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Mensajes - Masacroso

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Álgebra y Aritmética Básicas / Re: Duda con vectores
« en: Ayer a las 07:40 pm »
Buenas , tengo una duda sobre este tema, en particular con un ejercicio que indica lo siguiente
Dados los vectores \( \vec{a}=(1,2)\quad \vec{b}=(3,5) \) , descomponga al vector b, en la suma de otros dos, uno que tenga la misma dirección de \( \vec{a} \), y el otro en una dirección perpendicular al mismo

Planteo lo siguiente \( \vec{b}=\vec{u}+\vec{w} \)

siendo u en dirección de a, \( \vec{u}=(k,2k) \)

el vector w es ortogonal, entonces \( \vec{w}=(2t,-t) \)

planteando \( \vec{b}=\vec{u}+\vec{w}=(3,5)=(k,2k)+(2t,-t) \) de donde \( k=13/5 \), \( t =1/5 \)

la respuesta es la que figura en mi guía, la duda que tengo es: ¿ siendo \( \vec{w} \) perpendicular a \( \vec{\vec{a}} \), porqué se toma solo la dirección \( t=1/5 \), y porque descarta la que va en \( t= -1/5 \) , misma pregunta para \( k=13/5 \)?  :-\

El argumento se puede escribir de la siguiente manera, que quizá resulte más clara: tienes que \( \vec u=k \vec a \) y \( \vec w=t\vec s \) para \( \vec s:=(2,-1) \). Entonces, como \( \{\vec a,\vec s\} \) es una base de \( \mathbb{R}^2 \) existe un único par de escalares \( k,t\in \mathbb{R} \) tales que \( \vec b=k\vec a+t\vec s \), resultando en este caso que \( k=13/5 \) y \( t=1/5 \).

Si en vez de la base \( \{\vec a,\vec s\} \) tomases la base \( \{-\vec a,-\vec s\} \) entonces tendrías que tomar \( k=-13/5 \) y \( t=-1/5 \). Es decir, dependiendo de la base que tomes los escalares serán diferentes. En la solución han optado por la primera base, pero la segunda también sería válida, ya que \( -\vec a \) tiene la misma dirección que \( \vec a \), y \( -\vec s \) es también perpendicular a \( \vec a \).

En verdad hay incontables bases diferentes que reúnan esos dos requisitos, no sólo las dos mencionadas, ya que cualquier par \( \{\lambda \vec a,\mu \vec s\} \) para \( \lambda ,\mu \in \mathbb{R}\setminus \{0\} \) es también base de \( \mathbb{R}^2 \) cumpliendo los requisitos exigidos, es decir que \( \lambda \vec a \) sea colineal a \( \vec a \) y \( \mu \vec s \) sea perpendicular a \( \vec a \).

2
Antes de tomar límite debo derivar con respecto a \( z \) la expresión. ¿Por qué es posible cancelar los factores \( (z-1)^2 \) del numerador y denominador?. Mi forma de verlo es que \( z \) nunca toma el valor \( 1 \) ya que \( f \) tiene un polo en dicho punto, por lo tanto \( (z-1)\neq{0} \), y de ahí que los \( (z-1)^2 \) se eliminen.

Al margen de que se puedan cancelar factores, cosa que pasa en algunos ejemplos sencillos como el que pones, es posible que tengas expresiones más complicadas después de multiplicar por \( (z-z_0)^n \) y derivar \( n-1 \) veces teniendo una singularidad evitable en la expresión final por lo cual hay que tomar límites en vez de sustituir en esos casos. Un ejemplo sencillo (repitiendo un poco el ejemplo de mi mensaje anterior) sería para \( f(z):=\frac1{\operatorname{sen}z} \), entonces para hallar el residuo de \( f \) en el cero no queda más remedio que tomar el límite porque en la expresión \( \frac{z}{\operatorname{sen}z} \) no se puede cancelar nada, y además tampoco se conoce bien la expresión de la serie de Maclaurin de tal expresión.

3
Pues no entiendo muy bien por qué \( Res(f,z_0)=b_1 \), no se puede obtener en (*1*) reemplazando directamente \( z_0 \) en la fórmula y sin embargo en (*2*) si se permite hacer.

