sonia kovalevskaya

LA GACETA DE LA RSME, Vol. 7.1 (2004), Pags. 73100 73

Sonia Kovalevskaya

por

J.M. Mendez Perez

A Pepa

1. INTRODUCCION

Cuando explique por primera vez, muy joven, el Teorema de Cauchy-Kovalevskaya no me lo haban ensenado durante la carrera no fui conscientede que el segundo coautor fuera una mujer, pues su apellido se sola trans-cribir Kowalewsky. Fue en un congreso, en una de las desaparecidas JornadasHispano-Lusas de Matematicas, cuando contemple en un poster a una mujerjoven, de rostro sereno y de una gran belleza: se trataba de Sonia Kovalevskaya.A partir de ah comence a conocer algo de su vida, a base de anecdotas, quequizas daban una idea desgurada de uno de los personajes mas interesantesde la historia reciente de la ciencia.

Al comenzar este trabajo pense con-centrarme exclusivamente en sus contri-buciones matematicas. Pronto ca en lacuenta de que es imposible dar una valo-racion objetiva de este personaje, inclusoen la parte matematica, si no se analizaglobalmente, en todos sus aspectos y face-tas. Porque todo ello inuyo en su carreramatematica que, a buen seguro, hubieraadquirido otras dimensiones si las circuns-tancias hubieran sido diferentes. Sus com-plejas relaciones familiares, sus ideales ycompromisos polticos y sociales, su luchaagotadora por lograr la igualdad de dere-chos entre hombres y mujeres, sus inquie-tudes literarias, su azarosa vida personal...Huyendo de los aspectos mas ntimos de esto ultimo, mas propio de la prensarosa, en la segunda seccion se hace un resumen de su biografa y en la tercerase analizan sus principales aportaciones en el campo de las matematicas. En lacuarta se efectua un sucinto repaso de sus actividades literarias, para concluiren la seccion quinta con algunas consideraciones nales.

La bibliografa sobre Sonia Kovalevskaya es muy abundante. Para la partebiograca hemos recurrido especialmente a A. H. Koblitz [8], considerada por

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todos los estudiosos de su vida como la mejor y la mas completa de sus bio-grafas, a su propia autobiografa [20], a [23] y a numerosas referencias que sepueden encontrar en Internet ([26],[27],[28]). Para analizar sus aportacionesmatematicas, aparte de acudir a las fuentes originales, el libro de R. Cooke [2]resulta excelente.

2. COMPENDIO BIOGRAFICO

Sofa Vasilevna Krukovskaya, mas conocida como Sonia, nacio el 15 deenero de 1850 en Moscu en el seno de una familia burguesa rusa. Su padre,Vasilii Vasilevich Krukovsky, fue general de artillera, y su madre, ElizavetaFyodorovna Shubert, proceda de una familia alemana culta. Este matrimoniotuvo dos hijos mas: la primogenita Anna, a la que llamaban familiarmenteAniuta, que nacio en 1844, y su hermano menor, Fyodor, nacido en 1855. Lospadres de Kovalevskaya tenan una buena formacion y gozaban de una posicioneconomica desahogada. Su padre se empeno en ser reconocido como miembrode la nobleza, lo que consiguio nalmente al gurar en el arbol genealogico delmonarca hungaro Matthew Corvus. As paso a apellidarse Korvin-Krukovsky.

Cuenta Kovalevskaya que cuando se trasladaron a vivir a su hacienda enPalibino (actualmente en Bielorrusia), les falto material para empapelar lashabitaciones y entonces utilizaron, para terminar de arreglar el cuarto de losninos, las notas de un curso de matematicas recibido por su padre e impartidopor el eminente matematico ruso M. V. Ostrogradski (1801-1862), celebrepor compartir con Gauss el teorema de la divergencia. Dice Kovalevskayaque, con apenas siete u ocho anos, se pasaba horas y horas mirando aquellossmbolos y formulas extranas, tratando en averiguar que pagina segua a otra.Tambien recuerda con carino a su to paterno Pyotr Vasilevich Krukovsky,que le hablaba con mucho entusiasmo de cuestiones matematicas. Relata en[20]: ...no poda a esa edad entender esos conceptos, pero actuaron sobremi imaginacion, inculcandome una veneracion por las matematicas como unaciencia elevada y misteriosa que abre a los iniciados en ella un mundo nuevoy maravilloso, inaccesible a la mayora de los mortales.

Pero la inclinacion de nuestro personaje por las ciencias proviene de sufamilia materna. Su tatarabuelo, Johann Ernst Schubert, fue un teologo lu-terano aleman y su bisabuelo, Fyodor Ivanovich Shubert, emigro y trabajocomo agrimensor en lo que hoy es Estonia. Fue un reconocido matematico yastronomo, que mantuvo contacto con grandes matematicos de la epoca, comoGauss, Laplace y Bessel. Su abuelo, Fyodor Fyodorovich, fue un reputadogeodesta y cartografo. Finalmente, su unico to materno, Fyodor Shubert, laentusiasmaba explicandole temas relacionados con las ciencias, en particular,con la biologa.

A pesar de que se trataba de una familia culta y con una buena situa-cion economica, cuando el general Krukovsky se jubilo adquirio conscienciade que haba desatendido la educacion de sus hijos, por lo que contrato a un

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tutor polaco, Joseph Malevich. Este describe a Kovalevskaya como una joven-cita de apariencia agradable y atractiva, cuyos ojos marrones reejaban unagran inteligencia y bondad, muy atenta y receptiva a sus clases, que asimilabarapidamente. Malevich se ofendio porque Kovalevskaya aludio en sus Recuer-dos de la infancia [20] a las ensenanzas matematicas que reciba de su to y noreconoca su labor. Sin lugar a dudas, Malevich tuvo una inuencia decisiva ensu formacion, incluso matematica, aunque a ella le costaba reconocerlo, moles-ta por las declaraciones publicas de su tutor. Por el contrario, lo zahera masal alegar: Lo que mejor ensenaba Malevich era la aritmetica... Pero conesoque la aritmetica tena poco interes para m....

Otro personaje importante en su vida fue un vecino de la familia, el fsicoN. P. Tyrtov. Su sorpresa fue mayuscula cuando vio que Kovalevskaya no solohaba ledo un libro de fsica que le haba dejado a su padre, sino que fue capazde reconstruir por s sola las formulas geometricas que precisaba para poderentender los captulos de optica. Por eso le pidio con insistencia a su padre,en principio renuente a que su hija estudiara matematicas, que le permitieraproseguir sus estudios de esta ciencia, para lo cual daba sobradas muestrasde estar capacitada. Y surtio efectos, porque Krukovsky le busco un excelenteprofesor, A. N. Strannoliubsky, con quien Kovalevskaya progreso muchsimoen calculo y quizas en otras areas de las matematicas.

Pero la persona que mas inuyo sobre ella fue su hermana Aniuta, a laque consideraba su madre espiritual. De gran belleza, al igual que Sonia, perocon un caracter mas sociable y extrovertido, Aniuta se inclino por la literaturafue amiga del celebre literato ruso Dostoievsky y se vio envuelta, con grandisgusto para sus padres, en las causas polticas mas radicales.

Una vez nalizada su etapa en la ensenanza secundaria, Kovalevskaya pre-tendio ingresar en la universidad para continuar sus estudios en matematicas.Y no solo se encontro con la oposicion de sus padres, sino con la mas frontal delsistema. Para las mujeres resultaba imposible en aquella epoca ingresar en lasuniversidades de casi todos los pases y en la Rusia zarista a lo mas que podanaspirar era a matricularse en una especie de curso superior para mujeres, enlos que primaba la ensenanza literaria en detrimento de la cientca.

Las dos hermanas pensaron en marcharse al extranjero, para lo cual unadebera casarse. Entonces se puso de moda un tipo especial de matrimonio porconveniencia. Se buscaba a un hombre liberal, comprometido polticamente,que se prestara a ngir un matrimonio legal con el unico objetivo de ayudar asu esposa a eludir las trabas y dicultades de una sociedad que discriminababrutalmente a las mujeres. Despues, cada uno hara la vida por su cuenta.Aniuta eligio a un publicista y editor que se mova en los ambientes polticosmas radicales y con una gran acion por la biologa, Vladimir OnufrievichKovalevsky. Pero este prerio a Sonia, quizas por su formacion cientca. Trasalgunas peripecias que no vienen a cuento, Sonia y Vladimir se casaron el27 de septiembre de 1868, yendo a vivir a San Petersburgo, donde al menospodra asistir a algunas clases en la universidad, eso s, siempre que fueraacompanada de su marido o to. All conocio al matematico P. L. Chebyshev


(1821-1894), que se haba enriquecido con negocios inmobiliarios. El destinohubiera sido totalmente distinto si las puertas de las universidades hubieranestado abiertas a las mujeres. En tal caso, lo mas probable hubiese sido queChebyshev se hubiese convertido en su maestro.

