Aprender matemáticas en un entorno de álgebra computacional: los obstáculos constituyen oportuniades

Utilizar álgebra computacional no es tan fácil como puede parecer. Frecuentemente, los estudiantes encuentran obstáculos mientras trabajan en un entorno de álgebra computacional. En este artículo se distinguen los obstáculos globales y los locales, y se identifican los de ambas categorías. La teoría de la instrumentación proporciona un marco para interpretar el obstáculo como un desequilibrio entre los aspectos conceptual y técnico de un esquema de instrumentación. Se argumenta que explicitar los obstáculos y tratar de superarlos, conduce al desarrollo conceptual. En consecuencia, los obstáculos constituyen oportunidades de aprendizaje.

El potencial de los sistemas de álgebra computacional

Este trabajo tiene como objetivo dar argumentos en favor de la inclusión de los sistemas de álgebra computacional en el currículo de matemáticas desde el nivel medio de enseñanza hasta el nivel superior. Primero, se presentan algunos conceptos relativos al uso de estos sistemas en la educación. Después, se presentan varios ejemplos con el propósito de mostrar el poder de estos sistemas como auxiliares en la solución de problemas. Finalmente se hace una propuesta acerca de su uso en educación.

Un álgebra computacional para generar patrones geométricos.

Resumen basado en el del autor

Sistema computacional para reconocimiento de actitudes y estilos en música culta

En esta investigación, se elaboran una serie de sistemas expertos destinados a conservatorios de música españoles. Los sistemas expertos desarrollados están basados en lógica y álgebra computacional, por ello se denominan a los sistemas presentados sistemas computacionales.. Por un lado, se diseña un primer sistema computacional para evaluar las condiciones musicales de quienes desean dedicarse profesionalmente al estudio de un instrumento. Este sistema está destinado a las pruebas de ingreso, desarrolladas en conservatorios de música españoles. Se pretende facilitar ayuda adicional para la selección del alumnado más eficiente. El sistema computacional tiene en cuenta algunos factores que los expertos pasan por alto como las actitudes personales de los candidatos, capacidades físicas, ámbito social y ámbito familiar entre otros. Se desarrollan tres sistemas, presentados en orden cronológico, para reconocer algunos de los estilos musicales más relevantes desde el siglo XVII, uno para el reconocimiento del Barroco, el Rococó y el Clásico; otro para el reconocimiento del Romanticismo, el Impresionismo y Nacionalismo; y un tercero para el reconocimiento de estilos musicales durante el siglo XX, Antiimpresionismo, Verismo y Expresionismo.. El trabajo recoge una descripción exhaustiva de la información que da lugar a las cuatro bases de conocimiento elaboradas. Se describen, de forma clara y concisa, los elementos fundamentales de la teoría de las 'Bases de Gröbner' y de la relación entre consecuencia en lógica y 'pertenencia a un ideal' en álgebra. La construcción de los programas en el lenguaje CoCoA, Computations in Commutative Álgebra, está realizada con rigor. Se incluye un interfaz para que cualquier persona sin conocimientos informáticos, pueda utilizar los sistemas. En esta tesis se combinan, de forma original y útil, música, lógica, matemáticas e informática..

O estudo das funções com as F-Tools: o conceito F-Tool

O presente relatório, orientado pela Doutora Ana Conceição, foi elaborado no âmbito da Prática de Ensino Supervisionada (PES), integrada no plano de estudos do Mestrado em Ensino de Matemática no 3.º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário, da Universidade do Algarve (UAlg). Apresento uma breve caraterização das escolas, dos orientadores cooperantes e das turmas. Menciono as aulas assistidas e as aulas lecionadas com a supervisão da orientadora e relato os trabalhos desenvolvidos em cada escola. Dedico um capítulo à importância das tecnologias no processo de ensino e aprendizagem pois, na minha opinião, na formação atual de qualquer professor deve ser tido em conta o uso de tecnologias em sala de aula. Partilhando a minha orientadora da mesma opinião, colocou-me um desafio: a criação de um software educacional com recurso ao sistema de álgebra computacional Mathematica, tendo em vista a melhoria do processo de ensino e aprendizagem da Matemática (em particular, no estudo das funções reais de variável real). Aceitei de imediato e, juntamente com a Dra. Cristina Simão e o Dr. José Pereira, iniciamos um projeto inovador na área de ensino, posteriormente distinguido com o prémio Timberlake1. Neste relatório apresento o conceito F-Tool2, isto é, ferramentas de ensino visuais, dinâmicas e interativas que permitem explorar de uma forma inovadora alguns dos principais conceitos nas áreas de Pré-Cálculo e Cálculo Diferencial, nos níveis básico, secundário e universitário. O conceito F-Tool foi utilizado nas aulas que lecionei em regime de par pedagógico com a Dra. Cristina Simão. Devido à sua importância na minha PES, ficou claro que o tema do meu relatório teria de ter uma referência explícita ao estudo das funções com as F-Tool. Reflito ainda sobre os seminários que apresentei na UAlg, no âmbito da PES, e apresento uma reflexão final de toda a Prática de Ensino Supervisionada.

