de ser de una manera, pero que en realidad se comportan de otra. Pero realmente si uno las trata correcta y rigurosamente no plantean ningún problema (paradoja del cumpleaños, paradoja del Monty Hall, paradoja de Banach–Tarski,..).  Entonces en ese sentido es en el que se le está llamando paradoja.

Citar
Me sorprendería que, como no he leído el libro,  Steward publique  un libro defendiendo  que el límite será  la longitud de la diagonal.

No, Steward dice lo contrario. Dice que la longitud de la diagonal NO es el límite de la longitud de la poligonales.

feriva:

Los dos primeros son cuadrados \( n\times n \), donde “n” es un número, una cantidad, un valor; el tercero es un “cuadrado” \( \aleph_{0}\times\aleph_{0} \) (el de la diagonal de Cantor) donde \( \aleph_{0} \) es un cardinal, no es un número o un valor. Eso, en realidad, no tiene forma cuadrada, no hay valores de distancias entre los vértices ni nada así; pero igual que coloquialmente podemos hablar de “cantidad o valor infinito“, yo digo (para mí) que es un cuadrado (no lo es).

Pero la situación de la llamada paradoja de la escalera no tiene nada que ver con la prueba diagonal de Cantor.

Saludos.

27 Noviembre, 2025, 02:39 pm
Respuesta #3

feriva

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feriva:

Los dos primeros son cuadrados \( n\times n \), donde “n” es un número, una cantidad, un valor; el tercero es un “cuadrado” \( \aleph_{0}\times\aleph_{0} \) (el de la diagonal de Cantor) donde \( \aleph_{0} \) es un cardinal, no es un número o un valor. Eso, en realidad, no tiene forma cuadrada, no hay valores de distancias entre los vértices ni nada así; pero igual que coloquialmente podemos hablar de “cantidad o valor infinito“, yo digo (para mí) que es un cuadrado (no lo es).

Pero la situación de la llamada paradoja de la escalera no tiene nada que ver con la prueba diagonal de Cantor.

Saludos.

Estaba desubicado, miré muy deprisa. Ya veo que es una cuestión de cálculo, de análisis, no de teoría de conjuntos (y conocía eso de la escalera de haberlo visto por aquí, pero no me acordaba).

Gracias, Luis.

27 Noviembre, 2025, 05:47 pm
Respuesta #4

Richard R Richard

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Richard R Richard.

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No hay nada paradójico,  solo temas con un buen clickbait para vender desde libros hasta videos de YouTube, quien dice que todo lo que se escribe en un libro o se afirma en un vídeo es cierto.


 El caso que ha planteado Jesús Gautier se conoce usualmente como la "paradoja de la escalera". Hay que entender que "paradoja" se usa muchas veces en matemáticas a situaciones que intuitivamente parece que debería de ser de una manera, pero que en realidad se comportan de otra. Pero realmente si uno las trata correcta y rigurosamente no plantean ningún problema (paradoja del cumpleaños, paradoja del Monty Hall, paradoja de Banach–Tarski,..).  Entonces en ese sentido es en el que se le está llamando paradoja.

Ok, sin animo de estirar, lo vi poco relacionado... 
Dato de color: Cada vez que puedo lo menciono, la paradoja de Banach–Tarski, me vuelve loco que sea teorema, no me lo creo, aunque debería creer o ponerle un voto de fe, esa si me suena a paradoja.
Citar
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Me sorprendería que, como no he leído el libro,  Steward publique  un libro defendiendo  que el límite será  la longitud de la diagonal.


No, Steward dice lo contrario. Dice que la longitud de la diagonal NO es el límite de la longitud de la poligonales.
Yo no tenía duda que eso debía resultar así,  pero interpreté que Jesús Gautier lo ponía en duda. Bocadillo terminado.
Saludos.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

28 Noviembre, 2025, 09:02 am
Respuesta #5

Luis Fuentes

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Hola

Ok, sin animo de estirar, lo vi poco relacionado... 

Ya; la relación es esa: lo delicado del paso de lo finito a lo infinito. Pero lo de poco o mucho relacionado no deja de ser subjetivo...
  ;)

Citar
Dato de color: Cada vez que puedo lo menciono, la paradoja de Banach–Tarski, me vuelve loco que sea teorema, no me lo creo, aunque debería creer o ponerle un voto de fe, esa si me suena a paradoja.

Es muy chocante, eso no cabe duda. Un par de hilos donde se trató.

https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=32691.0
https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=41607

Lee en particular las dos primeras páginas (final de la primera y principio de la segunda) del artículo de Ivorra, donde se esboza porque tiene cabida algo tan raro.

Saludos.

La parte dedicada a la paradoja de Banach-Tarski se discute aquí.

29 Noviembre, 2025, 03:05 am
Respuesta #6

RH

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Hola, interesante tema, he hecho una simulación para un número de pasos:

Citar
La paradoja de la escalera ilustra cómo caminos ortogonales pueden tener una longitud total mayor que el recorrido directo entre dos puntos. En este experimento, se analiza la longitud total en "L" en un cuadrado de lado 1 usando números naturales y se comparan las longitudes con la distancia diagonal.