K. Weierstrass P.L. Chebyshev

En 1869 Sonia y Aniuta, acompanadas por Vladimir, tras pasar por Vienase instalan en Heidelberg. All, aunque no era legal, si los profesores lo autoriza-ban podra asistir a clase. As consiguio escuchar a magncos profesores, comoHermann von Helmholtz (1821-1894), G. R. Kirchho (1824-1887), R. W.Bunsen (1811-1899), Leo Konigsberger (1837-1921) y Paul DuBois-Reymond(1831-1889). Kovalevskaya supo en seguida que si quera progresar en su ca-rrera academica, tena que buscar el apoyo de un personaje poderoso. Por estarazon se traslado a Berln para trabajar con Karl Weierstrass (1815-1897),el fundador del moderno analisis matematico y una de las guras cumbresde las matematicas del siglo XIX. Por cierto, no sera el primer contacto deWeierstrass con un miembro de la familia de Sonia. Ciertamente, en un trabajoescrito en 1861 sobre geodesicas en una elipsoide general, Weierstrass cita aFyodorovich, abuelo de Kovalevskaya, por los artculos que este realizo sobrela forma de la Tierra. Kovalevskaya saba que, aunque no pudiera entrar en launiversidad, si lograba trabajar con Weierstrass, recogera suciente credito yle abrira muchas puertas, por ejemplo, a la hora de conseguir un puesto detrabajo.

Tres fueron las razones que obligaron a Weierstrass, un fervoroso catolicoy recalcitrante soltero que tambien se opona a la presencia de la mujer enla universidad, a cambiar de opinion. Primero, que como consecuencia de laguerra franco-prusiana, el numero de sus alumnos disminua alarmantemente;

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segundo, que vena recomendada por sus amigos y colegas de la universidadde Heidelberg; y tercero, que Kovalevskaya supero la prueba resolver un con-junto de problemas a la que le sometio, con rapidez y originalidad. Como noobtuvo permiso de las autoridades para que asistiera a clase, Weierstrass de-cidio darle clases particulares dos veces por semana, convencido ya del talentoque atesoraba esta mujer.

Merece la pena recordar esta anecdota de Kovalevskaya. Bunsen habajurado que ninguna mujer pisara su laboratorio de qumica y menos aun siera rusa. As rechazo a Yuliya Lermontova, amiga de Kovalevskaya. Sonia visitoa Bunsen que, impresionado por su belleza y su encanto natural, modico supostura. Poco despues alerto a Weierstrass, haciendole saber que Kovalevskayaera una mujer peligrosa.

Sonia y Vladimir hicieron algunos viajes por Europa. En uno de ellosvisitaron Inglaterra, donde conocieron a Charles Darwin el creador de la mo-derna teora de la evolucion, al biologo Thomas Huxley y a George Elliot,seudonimo de la famosa novelista inglesa Mary Ann Evans (1819-1880). Entretanto, Aniuta y su companero Vctor Jaclard se haban trasladado a Pars, queestaba sitiada por las tropas germanas, y vivieron en la Comuna. A Sonia nose le ocurrio otra cosa que visitar a su hermana. All se sintio util, ayudandoa los defensores como enfermera. Regreso a Berln poco antes de que cayerala ciudad. Las peleas y desavenencias eran cada vez mas frecuentes en la pa-reja, hasta que un da Sonia explico a Weierstrass que estaba confuso con laforma tan extrana de comportarse que tenan estos supuestos esposos cualera la situacion real de su matrimonio. Para ayudarla, Weierstrass se ofrecio adirigirle la Tesis. Tras dos anos de intenso trabajo Kovalevskaya escribio trestrabajos, dos de los cuales segun Weierstrass eran mas que sucientes cadauno por separado para acceder al grado de Doctor:

1. Sobre la teora de ecuaciones en derivadas parciales

2. Sobre la reduccion de cierta clase de integrales abelianas de rango tres aintegrales elpticas

3. Notas suplementarias y observaciones sobre la investigacion de Laplacesobre la forma de los anillos de Saturno

Con su inuencia logro que la universidad de Gotinga autorizara en 1874la lectura de la Tesis in absentia, es decir, sin la habitual defensa oral. TemaWeierstrass no solo el poco dominio que todava tena Kovalevskaya del idiomaaleman, sino que masacraran a su pupila a base de preguntas, por el mero hechode ser una mujer. As pues, 1874 se convirtio en un ano de exitos: Vladimirhaba alcanzado el grado de Doctor en Geologa por la universidad de Jenados anos antes, Yuliya Lermontova en Qumica por la de Gotinga, y ella enMatematicas la primera mujer en la historia que lo haca por esta ultimauniversidad.

Regresa a Rusia en 1875 y los siguientes cuatro anos all son de casi totalinactividad matematica. No encuentra trabajo y la herencia que recibe de su


padre fallecido en 1874 la invierte la pareja en negocios inmobiliarios imi-tando a Chebyshev, con el objetivo de lograr una posicion economica sucien-temente holgada que les permitiera sacar adelante sus proyectos academicos.Poco despues deciden poner n a su matrimonio cticio, viviendo como unaautentica pareja. Kovalevskaya, al no conseguir una plaza de matematicas enninguna universidad, ocupa su tiempo frecuentando los crculos culturales y enla literatura, escribiendo numerosos artculos y resenas teatrales en la prensa.En octubre de 1878 nace su hija Sofa Vladimirovna Kovalevskaya, a la quellamaban carinosamente Fufa.

G. Mittag-Leer

En 1879 fracasan estrepitosamente losnegocios de su marido y las relaciones en-tre ellos se deterioran mas cada da quepasa. Kovalevskaya, que ya haba reanu-dado la correspondencia con Weierstrass,acude al Sexto Congreso de Matematicay Fsica celebrado en enero de 1880 enSan Petersburgo, donde a peticion deChebyshev da una charla sobre uno delos tres trabajos que constituyeron su Me-moria Doctoral, concretamente el relativoa la reduccion de integrales abelianas. Aeste congreso asistio el matematico suecoGosta Mittag-Leer (1846-1927), alumnoasimismo de Weierstrass y que junto conel, fueron las personas que desempenaronun papel clave en su carrera universita-ria. Mittag-Leer, que ya haba conocidoa Kovalevskaya en San Petersburgo, quedo prendado no solo por su belleza,dulzura y bondad, sino tambien por su gran talento matematico, por lo que sepropuso buscarle a toda costa una plaza en la universidad. AfortunadamenteMittag-Leer dejo la universidad de Helsinki, en Finlandia, y se integro en larecien inaugurada de Estocolmo, mucho mas moderna y liberal que las otrasuniversidades suecas de Upsala y Lund. A n de incrementar su currculum,Kovalevskaya se puso a trabajar en un problema que le planteo Weierstrass.

Pero a los momentos dedicados a la investigacion siguen otros de crisis einestabilidad. Tiene que solicitar un prestamo para afrontar las deudas de sumarido. En 1881 visita a Weierstrass en Berln y al ano siguiente viaja a Pars,donde frecuenta otra vez los crculos polticos mas radicales. Por otra parte,tras el asesinato del Zar Alejandro II se produce una energica represion de losmovimientos revolucionarios. Era bien conocida la simpata que Kovalevskayasenta por el nihilismo, movimiento que se desarrollo en Rusia a mediados delsiglo XIX y totalmente opuesto al orden social y poltico imperante. Surgiocomo consecuencia de la desesperanza sobre todo de los jovenes intelectualesprocedentes de las clases pobres, desilusionados por la falta de unas profundasy necesarias reformas polticas. Los nihilistas crean que una sociedad recons-

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truida cientcamente garantizara la felicidad de la humanidad. Kovalevskayahaba solicitado una plaza a las autoridades universitarias de su pas. Si ya eradifcil que le dieran una respuesta armativa, estas anidades polticas suyasoriginaron una denitiva y rotunda negativa.