Resultantes, equações polinomiais e o teorema de Bezout

A presente dissertação aborda uma técnica para determinar as soluções de sistemas de equações polinomiais. Esta técnica que é puramente algébrica, interliga tópicos da Matemática, como a Geometria Algébrica e a Álgebra Computacional. Mais especificamente, estudamos a teoria de Resultantes e suas aplicações. Começamos com a motivação de encontrar as raízes comuns de dois polinômios a uma variável, em seguida é estendida para o caso mais geral de várias variáveis. Estudamos detalhadamente como obter fórmulas para o cálculo do Resultante, como por exemplo a fórmula de Macaulay e de Poisson. A técnica para resolver sistemas de equações polinomiais é então apresentada. Terminamos apresentando uma prova de um caso particular do Teorema de Bezout, como aplicação da teoria de Resultantes. Este teorema é muito importante, pois fornece um número de soluções de um sistema de equações polinomiais.

Differential resultants of super essential systems of linear OD-polynomials

The sparse differential resultant dres(P) of an overdetermined system P of generic nonhomogeneous ordinary differential polynomials, was formally defined recently by Li, Gao and Yuan (2011). In this note, a differential resultant formula dfres(P) is defined and proved to be nonzero for linear "super essential" systems. In the linear case, dres(P) is proved to be equal, up to a nonzero constant, to dfres(P*) for the supper essential subsystem P* of P.

El aprendizaje de Matemática con herramienta computacional en el marco de la Teoría de los Estilos de Aprendizaje.

Resumen basado en el de la publicación

El aprendizaje de Matemática con herramienta computacional en el marco de la teoría de los estilos de aprendizaje.

Resumen basado en el de la publicación

Visualização das funções complexas e do Teorema Fundamental da Álgebra

Pós-graduação em Matemática Universitária - IGCE

Desenvolvimento de um simulador numérico empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics para a resolução de escoamentos incompressíveis. Implementação computacional em paralelo (CUDA)

Neste trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico baseado no método livre de malhas Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) para a resolução de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis. Diferentemente da maioria das versões existentes deste método, o código numérico faz uso de uma técnica iterativa na determinação do campo de pressões. Este procedimento emprega a forma diferencial de uma equação de estado para um fluido compressível e a equação da continuidade a fim de que a correção da pressão seja determinada. Uma versão paralelizada do simulador numérico foi implementada usando a linguagem de programação C/C++ e a Compute Unified Device Architecture (CUDA) da NVIDIA Corporation. Foram simulados três problemas, o problema unidimensional do escoamento de Couette e os problemas bidimensionais do escoamento no interior de uma Cavidade (Shear Driven Cavity Problem) e da Quebra de Barragem (Dambreak).

Sistema de control multipropósito programable por pulsación de teclas con álgebra RPN.

[ES]Para la elaboración del presente proyecto, primeramente se explicara los requerimientos técnicos y el origen del microprocesador a utilizar para poder situar y centrar el tema del trabajo. Una vez acotado y delimitado el tema objeto de estudio, se planteara una arquitectura de software sobre la posibilidad de generar unas “pseudolibrerias” de mayor nivel de programación que el ensamblador. Posteriormente, se verificara la posible viabilidad o no de tal planteamiento, exponiendo sus resultados y las consideraciones oportunas a las que nos ha llevado su estudio. Para ello se analizara en una primera instancia el microprocesador a utilizar, que será el PIC16F887, centrándonos en el debido al amplio manejo y conocimiento que poseemos sobre este microprocesador. El objeto de este escrito será presentar una oferta económica relativa al desarrollo e instalación de dichos microprocesadores para la mejora en el ámbito industrial. Finalmente, realizaremos un estudio sobre la implementación de este tipo de arquitectura software en diferentes microprocesadores de mayores prestaciones, estudiando si la infraestructura será eficiente, funcional y económica.