Consideramos una cuadrícula de unidad:
 
\( \text{Lado del cuadrado} = 1. \)

Definimos los pasos ortogonales en el camino como:
 
\( \text{Paso horizontal} = dx = \frac{1}{N} \),
 
 
\( \text{Paso vertical} = dy = \frac{1}{N} \),
 
donde \( N \) es el número de pasos.

La suma de las longitudes en "L" después de \( N \) pasos es:
 
\( L(N) = \sum_{k=1}^{N} \left(dx + dy\right) = \sum_{k=1}^{N} \left(\frac{1}{N} + \frac{1}{N}\right) = 2. \)

La longitud diagonal, que conecta el origen \( (0, 0) \) con el punto final \( (1, 1) \) en el cuadrado es calculada usando el teorema de Pitágoras:
 
\( D(N) = \sqrt{(1)^2 + (1)^2} = \sqrt{2} \).

La diferencia entre la longitud en "L" y la longitud diagonal se define como:
 
\( \Delta(N) = L(N) - D(N) \).
 
Sustituyendo \( (L(N)) \) y \( (D(N)) \), tenemos:
 
\( \Delta(N) = 2 - \sqrt{2} \).

Al graficar la diferencia \( (Delta(N)) \) para un rango de \( (N = 1) a (1000) \), se observa que la diferencia se estabiliza:
 
\( \Delta(N) \approx 0.5858 \).
 
Esto refleja que a medida que se incrementa el número de pasos, la longitud en "L" se hace consistente en ser mayor que la diagonal directa.





Ahora, ¿a qué se debe esa estructura triangular?, aunque la diferencias son mínimas, se aprecia esa forma.

 
“Es mejor entender bien una ecuación que intentar descubrir una diferente”

29 Noviembre, 2025, 03:34 am
Respuesta #7

RH

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Pongo aquí el código del programa de la simulación anterior:

Spoiler
Código: [Seleccionar]
% paradoja_escalera_diferencias.m
clear; close all; clc;

maxN = 10000; % Rango de N
diferencias = zeros(maxN, 1); % Para almacenar las diferencias

% Calcular diferencias para cada N
for N = 1:maxN
    suma_peldanos = 0;

    % Calcular longitud en "L" usando pasos ortogonales
    for k = 1:N
        dx = 1/N; % Longitud horizontal
        dy = 1/N; % Longitud vertical
        suma_peldanos = suma_peldanos + (dx + dy); % Longitud total en "L"
    end

    % Calcular longitud diagonal
    longitud_diagonal = sqrt((1/N)^2 + (1/N)^2) * N; % Total con N pasos

    % Calcular diferencia
    diferencias(N) = suma_peldanos - longitud_diagonal;
end

% Graficar diferencias
figure;
plot(1:maxN, diferencias, '-o', 'LineWidth', 1.5);
xlabel('Número de Pasos (N)');
ylabel('Diferencia (L - Diagonal)');
title('Diferencia entre Longitud en L y Longitud Diagonal para Números Naturales');
grid on;
[cerrar]

 
“Es mejor entender bien una ecuación que intentar descubrir una diferente”

29 Noviembre, 2025, 10:03 am
Respuesta #8

ani_pascual

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Hola:
Como no he leído los hilos recordados, lo más probable es que lo que escribo ya se habrá comentado... Sorry  ;D
Lo que se me ocurre decir respecto a la supuesta paradoja de la escalera es que dado que para cualquier número \( x\in\mathbb{R} \) se verifica que \( x\cdot 0= 0 \) se tiene que \( 0=0\Longrightarrow a\cdot 0=b\cdot 0,\forall\,a,b\in\mathbb{R} \); sin embargo, \( 0=0\not\Longrightarrow \infty\cdot 0 =\infty \cdot 0 \), puesto que ambos miembros son indeterminaciones, distintas en el caso de la escalera,
\( \lim\limits_{n\to \infty}n\cdot \dfrac{2}{n} =2\neq \sqrt{2}=\lim\limits_{n\to \infty}n\cdot \dfrac{\sqrt{2}}{n}  \)
Saludos

29 Noviembre, 2025, 10:59 am
Respuesta #9

Luis Fuentes

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Hola

Ahora, ¿a qué se debe esa estructura triangular?, aunque la diferencias son mínimas, se aprecia esa forma.

Es evidente que la explicación que has puesto es de la I.A., que aquí no ha estado especialmente lúcida. No porque esté mal lo que hace, sino por la conclusión final que es más bien absurda.

¿Has reflexionado mínimamente en el problema o incluso en lo que explica la IA?

Según lo que tu mismo ha escrito, y suponiendo que quebramos en \( N \) trozos.

1) ¿Cuánto mide la línea quebrada?.

2) ¿Cuánto mide la diagonal?.

3) ¿Cuál es la diferencia entre ambas?.

4) ¿Depende de \( N \)?

5) ¿Cuál debería de ser entonces la gráfica?.

6) ¿Por qué entonces ha salido en la gráfica  esa especie de línea quebrada que se expande cada vez más?.

A las (5) primeras preguntas deberías de ser capaz de responder sin problema si te olvidas de que una IA piense por tí y dedicas 5 minutos, no más, a leer lo que tu mismo has escrito. En todo caso inténtalo, y si tienes dudas pregunta.

Una vez que tengas claras las (5) primeras, si todavía tienes dudas con la (6) dilo y te explico porqué sale esa gráfica.

Pista
Errores de redondeo acumulados.
[cerrar]

Saludos.