Precisamente estando en Pars reciba la noticia del suicidio, el 27 de abrilde 1883, de su marido Vladimir quien, sumido en una profunda depresion, fueincapaz de soportar los fracasos de sus negocios y la acusacion de fraude quepesaba sobre el. Este hecho sumio a Kovalevskaya que senta remordimientospor este tragico nal en un estado de absoluto abatimiento y abandono,llegando sus amigos mas cercanos a temer por su vida. Afortunadamente logrosuperar esta situacion debido fundamentalmente a la evasion que signicabapara ella el reanudar sus investigaciones y estudios matematicos.

Gracias a Mittag-Leer consigue un nombramiento provisional para darclases en la universidad de Estocolmo, donde sus disertaciones tienen muybuena acogida y destaca como una excelente profesora. El 30 de enero de 1884da su primera clase. Entre los asistentes guro Ivar Otto Bendixson (1861-1935), que posteriormente se convertira en un reconocido matematico por susestudios sobre teora de conjuntos y fundamentos de las matematicas, topologay comportamiento de las soluciones de las ecuaciones diferenciales ordinariasde primer orden cerca de puntos singulares recuerdese el famoso Teorema dePoincare-Bendixson. Por cierto, al principio eran los propios alumnos los quepagaban el salario a Kovalevskaya.

Pronto pasa a formar parte del equipo editorial de la revista Acta Mathe-matica, fundada por Mittag-Leer, que continua siendo una de las revistasmatematicas mas prestigiosas que se publican. Sus buenos contactos con losmatematicos rusos le permiten surtir a esta publicacion de excelentes trabajosy, a cambio, actuo de puente de comunicacion entre los matematicos rusos ylos de los restantes pases de Europa.

Pero las discriminaciones de genero seguan. No le dieron permiso paracuidar a su hermana Aniuta, que fallecio en 1887, y su sueldo era muy inferioral de sus colegas masculinos con iguales funciones. Se debe subrayar el enormecelo que puso Mittag-Leer en la tarea de conseguirle cada vez mejores emo-lumentos, incluso en alguna ocasion a costa de su bolsillo. En todo caso, nose puede negar que su situacion haba mejorado muchsimo. Si no fuera porla tragedia que signico, la muerte de Vladimir resulto positiva para la futuracarrera universitaria de Kovalevskaya: era una mujer viuda, respetada, con unahija legtima y libre. Sobre todo, libre. Ademas, estaba progresando bastanteen la resolucion del problema que le planteo su maestro.

Por caprichos del destino un paquete postal dirigido a un tal Sr. M. Ko-valevsky termino por error en manos de Kovalevskaya. Se trataba de un re-conocido jurista e historiador social ruso, Maksim Kovalevsky (1851-1916),pariente lejano de Vladimir, que se convirtio en su segundo gran amor.

Cuando creyo que tena resuelto el problema que le ocupaba ya tantotiempo, se lo comunico a varios matematicos franceses, entre ellos, a CharlesHermite. Pensaron que el tema que investigaba Kovalevskaya era muy ade-


cuado para el concurso del Premio Bordin correspondiente al ano 1888, queotorgaba la Academia de Ciencias de Pars. Este tema ya haba sido propuestopor la Academia Prusiana de Ciencias para ser fallado a principios del mes dejulio de 1855, coincidiendo con el cumpleanos de G. W. Leibniz [2], con lassiguientes condiciones:

Integrar las ecuaciones del movimiento de un cuerpo solido quegira alrededor de un punto jo, sobre el que no actua ninguna fuer-za externa salvo la gravitatoria, mediante series que representenexplcitamente como funciones del tiempo todas las cantidades re-queridas para determinar el movimiento.

Este premio quedo desierto y tambienen la convocatoria de 1858. Por lo tanto,se trataba de la tercera vez que se plantea-ba la misma cuestion: resolver las celebresecuaciones de Euler ([16],[17],[18]), asuntoal que volveremos mas adelante. En el Co-mite encargado de juzgar los trabajos pre-sentados guraban matematicos de la ca-tegora de Charles Hermite (1822-1902), J.L. F. Bertrand (1822-1900), Camille Jor-dan (1838-1922) y J. G. Darboux (1842-1917). Como era de esperar, el premiode ese ano fue concedido a Kovalevska-ya, siendo su valor incrementado de 3.000francos a 5.000 francos, debido a las di-cultades del problema propuesto y a labrillantez de la solucion dada. Ello signi-co el espaldarazo denitivo a la carrera

de Kovalevskaya y un merecido reconocimiento a su trabajo en matematicas,donde siempre le exigan mas y tena que demostrar mas que a sus com-paneros masculinos. Por n, consiguio una victoria en su lucha por lograr laigualdad de derechos entre hombres y mujeres en el mundo, al menos en elmundo universitario: la primera mujer que reciba un premio de esta categoray del que tan pocos hombres podan presumir de ostentarlo.

Pero Kovalevskaya tena tambien su caracter y a veces tomaba decisionesdifciles de entender. Si crea que tena derecho a algo o decida emprender unnuevo camino, no dudaba en romper amarras y seguir su rumbo. Tena razon:por que le pagaban menos si realizaba el mismo trabajo que un hombre?Pero no valoraba que entonces el grave problema de la discriminacion quesufran las mujeres no tena facil solucion y que, en este sentido, Weierstrass yMittag-Leer tuvieron que emplearse a fondo para que ella pudiera alcanzarlas altas metas que se haba propuesto. Incluso no se recataba de airear entresus amigos suecos el aburrimiento que ya le produca vivir en Estocolmo. En

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esa epoca informo a Weierstrass de sus deseos de obtener el doctorado poruna universidad gala, para poder nacionalizarse francesa y poder ingresar enuna universidad de ese pas. Weierstrass puso el grito en el cielo y le advirtioseriamente que ello constituira una afrenta para la universidad de Gotinga,que tan generosamente se haba portado con ella, lo que probablemente con-llevara la revocacion de su grado de Doctor por dicha universidad. Y a todasestas, Mittag-Leer le haba conseguido una plaza vitalicia en la universidadde Estocolmo! Finalmente desistio de sus planes y siguio en Suecia.

Ahora era famosa y le dispensaban honores y homenajes. Su amigo Chebys-hev logro que fuera nombrada miembro honoraria de la Academia de Cienciasde San Petersburgo y, por una modicacion de su trabajo sobre el problemade rotacion de un cuerpo, recibio un premio del Rey Oscar II de Suecia.

Despues de disfrutar de unos das de vacaciones con Maksim Kovalevsky enGenova (Italia) a nales del ano 1890, regreso en solitario a Suecia. El viaje deretorno fue muy accidentado, contrajo un fuerte catarro que degenero en unaneumona y fallecio en Estocolmo el 10 de febrero de 1891, cuando apenas tena41 anos de edad. Como suele ocurrir en estas circunstancias, despues de sumuerte la fama de Kovalevskaya se incremento hasta el extremo de convertirseen un mito. Las muestras de condolencia, los homenajes y el reconocimiento seextendieron por todo el mundo. Solo desentono al respecto el Ministro ruso delInterior, I. N. Durnovo [25], que declaro que se estaba prestando demasiadaatencion a una mujer, que al n y al cabo, era una nihilista. Su hija Fufa, quefue adoptada por su amiga Yuliya Lermontova, se licencio en fsica y murio enel ano 1951 soltera y sin dejar descendencia.

3. TRABAJOS MATEMATICOS

Kovalevskaya publico una decena de artculos matematicos, todos los cua-les aparecen enumerados en las referencias. Dos de ellos ([14],[15]) son el mismotrabajo pero escritos en distintos idiomas, y tres ([16],[17],[18]) se reeren altema que le llevo a ganar el Premio Bordin de la Academia de Ciencias dePars. A continuacion los comentamos brevemente.

3.1 TEORIA DE ECUACIONES EN DERIVADAS PARCIALES

Se debe a A. L. Cauchy (1789-1857) el estudio por primera vez de la conver-gencia de las soluciones de ciertas clases de ecuaciones diferenciales obtenidasmediante desarrollos en serie por la tecnica de los coecientes indeterminados.Cauchy vea un paralelismo entre el papel desempenado por los numeros com-plejos en el estudio de las ecuaciones algebraicas y el que presenta que jugarala teora de las funciones de variable compleja en el campo de las ecuacio-nes diferenciales. Estaba convencido de que se poda establecer en este campoun teorema analogo al fundamental del algebra, que cabra enunciar as: todaecuacion diferencial con coecientes analticos posee una solucion analtica [2].


