O legado de Maria Gaetana Agnesi
Durante muito tempo, Agnesi foi lembrada de duas maneiras que pouco tinham a ver com o que ela fez. Para os matemáticos de língua inglesa, era o nome de uma curva com apelido de bruxa. Para os milaneses, era uma santa da caridade que, quando jovem, tinha escrito um livro difícil. As duas imagens escondiam a autora de um dos livros de matemática mais influentes do século XVIII.
O livro
As Instituzioni analitiche foram, durante décadas, o curso de cálculo mais completo disponível na Europa. Na Itália, foram usadas por gerações de estudantes. A tradução francesa do segundo volume, de 1775, e a inglesa de John Colson, de 1801, levaram o livro a outros públicos. A ordem que Agnesi escolheu, da álgebra às curvas, das derivadas às integrais e às equações diferenciais, é essencialmente a dos cursos de cálculo até hoje.
A curva
A curva de Agnesi continua aparecendo onde menos se espera:
- na estatística, como a distribuição de Cauchy, o exemplo clássico de uma distribuição sem média;
- na física, como a curva lorentziana, a forma das linhas espectrais e das ressonâncias;
- no cálculo numérico, como a função de Runge, $\frac{1}{1 + 25x^2}$. Em 1901, Carl Runge mostrou que, ao aproximar essa função por polinômios que passam por pontos igualmente espaçados, o erro perto das bordas aumenta quando se usam mais pontos. É o “fenômeno de Runge”, que todo curso de métodos numéricos ensina como advertência;
- na geografia e na meteorologia, como modelo simples do perfil de uma colina, usado em estudos do vento que passa sobre montanhas.
Os nomes
O asteroide 16765 Agnesi e uma cratera em Vênus levam o seu nome. Em Milão, há ruas e escolas com o nome dela, um busto no pátio do Palácio de Brera, um perfil no Famedio do Cemitério Monumental e uma placa no lugar onde morreu.
A matemática de Deus
Nas últimas décadas, historiadores como Massimo Mazzotti e Paula Findlen reconstituíram o mundo de Agnesi, a Milão católica e ilustrada do século XVIII, e mostraram que a matemática e a caridade não eram duas vidas separadas. Para Agnesi, estudar geometria era um modo de exercitar a razão que levava a Deus, e servir aos pobres era a consequência dessa mesma fé. O subtítulo do livro de Mazzotti resume essa leitura: Agnesi, a matemática de Deus.
O que fica, para quem estuda cálculo hoje, é o exemplo de alguém que escreveu, aos trinta anos, o livro que gostaria de ter tido para aprender, e o escreveu tão bem que matemáticos de toda a Europa o usaram para ensinar.
Exercício: a função de Runge
A função de Runge é $y = \frac{1}{1 + 25x^2}$. Mostre que ela é uma curva de Agnesi, encontre o diâmetro $a$ do círculo gerador e calcule a área total sob ela.
Escreva $\frac{1}{1 + 25x^2} = \frac{1/25}{x^2 + 1/25}$. A curva de Agnesi de diâmetro $a$ é $\frac{a^3}{x^2 + a^2}$; com $a^2 = \frac{1}{25}$, $a = \frac{1}{5}$, ela fica $\frac{1/125}{x^2 + 1/25}$, que é $\frac{1}{5}$ da função de Runge. Então a função de Runge é uma versiera esticada verticalmente pelo fator 5. A área é $5 \cdot \pi a^2 = 5 \cdot \frac{\pi}{25} = \frac{\pi}{5}$. Também se chega lá pela substituição $u = 5x$: $\int \frac{dx}{1 + 25x^2} = \frac{1}{5}\int \frac{du}{1 + u^2} = \frac{\pi}{5}$.
Exercício: a largura de uma linha espectral
Uma linha espectral tem a forma lorentziana $I(x) = \frac{I_0}{1 + \left(\frac{x - x_0}{\gamma}\right)^2}$. Em que valores de $x$ a intensidade cai à metade do máximo? Qual é a largura da linha a meia altura?
O máximo é $I_0$, em $x = x_0$. A metade, $\frac{I_0}{2}$, acontece quando $\left(\frac{x - x_0}{\gamma}\right)^2 = 1$, ou seja, $x = x_0 \pm \gamma$. A largura a meia altura é $2\gamma$. É o mesmo resultado que vimos para a versiera, que está na metade da altura em $x = \pm a$.
Fontes: Massimo Mazzotti, The World of Maria Gaetana Agnesi, Mathematician of God (2007) · Paula Findlen, “Calculations of Faith: Mathematics, Philosophy, and Sanctity in Eighteenth-Century Italy (New Work on Maria Gaetana Agnesi)”, Historia Mathematica 38 (2011) · Carl Runge, “Über empirische Funktionen und die Interpolation zwischen äquidistanten Ordinaten”, Zeitschrift für Mathematik und Physik 46 (1901) · biografia de Agnesi, MacTutor.
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