Decimales del número e por Taylor

Tanto Jhon von Neumann como Steve Wozniack hicieron el ejercicio de encontrar miles de decimales del número e, en el ENIAC (uno de los primeros ordenadores de propósito general) y en un Apple II, respectivamente. Si personas de tan elevado tamaño intelectual consideraron oportuno hacerlo, ¿quién soy yo para contrariarlos? Así que, salvando las distancias, me he decidido a hacerlo.

El método empleado han sido las series de Taylor. Para el mismo, se requiere calcular el factorial, la siguiente función recursiva lo calcula para el número recibido como parámetro:

function factorial(a) {
  if (a === 0) {
      return 1;
  }else{
      return a * factorial(a - 1);
  }
}

El siguiente código Javascript calcula, a partir del polinomio de Taylor1 de grado 20 en torno al punto a=0, es decir, e1, unos cuantos decimales:

function factorial(a) {
  if (a === 0) {
      return 1;
  }else{
      return a * factorial(a - 1);
  }
}

var e = 1;

for (i = 1; i <= 19; i++) {
   e = e + 1/factorial(i);
}
console.log(e);

El lector puede copiar el código y ejecutarlo en el mismo navegador con el que está leyendo este artículo, presionando F12 y accediendo a la consola:

Decimales de e en Javascript por Taylor

Decimales de e en Javascript por Taylor. Ejecutado en Firefox.

Por culpa del uso de la coma flotante que hace Javascript (ya incluido en el microprocesador), no podemos sacar más decimales, pues el resultado será redondeado al que vemos en la imagen. Para salvar este inconveniente, en PHP existe la librería BC Math, que nos permite trabajar con números de – casi – cualquier tamaño y precisión. Para que después digan que es un lenguaje de juguete… Éste es el código:

<?php

function factorial($a) {
  if ($a === 0) {
      return 1;
  }else{
      return bcmul($a, factorial($a - 1), 3000);
  }
}

$e = '2';

for ($i = 2; $i <= 1000; $i++) {
   $e = bcadd($e, bcdiv('1', factorial($i), 3000), 3000);
}
echo ($e);

Con el que se obtienen 2572 dígitos correctos:

2.71828182845904523536028747135266249775724709369995957496696762772407663035354759457138217852516642742746639193200305992181741359662904357290033429526059563073813232862794349076323382988075319525101901157383418793070215408914993488416750924476146066808226480016847741185374234544243710753907774499206955170276183860626133138458300075204493382656029760673711320070932870912744374704723069697720931014169283681902551510865746377211125238978442505695369677078544996996794686445490598793163688923009879312773617821542499922957635148220826989519366803318252886939849646510582093923982948879332036250944311730123819706841614039701983767932068328237646480429531180232878250981945581530175671736133206981125099618188159304169035159888851934580727386673858942287922849989208680582574927961048419844436346324496848756023362482704197862320900216099023530436994184914631409343173814364054625315209618369088870701676839642437814059271456354906130310720851038375051011574770417189861068739696552126715468895703503540212340784981933432106817012100562788023519303322474501585390473041995777709350366041699732972508868769664035557071622684471625607988265178713419512466520103059212366771943252786753985589448969709640975459185695638023637016211204774272283648961342251644507818244235294863637214174023889344124796357437026375529444833799801612549227850925778256209262264832627793338656648162772516401910590049164499828931505660472580277863186415519565324425869829469593080191529872117255634754639644791014590409058629849679128740687050489585867174798546677575732056812884592054133405392200011378630094556068816674001698420558040336379537645203040243225661352783695117788386387443966253224985065499588623428189970773327617178392803494650143455889707194258639877275471096295374152111513683506275260232648472870392076431005958411661205452970302364725492966693811513732275364509888903136020572481765851180630364428123149655070475102544650117272115551948668508003685322818315219600373562527944951582841882947876108526398139559900673764829224437528718462457803619298197139914756448826260390338144182326251509748279877799643730899703888677822713836057729788241256119071766394650706330452795466185509666618566470971134447401607046262156807174818778443714369882185596709591025968620023537185887485696522000503117343920732113908032936344797273559552773490717837934216370120500545132638354400018632399149070547977805669785335804896690629511943247309958765523681285904138324116072260299833053537087613893963917795745401613722361878936526053815584158718692553860616477983402543512843961294603529133259

Aquí está el link que ejecuta este código:

https://www.victoriglesias.net/e.php

Al seguir el link, el lector con interés en el tema descubrirá que proporciona más decimales, pero, como dije, sólo los primeros 2572 son correctos. Supongamos que sabemos que e está por debajo de 3, pero no podemos concretar más, el error, por el residuo del teorema de Taylor, sería 3/(i + 1)!, es decir:

+-0.00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000744805637342692...

Por cierto, no por acotar mejor e, por ejemplo 2’8, dejaríamos de obtener menos posiciones a 0 hasta obtener los primeros decimales del error. 2’8/(i + 1)! es:

+-0.00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000695151928186513...

Por lo tanto, aunque acotemos con más precisión e, la fórmula del residuo nos sigue asegurando que hemos calculado correctamente la misma cantidad de decimales.

Si parecen insuficientes y se desea mayor precisión, bastará con incrementar el tope de la variable i del bucle a más de 1000. Eso sí, si nos tomamos este cálculo en serio, sería aconsejable optimizar previamente la función recursiva.

En definitiva, aunque me quedé muy lejos del récord mundial ;-), fue entretenido hacerlo y espero que al lector le parezca interesante también o, por lo menos, curioso.


1 Se llama serie de Maclaurin el caso concreto de Taylor a=0

¿Por qué lo llaman logaritmo neperiano cuando quieren decir natural?

Normalmente denominamos “neperiano” al logaritmo de base e, pero viendo un vídeo en inglés escuché que se referían al mismo como “natural”, entonces me puse a indagar cual de las dos formas es correcta. El resultado fue que “natural” sería más correcto, pero entonces, ¿por qué lo llamamos neperiano? Voy a explicar en esta breve entrada lo que averigüé.

Leyenda de un libro de matemáticas de 3º de BUP

Leyenda de mi libro (I de II) de matemáticas de 3º de BUP

John Napier, un matemático escocés que vivió entre 1550 y 1617, fue el primero en definir los logaritmos. Su trabajo, como era lo usual en la época, lo publicó en latín, y fue otro matemático quien, tiempo después, traduciría la obra al inglés. En una de las ediciones, se incluyó un apéndice con una tabla de logaritmos, y en la misma aparecen algunos valores que se obtienen usando la base 2.718, pero sin hacer ninguna mención en especial a la misma. Esta base, por cierto, no aparece en la obra original de Napier.

Logarithmorum, de John Napier

Las largas noches de invierno en el norte de Europa dan para mucho.

No obstante, en aquel entonces, el número e todavía no había sido formalmente definido. Probablemente, el autor de esta tabla, que se cree que fue William Oughtred, tuvo nociones acerca de e, al igual que otros matemáticos de la época, pero al descubrimiento y su formalización todavía le faltaba entorno a un siglo. En todo caso, si bien a John Napier se le reconoce el mérito del logaritmo como su gran aportación a las matemáticas, no sería justo otorgarle el mérito de uno de los números más importantes.

En definitiva, parece que los anglosajones están más acertados que nosotros a la hora de llamar “natural” al logaritmo en base e y que somos nosotros quienes andamos algo equivocados al otorgarle a John Napier más méritos de los que le corresponden.