Para ello ideo el conocido hoy como metodo de las funciones mayorantes. Con-siste, en pocas palabras, en lo siguiente: si f(t, x) es una funcion analtica en undominio que contiene el origen y pretendemos resolver la ecuacion diferencial

dx

dt= f(t, x) =

k,j=0

aj,ktjxk , (1)

se ensaya buscando soluciones en forma del desarrollo en serie potencial y =n=0 cnt

n, cuyos coecientes se determinaran resolviendo un sistema algebrai-co que resultara al sustituir esta ultima expresion formalmente en (1). Ahorala funcion f(t, x) se reemplaza por otra F (t,X) =

k,j=0Aj,kt

jxk de coe-cientes no negativos tales que |aj,k| Aj,k, y elegimos asimismo C0 > 0 demodo que |c0| C0. Entonces el problema

dX

dt= F (t,X)

admite una solucion formal X =

n=0 Cntn, donde |cn| Cn para todo

n N. Se pueden obtener formas muy sencillas de F (t,X) [6, p. 49] que facili-tan enormemente la demostracion de la convergencia de la serie que representadicha solucion X = X(t) y, por consiguiente, de la serie que da la solucion delproblema original (1). Con este procedimiento Cauchy estudio en 1842 la exis-tencia de soluciones de una clase amplia de ecuaciones diferenciales ordinariasy tambien de ecuaciones en derivadas parciales cuasilineales de primer orden,si bien es cierto que no trato cuestiones como la unicidad y la prolongacionde soluciones [2], ni demostro lo dio por hecho que las condiciones inicialesdeterminan las soluciones. Aun as se denomina problema de Cauchy al plan-teado mediante una ecuacion diferencial, ordinaria o en derivadas parciales,acompanada de ciertos datos iniciales.

Weierstrass tambien estuvo interesado en este tipo de problemas por aque-llos mismos anos, si bien por otras razones. El matematico aleman estaba en-tonces inmerso en la investigacion de las integrales abelianas y la teora defunciones analticas. Lo que le atraa de las ecuaciones diferenciales era, preci-samente, la posibilidad de denir funciones analticas a partir de sus soluciones.Por metodos analogos, pero independientemente de Cauchy, estudio sistemasde ecuaciones diferenciales, destacando dos detalles novedosos: las condicionesiniciales determinan unvocamente las soluciones y la prolongacion de estas.Parece logico, pues, que propusiera a Kovalevskaya que investigara mas pro-fundamente este campo.

En su trabajo Sobre la teora de ecuaciones en derivadas parciales [10],Kovalevskaya estudio el sistema de ecuaciones en derivadas parciales cuasi-lineales

x

=

=1

=1

G() (1, ..., n)

x

, = 1, 2, ..., n,

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o mas generales

G()(1, ..., n)x

=

=1

=1

G() (1, ..., n)

x

+G()00 (1, ..., n),

= 1, 2, ..., n, donde G() y G() son funciones analtica en un entorno del

origen, demostrando mediante el metodo de las mayorantes de Cauchy yWeierstrass que las series obtenidas formalmente convergen en realidad enalgun dominio y que satisfacen efectivamente las ecuaciones dadas. Para elloconsidera este otro sistema

x

=

=1

=1

G() (1, ..., n)

x

,

= 1, 2, ..., n, donde G() es la mayorante de G() dada por

G() (1, ..., n) =

G

1 1+2+...+ng,

para ciertas constantes positivas G y g ([10, p. 8], [2, p. 31]). Uno de los logrosbrillantes de este trabajo es la introduccion por parte de Kovalevskaya quizasinspirada en Jacobi [2, p.30] del concepto de forma normal de una ecuacionen derivadas parciales. Si se tiene la ecuacion

G

(x, x1, ..., xr, , ...,

+1++rxx11 ...x

rr

, ...

)= 0, (2)

(Kovalevskaya se limito a considerar un polinomio G, pero vale para funcionesmas generales) y la derivada mayor presente en (2) es de orden n, diremosque la ecuacion esta en forma normal si algunas de las derivadas puras (esdecir, respecto de una unica variable) de orden n gura en (2) y es posibledespejarla. Ello le permite demostrar el que hoy se conoce como Teorema deCauchy-Kovalevskaya en el caso general, esto es, para ecuaciones en derivadasparciales arbitrarias ([5],[7],[24]).

Conviene resaltar que en este trabajo [10, p.22], Kovalevskaya prueba queno siempre una ecuacion en derivadas parciales con coecientes analticosy condiciones iniciales analticas tiene solucion analtica. Su contraejemploasombro a Weierstrass por su sencillez y elegancia. El problema de valoresiniciales para la ecuacion parabolica

x=

2

y2

(0, y) =1

1 y ,


origina como posible solucion la serie

(x, y) =

n,m=0

(2m + 2n)!(2m)!n!

xny2m

Pero si x = 0, esta serie diverge, ya que

(x, 0) =

n=0

(2n)!n!

xn

tiene radio de convergencia igual a cero. Luego, este problema no admite nin-guna solucion (x, y) analtica en un entorno de x = 0. Sin embargo, si laecuacion se considera en forma normal y las condiciones iniciales se jan en lavariable correcta, o sea, si planteamos el problema

x=

2

y2

(x, y0) = f(x)(x, y0)

y= g(x),

siempre tiene solucion analtica en un entorno de (x0, y0), supuesto que f y gson analticas en x = x0.

Este trabajo formo parte de su Tesis Doctoral y fue muy bien acogido porla comunidad matematica, desempenando todava un papel fundamental en lateora de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.

3.2 INTEGRALES ABELIANAS

Se dice queR(z,w)dz es una integral abeliana si R(z,w) es cualquier

funcion racional de las variables z y w, que a su vez estan relacionas por laecuacion algebraica F (z,w) = 0. Cuando la ligadura entre las variables z y wes w2 = f(z) = a0z4+ a1z3+ a2z2+ a3z+ a4, la integral

R(z,w)dz se llama

elptica (que originan las funciones elpticas jacobianas). Si w2 = 4z3g2zg3(donde g2 y g3 denotan las invariantes de Weierstrass, vease [4, vol. II, p. 305]),de la inversion de las correspondientes integrales surgen las funciones elpticasweierstrassianas. Si la ligazon algebraica es de la forma w2 = a0zn + a1zn1+... + an1z + an, n 5, se denominan integrales hiperelpticas.

Weierstrass propuso a Kovalevskaya que estudiara algunas situaciones de-generadas, es decir, cuando una cierta clase de integrales abelianas se reducea integrales elementales o a integrales elpticas. En su trabajo Sobre la reduc-cion de una clase de integrales abelianas de rango tres a integrales elpticas [11]aborda esta cuestion, que no era capital en esta teora. Hay que tener presente

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que en el siglo XIX las investigaciones de las integrales abelianas y elpticas,as como de las funciones elpticas, las funciones y , las funciones deWeierstrass y sus interconexiones [4] era un campo muy fecundo y con unafebril actividad, donde trabajan los mas prestigiosos matematicos de la epoca,desde L. Euler (en el siglo anterior), pasando por A. M. Legendre (1752-1833),A. L. Cauchy (1789-1857), C. G. J. Jacobi (1604-1851), K. Weierstrass, Ch.Hermite (1822-1901), G. F. B. Riemann (1826-1866)... Podemos imaginarnos,ante esta pleyade de matematicos galacticos, no solo el volumen de trabajosy artculos sobre estos temas, sino tambien su excepcional calidad. Tan soloWeierstrass en sus obras completas dedica mas de quinientas paginas a estostopicos. Kovalevskaya tuvo que familiarizarse, conocer y dominar gran partede esta vasta produccion para afrontar con exito el encargo de su maestro. Ylo hizo con elegancia y competencia, aunque en realidad el tema no desper-taba gran interes, eclipsado por los resultados alcanzados por tantas guras.Pero todo el mundo le reconocio su trabajo porque, como destaco el propioWeierstrass, en el se reejaba el extraordinario talento matematico de estamujer. De hecho, como resalta R. Cooke [2], si hubiera que buscar un area delas matematicas en que Kovalevskaya fuera considerada una especialista, estasera la de las integrales abelianas. Por cierto, ello le sera de gran utilidadcuando abordo posteriormente la investigacion del movimiento de un cuerporgido alrededor de un punto jo.