Modelagem computacional aplicada na estimação de parâmetros cinéticos em processos químicos e cromatográficos

A estimação de parâmetros cinéticos em processos químicos e cromatográficos utilizando técnicas numéricas assistidas por computadores tem conduzido para melhoria da eficiência e o favorecimento da compreensão das fenomenologias envolvidas nos mesmos. Na primeira parte deste trabalho será realizada a modelagem computacional do processo de produção de biodiesel via esterificação, sendo que, o método de otimização estocástica Random Restricted Window (R2W) será correlacionado com os dados experimentais da produção de biodiesel a partir da esterificação do ácido láurico com etanol anidro na presença do catalisador ácido nióbico (Nb2O5). Na segunda parte do mesmo será realizada a modelagem computacional do processo de cromatografia de adsorção (batch process) onde serão correlacionados os dados provenientes dos modelos cinéticos de HASHIM, CHASE e IKM2 com os dados experimentais da adsorção de amoxicilina com quitosana, e também serão correlacionados os dados experimentais da adsorção de Bovine Serum Albumin (BSA) com Streamline DEAE com os dados provenientes de uma nova aplicação do método R2W mediante a implementação de um modelo cinético reversível. Ademais, as constantes cinéticas para cada processo supracitado serão estimadas levando em consideração o valor mínimo da função resíduos quadrados.

Uma proposta metodológica de integração de técnicas de análise espectral e de inteligência computacional, baseadas em conhecimento, para o reconhecimento de padrões em imagens multiespectrais

Somente no ano de 2011 foram adquiridos mais de 1.000TB de novos registros digitais de imagem advindos de Sensoriamento Remoto orbital. Tal gama de registros, que possui uma progressão geométrica crescente, é adicionada, anualmente, a incrível e extraordinária massa de dados de imagens orbitais já existentes da superfície da Terra (adquiridos desde a década de 70 do século passado). Esta quantidade maciça de registros, onde a grande maioria sequer foi processada, requer ferramentas computacionais que permitam o reconhecimento automático de padrões de imagem desejados, de modo a permitir a extração dos objetos geográficos e de alvos de interesse, de forma mais rápida e concisa. A proposta de tal reconhecimento ser realizado automaticamente por meio da integração de técnicas de Análise Espectral e de Inteligência Computacional com base no Conhecimento adquirido por especialista em imagem foi implementada na forma de um integrador com base nas técnicas de Redes Neurais Computacionais (ou Artificiais) (através do Mapa de Características Auto- Organizáveis de Kohonen SOFM) e de Lógica Difusa ou Fuzzy (através de Mamdani). Estas foram aplicadas às assinaturas espectrais de cada padrão de interesse, formadas pelos níveis de quantização ou níveis de cinza do respectivo padrão em cada uma das bandas espectrais, de forma que a classificação dos padrões irá depender, de forma indissociável, da correlação das assinaturas espectrais nas seis bandas do sensor, tal qual o trabalho dos especialistas em imagens. Foram utilizadas as bandas 1 a 5 e 7 do satélite LANDSAT-5 para a determinação de cinco classes/alvos de interesse da cobertura e ocupação terrestre em três recortes da área-teste, situados no Estado do Rio de Janeiro (Guaratiba, Mangaratiba e Magé) nesta integração, com confrontação dos resultados obtidos com aqueles derivados da interpretação da especialista em imagens, a qual foi corroborada através de verificação da verdade terrestre. Houve também a comparação dos resultados obtidos no integrador com dois sistemas computacionais comerciais (IDRISI Taiga e ENVI 4.8), no que tange a qualidade da classificação (índice Kappa) e tempo de resposta. O integrador, com classificações híbridas (supervisionadas e não supervisionadas) em sua implementação, provou ser eficaz no reconhecimento automático (não supervisionado) de padrões multiespectrais e no aprendizado destes padrões, pois para cada uma das entradas dos recortes da área-teste, menor foi o aprendizado necessário para sua classificação alcançar um acerto médio final de 87%, frente às classificações da especialista em imagem. A sua eficácia também foi comprovada frente aos sistemas computacionais testados, com índice Kappa médio de 0,86.