¿Cómo puede el cuerno de Gabriel tener un volumen finito y un área de superficie infinita?

Solo imaginemos una función

[matemáticas] f (x) = \ dfrac {1} {x} [/ matemáticas]

Donde [math] x \ rightarrow \ infty [/ math] y [math] x \ geq1 [/ math]

Con suerte, esto es lo que obtendrá si utiliza algún software de trazado en línea.

Ahora rotemos esta función alrededor del eje x. Esto producirá una forma tridimensional …

Con lo que terminarás se llama el Cuerno de Gabriel. Parece una trompeta interminable.

Intentemos encontrar el Volumen o el espacio que ocupa esta trompeta usando el método del radio …

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} \ text {Volume} & = \ int_ {1} ^ {\ infty} \ pi \ left (\ dfrac {1} {x} \ right) ^ 2 \, dx \\ & = \ pi \ left [- \ dfrac {1} {x} \ right] _ {1} ^ {\ infty} \\ & = \ pi \ left [\ underbrace {- \ dfrac {1} { \ infty}} _ 0+ \ dfrac {1} {1} \ right] \\ & = \ pi \ end {split} \ end {ecation} \ tag * {} [/ math]

[math] \ pi [/ math] es un valor finito. Bueno. Bueno.

Ahora encontraremos el área de superficie de esta elegante trompeta usando el mismo método de radio nuevamente …

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} \ text {Surface Area} & = \ int_ {1} ^ {\ infty} 2 \ pi \ left (\ dfrac {1} {x} \ right) \, dx \\ & = 2 \ pi \ left [\ ln (x) \ right] _ {1} ^ {\ infty} \\ & = 2 \ pi \ left [\ ln (\ infty) – \ underbrace {\ ln (1)} _ 0 \ right] \\ & = \ infty \ end {split} \ end {ecation} \ tag * {} [/ math]

Dado que la bocina tiene un volumen finito pero un área de superficie infinita , existe una paradoja aparente de que la bocina podría llenarse con una cantidad finita de pintura y, sin embargo, esa pintura no sería suficiente para cubrir su superficie interna.

En el mundo real, todo lo que necesita saber para resolver esta paradoja es la idea de que una cantidad finita de pintura puede cubrir una superficie infinita. Simplemente necesita adelgazarse a una velocidad lo suficientemente rápida.

Pero desafortunadamente el cuerno de Gabriel no existe en el mundo real. Nunca encontrarás estas trompetas en ningún desfile 🙁

Bienvenido al universo matemático celestial.

¡Cuan genial es eso! 😀

El Cuerno de Gabriel puede tener la propiedad paradójica de un volumen finito y un área de superficie infinita porque es un objeto matemático , no un objeto físico . Tal objeto no puede existir físicamente, pero eso no impide que sea un objeto matemático perfectamente válido.

Debido a que no está sujeto a las ataduras de la fisicalidad, las matemáticas están repletas de muchas construcciones maravillosas y contraintuitivas. Por ejemplo, la serie geométrica 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + ⋯ tiene infinitos términos distintos de cero pero tiene una suma finita (igual a 1). El copo de nieve Koch tiene un área finita y un perímetro infinito. La paradoja de Banach-Tarski establece, más o menos, que una sola bola puede descomponerse en un número finito de conjuntos disjuntos que luego se pueden volver a ensamblar para formar dos bolas, cada una idéntica a la primera.

El problema con la paradoja del cuerno de Gabriel es la suposición de que se necesita un volumen infinito de pintura para cubrir un área infinita. Dado que thr paradox asume que la pintura es infinitamente delgada, lo que debe ser ya que de lo contrario no se podría pintar vertiendo pintura en la bocina de todos modos, este no es el caso. Si la pintura no tiene grosor, puede pintar la mayor cantidad de área que desee sin usar realmente ningún volumen de pintura. La razón por la que parece paradójico es porque la paradoja aumenta el volumen con el área. Recuerde, puede apilar infinitas figuras planas una encima de la otra en una cantidad finita de espacio (o al menos, podría hacerlo si existieran objetos planos en el universo), por lo que no hay nada de malo en ajustar un área infinita en un volumen finito . Gabriel’shorn tampoco es el único ejemplo de esto. Hay muchos fractales, como la esponja Menger, que tienen la misma propiedad.