3.3 SOBRE LA FORMA DE LOS ANILLOS DE SATURNO

P. S. Laplace (1749-1827) haba asumido que la seccion transversal del ani-llo de Saturno (entonces se crea que este extrano planeta solo posea un anillo)tena forma elptica. En su artculo Notas suplementarias y observaciones sobrela investigacion de Laplace sobre la forma de los anillos de Saturno[12], Kova-levskaya establece que es ovalado. Se trata del trabajo mas aplicado de nuestropersonaje, pero realmente tiene mas importancia por su contenido matematico.En efecto, primeramente intenta calcular el potencial del anillo en un puntoP1 = (x1, y1, z1) de coordenadas cilndricas (1, 1, z1) = (1 cos t, 1, a(t1)).Si se supone que el cuerpo ocupa una region B del espacio, el potencial gravita-torio viene dado por la integral V = 12

cos d, extendida a la frontera de

B. En la evaluacion de esta integral comparecen funciones elpticas completas([2, p. 77], [4, vol. II, p. 317]). Entonces parametriza la supercie segun

x = (1 a cos t)cos y = (1 a cos t)sen z = a (t)

y supone sin mas que (t) = sen t+ 1 sen 2t+ 2 sen 3t+ .... El potencialno depende de y, por simetra, es una funcion par de t1, de modo que puede


escribir el desarrollo en serie de Fourier V = V0+V1 cos t1+V2 cos 2t1+ ..., y,analogamente M(21 + z

21) 1

2 = m0 +m1 cos t1 +m2 cos 2t1 + .... Finalmenteimpone el principio de conservacion de la energa

V (1, z1) +M(21 + z21) 1

2 +12n221 = C,

donde las constantes C y n pueden ser determinadas. As llega al sistema deinnitas ecuaciones

V0 +m0 + 12n2(1 + a

2

2 ) C = 0V1 +m1 n2a = 0V2 +m2 + n

2

2 a2 = 0

Vj +mj = 0,

para j = 3, 4, ..., donde se supone que las cantidades Vj y mj vienen expresadasen terminos de los coecientes de Fourier j [2]. Resolver este sistema ahora enn, C y los j es una empresa complicadsima. Si a estas dicultades se anadeel descubrimiento de J. C. Maxwell de que haban varios anillos y que estos noeran continuos sino que estaban constituidos por partculas (hoy se distinguenen esta extrana estructura tres zonas separadas tres anillos y se sabe quelas partculas son de hielo amonico, siendo su masa muy pequena comparadacon la del planeta), no es de extranar que Kovalevskaya se desanimara y nopusiera mucho empeno en perfeccionar su trabajo.

3.4 SOBRE LA REFRACION DE LA LUZ Y LAS ECUACIONES DE LAME

Un curioso personaje introdujo la quinina para el tratamiento de la mala-ria, el astronomo real danes Erasmus Bartholin (1625-1698), descubrio la do-ble refraccion de la luz cuando atraviesa un cristal de espato de Islandia (unaclase de calcita). Christian Huyghens (1629-1695) trato de buscar explicacio-nes al hecho de que si la luz sigue una direccion distinta a la del eje optico seoriginan dos haces con velocidades diferentes. A. J. Fresnel (1788-1827) des-cubrio cristales que poseen dos ejes de simetra en lugar del unico que tiene lacalcita y demostro que, cuando el desplazamiento forma angulos X, Y , Z conlos ejes respectivos, las componentes de la fuerza son

p = a cosX + h cosY + g cosZq = b cosY + h cosX + f cosZr = c cosZ + g cosX + f cosY

donde (a, h, g), (h, b, f) y (g, f, c) son las componentes de un desplazamientounitario a lo largo de los ejes X, Y , Z. Fresnel llego a deducir la ecuacion

LA GACETA 87

diferencial de la supercie de ondas(z xz

x y z

y

)2(yz

x xz

y

)+

z

x

z

y(a2 b2)

(z xz

x y z

y

)+

(a2x

z

y b2y z

x

)(1 +

(zx

)2 + (zy

)2) = 0 (3)Posteriormente, M. G. Lame (1795-1870), partiendo de las leyes de la mecanicanewtoniana, dedujo las condiciones de equilibrio

N1x

+T3y

+T2z

+ X0 = 0

T3x

+N2y

+T1z

+ Y0 = 0 (4)

T2x

+T1y

+N3z

+ Z0 = 0

donde las tres componentes de la fuerza en un plano paralelo al plano coorde-nado Y OZ son N1 normal y T2, T3 tangentes al plano, y el mismo signicadospara las demas incognitas; (X0, Y0, Z0) son las componentes de la aceleracionde la partcula en el punto (x, y, z) y es la densidad del medio. Como en elcaso de Fresnel, con solo seis cantidades se puede determinar las nueve com-ponentes de tres vectores tridimensionales. El desplazamiento (u, v,w) de unapartcula en un medio incompresible satisface, con notacion actual, la ecuaciondiv(u, v,w) = 0. Como la amplicacion es proporcional a la tension, Lame de-mostro que cada una de las seis componentes presentes en (4) debe tener laforma

Au

x+B

v

y+ C

w

z+D

(vz

+w

y

)+E

(wx

+u

z

)+ F

(uy

+v

x

)Ante las dicultades de calculo, Lame considero formas particulares para eldesplazamiento

u = cos 2

(t

mx+ ny + pz

l

)

v = cos 2

(t

mx+ ny + pz

l

)

w = cos 2

(t

mx+ ny + pz

l

)

siendo , , los cosenos directores del desplazamiento, la amplitud de laonda, el periodo, l la longitud de onda y m, n, p los cosenos directores


del rayo de luz. Tras un tedioso proceso, llego a obtener las conocidas comoecuaciones de Lame

2u

t2= c2

y

(uy v

x

) b2

z

(wx

uz

)2v

t2= a2

z

(vz w

y

) c2

x

(uy v

x

)(5)

2w

t2= b2

x

(wx

uz

) a2

y

(vz w

y

)

Finalmente, tras un arduo proceso, llega a la misma expresion para la superciede onda que la obtenida por Fresnel como solucion de la ecuacion (3) y, al tratarde describir la radiacion de la luz de una fuente puntual que supone que seextiende homoteticamente halla para la amplitud de la vibracion la formula

2ba2 c2 sen i sen i

1x2 + y2 + z2

,

donde i e i denotan los angulos que forma el rayo de luz con los dos ejesopticos. Pero encontro problemas, como que la amplitud se hace innita en elorigen debido a la presencia del factor (x2 + y2 + z2)

12 , en cuya justicacion

recurre al eter, sustancia que supuestamente llena el espacio.Aunque a Weierstrass se le puede considerar como el prototipo de matema-

tico puro, sola en sus clases plantear cuestiones fsicas para ilustrar sus expo-siciones teoricas y en 1856 presento una ponencia en el Congreso de Cientcosde Alemania sobre el camino descrito por un rayo de luz al atravesar variosmedios contiguos con supercies de refraccion esfericas. Weierstrass pidio a Ko-valevskaya que trabajara en este tema y le dio a conocer una tecnica ineditasuya con la que el pensaba que se poda resolver el problema [2]. Esta tecnicase basa en el hecho de que un rayo de luz OP que pasa por el origen corta auna supercie S en un unico punto P1. Entonces, el lugar geometrico de lospuntos t = const., donde t denota el cociente entre las distancias OP y OP1,es otra supercie t analoga a S. Weierstrass, por el teorema de la divergencia,encontro la formula basica

Dt

(t0...t)

DuF (u, v,w)d = D2t

(t0,...,t)

uF (u, v,w)d, (6)

donde (t0...t) indica que la integral se extiende a la region comprendida entrelas supercies t0 y t. Con esta formula Weierstrass consigue resolver ecua-ciones en derivadas parciales de segundo orden y problemas mas complejos,

LA GACETA 89

como sistemas de ecuaciones de la clase

2

t2+ a2

( y

(x

y

) z

(z

x

)) b2(2x2

+2

xy+

2

xz

)= X

2

t2+ a2

( z

(y

z

) x

(x

y

)) b2( 2xy

+2

y2+

2

yz

)= Y

2

t2+ a2

( x

(z

x

) y

(y

z

)) b2( 2xz

+2

yz+

2

z2)= Z,

conocidos los valores iniciales de las incognitas , , y sus derivadas parcialesprimeras respecto de t. Como se puede observar, este sistema es bastanteparecido al (5) de Lame.

Kovalevskaya creyo que los problemas que se le presentaban a Lame proce-dan de que este eligio una expresion incorrecta para las soluciones de (5). Porello busco soluciones de la forma

= Dt(

t0...t1(u, v,w)f(x + u, y + v, z + w)d

)

= Dt(

t0...t2(u, v,w)f(x + u, y + v, z + w)d

)(7)

= Dt(

t0...t3(u, v,w)f(x + u, y + v, z + w)d

)

Tras un complicado proceso a lo largo del cual utiliza la formula (6),prueba la existencia de una funcion tal que grad = (1, 2, 3), denota(1, 2, 3) = grad grad y asume que grad = a2(1, 2, 3), Kova-levskaya reduce las ecuaciones de Lame al sistema

v

w

w

v=

1a2

u,

w

u

u

w=

1b2

v

u

v

v

u=

1c2

w,

v

w

w

v=

u

w

u

u

w=

v,

u

v

v

u=

w

Supone entonces que (u, v,w) = t dene la supercie t, estableciendo inge-niosamente que debe coincidir con la supercie de onda, en cuya parametri-zacion intervienen las funciones elpticas de Jacobi sn, cn, dn [4]. Finalmenteconcluye que la solucion del sistema (5) es [13, p. 297]


= t KK

2L2L

1 k2b

sn u1 sn u2 cn u2 f(x+ u, y + v, z + w)du1du2

= t KK

2L2L

1acn u1 sn u2 dn u2 f(x+ u, y + v, z + w)du1du2 (8)

= t KK

2L2L

1adn u1 cn u2 dn u2 f(x+ u, y + v, z + w)du1du2

Sin embargo, Vito Volterra (1860-1940) demostro que estos resultados sonincorrectos. En las anteriores formulas le escribio a Mittag-Leer [2] se veque tanto las funciones , , como sus derivadas parciales t ,

t ,

t se

anulan en t = 0 y, por tanto, la solucion se reduce a la trivial, ya que elsistema de Lame es homogeneo, lo cual es imposible. Tambien le senalaba quesi se toma f(x, y, z) = y se obtiene a partir de (8) unas expresiones sencillasque no satisfacen el sistema (5). Se cuenta que Kovalevskaya se enfado muchocon Weierstrass porque este no detecto ningun error y tampoco Runge, queactuo de referee, pero ello no se ajusta a la verdad. En efecto, cuando Volterracomunico a Mittag-Leer que el artculo contena errores, Kovalevskaya yahaba fallecido.

Es muy difcil enteder como Kovalevskaya y Weierstrass no se dieron cuen-ta de estos fallos. Pero no iba muy descaminada Kovalevskaya, si uno observala similitud que guarda la solucion correcta aportada por Volterra con la suya[2, p. 174].

3.5 LAS ECUACIONES DE EULER Y EL PROBLEMA DE LA ROTACION DE UN CUERPO

Uno de los problemas mas importantes de la mecanica clasica es el estudiodel movimiento de rotacion de un cuerpo solido alrededor de un punto jo, cuyamodelizacion matematica conduce a un sistema de ecuaciones diferenciales dedicilsima, si no imposible, resolucion. Leonhard Euler (1707-1783) abordoeste problema varias veces a lo largo de su vida y a su genialidad se debe lasiguiente formulacion mediante el sistema de ecuaciones que lleva su nombre,en la version dada posteriormente por el matematico britanico R. B. Haywarden 1858

Adp

dt= (B C)qr +Mg(y0 z0), ddt = r q

Bdq

dt= (C A)rp+Mg(z0 x0), d

dt = p

r (9)

Cdr

dt= (AB)pq +Mg(x0 y0), d

dt = q p

LA GACETA 91

donde A, B, C son los ejes principales del elipsoide de inercia del cuerpoconsiderado en relacion con el punto jo; M es la masa del cuerpo; g, la ace-leracion de la gravedad; y (x0, y0, z0), las coordenadas del centro de gravedadrespecto de un sistema de referencia cuyo origen esta en el punto jo y cuyasdirecciones coinciden con las de los ejes principales del elipsoide de inercia. Lasincognitas p, q, r son las componentes de la velocidad angular a lo largo de losejes principales y , , son los cosenos directores de los angulos que los tresejes forman en cada momento. Muy pocos de los grandes matematicos de laepoca se mostraron indiferentes ante el problema. Por el contrario, intentaronhacer contribuciones en la busqueda de su resolucion, porque eran conscientesde que quienes lo consiguieran pasaran a la posteridad.

Euler logro integrar este sistema de ecuaciones en el caso en que x0 =y0 = z0 = 0. Para el las dicultades inherentes a este particular planteamientono podan ser superadas desde la fsica, sino con todas las herramientas delanalisis matematico. Y profetizo que exista una innidad de situaciones queson completamente irresolubles debido a las limitaciones del analisis.

J. L. Lagrange (1736-1813) marco un hito con su obra Mecanique Analy-tique(1788), donde concibe esta parte de la fsica mas bien como una rama delas matematica, una geometra tetradimensional en la que la cuarta dimensiones el tiempo. Consigue expresar las incognitas p, q, r en funcion de los cono-cidos como angulos de Euler [2, p. 146] y resuelve el sistema (9) en el caso enque A = B , x0 = y0 = 0.

Otros matematicos de la talla de S. D. Poisson (1781-1840), A. Cayley(1821-1899), J. C. Maxwell (1831-18779), J. J. Sylvester (1814-1897)... tam-bien trabajaron en este problema. Weierstrass impartio un curso en Berln enel cual, siguiendo tecnicas de C. G. J. Jacobi (1804-1851), explico como sepodan obtener las soluciones dadas por Euler y Lagrange mediante cocientede funciones [4], que no son otra cosa que generalizaciones de las funcioneselpticas de Jacobi. Animado por estos exitos parciales, Weierstrass ataco elproblema general, llegando a la conclusion de que, en tal caso, la solucion noviene dada por funciones univaluadas del tiempo. Con toda seguridad Kova-levskaya, que por aquella fecha estaba en Berln, tuvo conocimiento de todosestos resultados. Por eso Weierstrass le propuso abordar el problema generaly le animo a describir el movimiento mediante funciones elpticas del tiempo.

El conocimiento de las funciones p, q, r, , , permitira determinarel eje de rotacion en cualquier instante, la velocidad angular y la direccionvertical a partir de las coordenadas del cuerpo. Como no todas las incognitasson independientes, para determinar la solucion general se necesitara hallarcinco integrales independientes del sistema. Una de ellas sigue inmediatamentede consideraciones geometricas

()2 + ()2 + ()2 = 1

La segunda se inere del principio de conservacion de la energa


12

(Ap2 +Bq2 + Cr2

)+Mg

(x0 + y0 + z0

)= constante (10)

Y una tercera expresa el hecho de que la componente vertical del momentoangular es constante

Ap +Bq + Cr = constante (11)

Kovalevskaya se dio cuenta de que, en los casos estudiados por Eulery Lagrange, las seis incognitas son funciones univaluadas del tiempo queunicamente poseen singularidades que son polos, y se pregunta si esta serala situacion en el caso general [18]. Por ello busca soluciones en el t-planocomplejo mediante series de Laurent en un entorno de t0, como sigue (bastatomar t0 = 0 ya que el sistema (9) es un sistema autonomo)

p = tn1(p0 + p1t+ p2t2 + ...), = tm1(f0 + f1t+ f2t2 + ...)q = tn2(q0 + q1t + q2t2 + ...), = tm2(g0 + g1t+ g2t2 + ...) (12)r = tn3(r0 + r1t+ r2t2 + ...), = tm3(h0 + h1t+ h2t2 + ...)

debiendo asegurar no solo la existencia de radios de convergencia y que lasseries verican formalmente las ecuaciones del sistema de Euler, sino que entodo caso hay cinco constantes arbitrarias. Deduce rapidamente que n1 = n2 =n3 = 1 y m1 = m2 = m3 = 2. Poniendo A1 = BC, B1 = CA, C1 = ABy eligiendo la escala de modo que Mg = 1, prueba que los primeros coecientesdeben satisfacer el sistema algebraico

Ap0 = A1q0r0 + y0h0 z0g0, 2f0 = r0g0 q0h0Bq0 = B1r0p0 + z0f0 x0h0, 2g0 = p0h0 r0f0 (13)Cr0 = C1P0q0 + x0g0 y0f0, 2h0 = q0f0 p0g0

Para garantizar que f0, g0, h0 sean diferentes de cero, tiene que ocurrir que eldeterminante de la segunda parte del sistema (13) se anula, esto es, que

p20 + q20 + r

20 + 4 = 0

Combinando este resultado con las ecuaciones (10) y (11), se obtienenestos dos conjuntos de soluciones para los primeros coecientes

p0 = i2C

A 2Cz0x0

, f0 = 2Cx0

q0 = ip0, g0 = i2Cx0

r0 = 2i, h0 = 0

LA GACETA 93

O bien

p0 = 0, f0 = 2Ax0 iz0

q0 = 2i, g0 = 0

r0 = 0, h0 = i2A

x0 iz0donde = 1. Una vez determinados los coecientes p0, q0, r0, f0, g0, h0 lasecuaciones de Euler permiten obtener los restantes coecientes pm, qm, rm,fm, gm, hm recurrentemente a partir de relaciones que forman un sistema deseis ecuaciones algebraicas, todas ellas del tipo

(m 1)Apm A1(q0rm + r0qm) z0gm + y0hm = Pm,

cuyos segundos miembros son funciones enteras de los citados coecientes conndices inferiores a m.

Kovalevskaya obtiene como casos particulares los ya conocidos de Euler yLagrange y arma que hay un nuevo caso, no estudiado anteriormente, que sepuede resolver. Este nuevo caso se presenta cuando

A = B = 2C, z0 = 0

Eligiendo convenientemente los ejes, es posible tomar y0 = 0. Si, ademas, seescoge una escala adecuada de modo que A = B = 2 y C = 1, el sistema (9)se reduce al

2dp

dt= qr,

d

dt= r q

2dq

dt= pr c0, d

dt= p r (14)

dr

dt= c0,

d

dt= q p,

donde c0 = Mgx0. Las tres integrales conocidas adoptan ahora la forma

2(p2 + q2) + r2 = 2c0 + 6l1

2(p + q) + r = 2l

()2 + ()2 + ()2 = 1,


siendo l y l1 constantes de integracion. Kovalevskaya encuentra habilmenteuna cuarta integral{(

p+ qi)2 + c0( + i)}{(p qi)2 + c0( i)} = k2

En este momento Kovalevskaya efectua numerosos y complicados cambios devariables [2, p. 156], cuyo objetivo es adecuar tanto las ecuaciones como lasintegrales a n de que se puedan usar las funciones en la integracion de laprimera de las ecuaciones (14)

2qr

dp =

dt

Tras mprobos esfuerzos y una enorme paciencia, Kovalevskaya llega a que

0 =ds1R1(s1)

+ds2R1(s2)

dt =s1ds1R1(s1)

+s2ds2R1(s2)

(15)

donde R1(s) es un polinomio de grado cinco. Las variables seleccionadas sehan amoldado de manera que se pueda aplicar las tecnicas de inversion deJacobi. De (15) deduce que s1 y s2 son cocientes de productos de funciones ,cuyos argumentos son funciones lineales del tiempo [18].

Al nal de este trabajo Kovalevskaya presento un modelo fsico que, apeticion de Weierstrass, le dejo H. A. Schwarz (1845-1921) y que se adaptabaal caso teorico que ella haba descubierto. Posteriormente se puso en tela dejuicio que este modelo se correspondiera exactamente con el caso investigadopor Kovalevskaya, lo que pone de maniesto lo intrincado y la complejidad delproblema analizado.

El matematico ruso A. A. Markov (1856-1922) dudaba de que los tresunicos casos en los cuales el sistema (9) poseyera soluciones meromorfas selimitaran a los investigados por Euler, Lagrange y la propia Kovalevskaya,argumentando que algunos polinomios que aparecan en el trabajo de estaultima podran tener races multiples. Pero Lyapunov (1857-1918) profundi-zando en el estudio de estos casos, establecio paladinamente que estos treseran los unicos cuyas soluciones se expresaban como funciones univaluadas deltiempo. Tambien, R. Liouville verico que se trataba de los casos exclusivosen que el sistema de Euler posea cuatro integrales algebraicas independientes.As pues, a Kovalevskaya le cupo el honor y la gloria de completar el progra-ma iniciado por Euler y continuado por Lagrange, en el sentido de que no sepuede avanzar mas en esa direccion. De hecho, el caso general sigue siendo unproblema abierto.

LA GACETA 95

Los contemporaneos no escatimaron elogios al gran trabajo realizado porKovalevskaya quien, en un momento en que el analisis se alejaba peligrosa-mente de las aplicaciones, fue capaz de resolver un problema de mecanicautilizando los mas recientes avances analticos. Por este trabajo, como ya fuedicho, recibio el Premio Bordin de la Academia de Ciencias de Pars corres-pondiente al ano 1888. Y tan solo por el hubiera pasado a la posteridad comouna gran matematica!

3.6 SOBRE UN TEOREMA DE BRUNS

E.H. Bruns (1848-1919) fue otro alumno de Weierstrass conocido, sobretodo, por sus investigaciones sobre el sistema de ecuaciones diferenciales quedescribe el problema de los tres cuerpos. Pues bien, en esta nota , Sobre unteorema de Bruns [19], Kovalevskaya simplica la prueba de un teorema deeste matematico: Existe una funcion U(x, y, z) que es analtica en cualquierpunto regular de la frontera de una supercie S y que satisface la ecuacion dePoisson

U 2U

x2+

2U

y2+

2U

z2= 4k,

con las condiciones de frontera U = Ux =Uy =

Uz = 0 sobre S.

La prueba de Kovalevskaya es ingeniosa y sencilla. Realiza un cambio delas variables (x, y, z) a las (u, v, s) de modo que la supercie tenga ecuacions = 0, reduciendo el problema anterior al

2U

s2+A1

2U

u2+B1

2U

v2+ a1

U

u+ b1

U

v+ c1

U

s= 4k2,

donde =(x,y,z)(u,v,s)

= 0 denota el determinante del jacobiano del cambio,con las condiciones U(u, v, 0) = U(u,v,0)s = 0. Precisamente, el hecho de que = 0 le permitio aplicar el actualmente conocido como teorema de Cauchy-Kovalevskaya.

Segun R. Cooke [2], por los anos de las referencias que cita en el, se trataquizas de uno de los primeros trabajos de Kovalevskaya. Un resultado similaraparece en su Tesis Doctoral. Acaso por esta razon lo guardo y mas tardedecidio presentarlo en un congreso en Estocolmo. Fue publicado postumamentepor Mittag-Leer.

4. TRABAJOS LITERARIOS

Kovalevskaya fue una persona dotada de una extraordinaria sensibilidad,con grandes inquietudes literarias, sociales y polticas. Sus dos mejores obras no


matematicas son Recuerdos de la infancia y Una joven nihilista. En la primera[20], editada en 1889, de caracter autobiograco y escrita con una prosa sencillay elegante, relata como transcurre su infancia hasta que alcanza los 15 anos deedad sus relaciones familiares, especialmente con su hermana Aniuta todoello inmerso en la problematica social de aquella epoca y de su pas. En lasegunda [21], publicada despues de su muerte primero en Ginebra en 1892 ymas tarde en 1906 en su Rusia natal (donde fue reiteradamente prohibida),narra los avatares y las utopas de una joven revolucionaria, encarnada enVera Goncharova, relacionada familiarmente con A. S. Pushkin (1799-1837),escritor contrario al sistema aristocratico reinante en su epoca.

El nihilista es otra novela corta basada en la gura de N. Chernyshevsky(1828-89), deportado a Siberia por su obra Que hacer?, que ejercio una graninuencia sobre la juventud rusa de la segunda mitad del siglo XIX y la revo-lucion de 1917.

Fruto de su colaboracion con Anna Charlotte hermana de Mittag-Leeres la obra teatral La lucha por la felicidad. En realidad fue escrita por Anna,si bien el guion, el tema, es de Kovalevskaya. Se ve claramente que describesu relacion tormentosa con Vladimir y evidencia que nunca pudo borrar de sumente el sentimiento de un cierto grado de culpabilidad ante el tragico nal desu esposo. No tuvo gran acogida en Suecia, pero s en Rusia cuando se estrenoanos despues.

Recordemos que cuando regreso a Rusia, con posterioridad a haber accedi-do al grado de Doctor, en 1875, en unos cuatro anos yermos matematicamente,realizo una ajetreada vida social, frecuentando los crculos culturales de SanPetersburgo. Escribio entonces y en el resto de su vida un buen numero deresenas teatrales, poesas, ensayos sobre George Elliot, comentarios sobre la si-tuacion poltica, incluso escribio dos notas sobre sus visitas a sendos hospitalespara mujeres.

Sobra decir que estas actividades extras desesperaban tanto a Weierstrasscomo a Mittag-Leer, que no alcanzaban a comprender como malgastaba eltiempo en estas cuestiones, en lugar de emplear su talento en matematicas.En algun momento la propia Kovalevskaya reconocio que hubiera llegado maslejos si se hubiera dedicado a una sola actividad y no a repartir su esfuerzoen tantas direcciones diferentes. Bueno, s que comparta con Weierstrass laopinion de que para ser matematico hay que tener el alma de un poeta.

5. CONSIDERACIONES FINALES

Sonia Kovalevskaya fue la primera mujer en obtener el grado de Doctor enMatematicas, la primera en formar parte del comite editorial de una revistamatematica (nos referimos a Acta Mathematica) y la primera en ganar unpremio de la categora del Prix Bordin, el mas alto galardon que se podarecibir en Ciencias en aquellos tiempos. Fue de las primeras mujeres en ocuparuna catedra en una universidad europea. Y, ademas, realizo algunas notables

LA GACETA 97

contribuciones a las matematicas. Que mas se puede pedir? Como dijo sumaestro y mentor, con ocasion de su muerte, quizas la persona que mas sufriopor este hecho:

Las personas pasan, las ideas perduran. La gura eminente deSonia debera pasar a la posteridad en base a la unica virtud de sutrabajo matematico y literario.

Pero la personalidad de Kovalevskaya es muy rica. Hay que valorar sucompromiso poltico con los movimientos que queran mejorar las condicionesde vida de sus compatriotas y de toda la humanidad. Aunque fueran utopas yle hicieran perder tiempo. No vacilo en prestar su pasaporte para que algunosjovenes pudieran abandonar Rusia y estudiar en el extranjero, con el riesgo queello signicaba entonces. Ayudaba a sus paisanos exiliados, particularmente alas mujeres.

Hoy en da sigue siendo un referente de los movimientos que luchan porconseguir una efectiva igualdad de derechos entre hombres y mujeres. Cuandollego a Suecia para dar clases en la universidad de Estocolmo, August Strind-berg (1849-1912), un famoso escritor de piezas teatrales y misogino, escribioen la prensa calicando de autentica monstruosidad que una mujer diera clasesen la universidad. Ella le escribio a Mittag-Leer:

Como un regalo de Navidad he recibido de su hermana unartculo de Strindberg en el que prueba tan claramente como quedos y dos son cuatro que monstruoso fenomeno es una mujer mate-matica, que pernicioso, inutil y desagradable. Pienso que esencial-mente tiene razon; la unica cosa con la que no estoy de acuerdoes con que hay muchos hombres matematicos en Suecia que sonmejores que yo y que he sido invitada a venir aqu solo por caba-llerosidad.

Queda claro que lo que no admite Kovalevskaya de ningun modo es queun hombre sea considerado mejor en matematicas que una mujer por el simplehecho de ser hombre. Quizas el ttulo de su biografa realizada por A.H. Ko-blitz [8] sintetiza magistralmente su compleja existencia y personalidad: Unaconvergencia de vidas. Sofa Kovalevskaya: cientca, escritora, revoluciona-ria.

Impresionante resulta tambien el juicio que sobre ella hace su amigoMittag-Leer [2, p. 177], en su obituario:

Sonia Kovalevskaya conservara un lugar eminente en la his-toria de las matematicas y por su obra postuma [21], que esta apunto de aparecer, sera recordada en la historia de la literatura.Pero acaso no es ni como matematica ni como escritora el modoen que se debe apreciar o juzgar a esta mujer de tanto espritu y


originalidad. Como persona fue aun mas extraordinaria que lo queuno sera capaz de creer por sus trabajos. Todos los que la cono-cimos y estuvimos cerca de ella...la recordaremos por la impresionvivaz y poderosa que produca su personalidad.

REFERENCIAS

[1] R. Bolling. ...Deine Sonia: a reading from a burned letter, The MathematicalIntelligencer, 14(3)(1992), 2430.

[2] R. Cooke. The Mathematics of Sonya Kovalevskaya, Springer-Verlag, New York,1984.

[3] M. R. Chowdhury. Koblitz, Klein and Kovalevskaia, The Mathematical Intelli-gencer, 8(4)(1986), 6872.

[4] A. Erdelyi. Higher Transcendental Fuctions, McGraw-Hill, New York, 1953 (ree-ditado por R. E. Krieger Publishing Company, Malabar, Florida, 1981).

[5] P. R. Garabedian. Partial dierential equations, Wiley, New York, 1964.

[6] M. de Guzman. Ecuaciones diferenciales ordinarias, Alhambra, Madrid, 1980.

[7] F. John. Partial dierential equations, Springer-Verlag, Berlin, 1971.

[8] A. H. Koblitz. A Convergence of Lives: Sophia Kovalevskaya: Scientist, Writer,Revolutionary, Birkhauser, Boston, 1983.

[9] A. H. Koblitz. Soa Kovalevskaia and the mathematical community, The Mat-hematical Intelligencer, 6(1)(1984), 2029.

LA GACETA 99

[10] S. Kovalevskaya. Zur Theorie der partiellen Dierentialgleichungen, Journal furdie reine und angewandte Mathematik, 80(1875), 132.

[11] S. Kovalevskaya. Uber die Reduction einer bestimmten Klasse von AbelscherIntegrale 3-ten Ranges auf elliptische Integrale, Acta Mathematica, 4(1884), 393414.

[12] S. Kovalevskaya. Zusatze und Bermerkungen zu Laplaces Untersuchung uberdie Gestalt des Saturnringes, Astronomische Nachrichten, 111(1885), 3748.

[13] S. Kovalevskaya. Uber die Brechung des Lichtes in christallinischen Mitteln,Acta Mathematica, 6(1886), 249304.

[14] S. Kovalevskaya. Sur la propagation de la lumie`re dans un milieu cristallise,Comptes rendus Acad. Sc., 98(1884), 356357.

[15] S. Kovalevskaya. Om ljusets fortplantning uti ett kristalliniskt medium, Ofver-sigt af Kongl. Vetenskaps-Akademiens Forhandlinger, 41(1884), 119121.

[16] S. Kovalevskaya. Sur le proble`me de la rotation dun corps solide autour dunpoint xe, Acta Mathematica, 12(1889), 177232.

[17] S. Kovalevskaya. Sur une propiete du syste`me dequations dierentielles quidenit la rotation dun corps solide autour dun point xe, Acta Mathematica,14(1890), 8193.

[18] S. Kovalevskaya. Memoire sur un cas particulier du proble`me de la rotationdun corps pesant autour dun point xe, ou` lintegration seectue a` laide defonctions ultraelliptiques du temps , Memoires presentes par divers savants a`lAcademie des Sciences de lInstitut National de France, Paris, 31(1890), 162.

[19] S. Kovalevskaya. Sur un theore`me de M. Bruns, Acta Mathematica, 15(1891),4552.

[20] S. Kovalevskaya. A Russian Childhood. Sofya Kovalevskaya, B. Stillman (ed.),Springer-Verlag, New York, 1978.

[21] S. Kovalevskaya. The Nihilist Woman, Volnaya Russkava, Geneva, 1892.

[22] A. Martinon, (editor). Las matematicas del siglo XX: una mirada en 101artculos, Nivola, Madrid, 2000.

[23] M. Molero y A. Salvador. Sonia Kovalevskaya , Ediciones del Orto, Madrid,2002.

[24] I. G. Petrovski. Partial dierential equations, Ilie, London, 1967.

[25] K. D. Rappaport. S. Kovalevsky: a mathematical lesson, Amer. Math. Monthly,88(10)(1981), 564574.

En la web se puede encontrar una abundante literatura sobre S. Kovalevskaya

[26] T. Burslem. Soa Vasilevna Kovalevskaya

http://turnbull.dcs.st-and.ac.uk/history/Miscellaneous/Kovalevskaya/biog.html


[27] R. Cooke. The life of S. V. Kovalevskaya

http://www.emba.uvm.edu/cooke/svklife.pdf[28] L. Ellison. Soa Kovalevskaya

http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/history/Projects/Ellison/Chapters/Ch1.html[29] J. Spicci. The life of S. V. Kovalevskaya

http://www.joanspicci.com/kovalevskaia/index.htm

J.M. Mendez PerezDepartamento de Analisis Matematico

Universidad de La Laguna38271 La Laguna

Tenerife, Islas CanariasCorreo electronico: [email protected]

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sonia kovalevskaya

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