¿A qué te refieres con "reemplazar directamente \( z_0 \) en (*1*)"? Observa que (*1*) es un límite, ¿quieres decir quitar el límite y sustituir por \( z_0 \)? Es porque es posible, después de tomar las derivadas de \( (z-z_0)f(z) \) que tal función expresión tenga una singularidad evitable en \( z_0 \), entonces no puedes sustituir, pero el límite sí te da el valor del residuo.

Añado: al escribir \( g(z) \) usando una serie de Taylor si existiese una singularidad evitable ésta desaparece, es decir, en la serie de Taylor de \( g(z) \) sí puedes sustituir por \( z_0 \) pero en la expresión original probablemente no. Un ejemplo: toma la expresión \( \frac{\operatorname{sen}z}{z} \), tal expresión define una función entera por extensión continua al cero pero la expresión tiene una singularidad evitable en el cero por lo que para hallar el valor de la extensión analítica correspondiente hay que tomar límites.

4
Opino lo mismo: este tema es un desvarío absurdo y debería ser cerrado.

Añado: me explico. El tema original del hilo ya fue respondido completamente en las primeras páginas, todo lo que ha seguido es un desvarío de DCM que no acepta el estado actual de las matemáticas.

Yo no critico que alguien no acepte el estado actual de cualquier "rama del conocimiento", ahora bien, ése no es el tema original. DCM, si quieres debatir sobre un aspecto particular de las matemáticas con la que no estés de acuerdo (por ejemplo, "no estoy de acuerdo con el concepto de integral de Lebesgue", "no me parece correcto aplicar determinado tipo de integral en este contexto por esto y por esto"), deberías aclarar exactamente aquello con lo que no estás de acuerdo y abrir si quieres un tema al respecto. Pero lo que no se puede hacer es salirse por la tangente y encima no leer lo que te dicen, tergiversar las palabras de los demás y salir con otra cosa distinta todos los días.

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 30 Abril, 2024, 08:23 am »

Así queda con el subíndice como indica la figura

$$\sum \vec F_{x2}=m_2\vec a_2$$  ec 1

$$\sum \vec F_{y2}=0 =\vec N_2-m_2\vec g$$ ec 2

$$|\vec a_2|=\mu_2 g =\mu_2 |\vec N_2|/m_2$$ ec 3

y para el bloque 1  en $$y $$

$$\sum \vec F_{x1}=-m_2\vec a_2-\mu_1 \vec N_1=m_1\vec a_1$$ Ec 4

$$\sum \vec F_{y1}=0 =\vec N_1-\vec N_2-m_1\vec g$$ Ec 5

¡Ah! Claro. Ahora lo veo. Había asumido ciegamente que la normal desde el suelo que actúa en el bloque de abajo sólo estaba determinada por el peso del bloque, no había considerado la normal del bloque de arriba que actúa como reacción también.

Gracias, ya está todo claro. Veo que sigue sin dárseme bien estos ejercicios  :banghead:, aunque algo voy aprendiendo por el camino.



Nub, mi intento de resolución está mal, había considerado que \( \vec N_1=-m_1\vec g \), pero no es cierto ya que faltaba añadir al diagrama de fuerzas la fuerza de reacción del bloque de arriba sobre el de abajo. Mira los desarrollos de Richard y delmar que lo han hecho bien.

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 11:22 pm »

Si tomas  x positivas para el lado donde se desarrolla la velocidad V entonces la aceleración del bloque 1 es positiva y la el 2 negativa

Aquí entiendo que estás considerando el "bloque 1" como el de arriba.

Citar
$$\sum \vec F_{x1}=m_1\vec a_1$$


$$\sum \vec F_{y1}=0 =\vec N_1-m_1\vec g$$



$$|\vec a_1|=\mu_2 g =\mu_2 |\vec N_1|$$


y para el bloque 2  en $$y $$


$$\sum \vec F_{x2}=-m_1\vec a_1-\mu_2 {\color{red}{\vec N_2}}=m_2\vec a_2$$

$$\sum \vec F_{y2}=0 =\vec N_2-\vec N_1-m_2\vec g$$

con módulos


$$-m_1a_1-\mu_2 ({\color{green}{m_1+m_2}}) g=m_2a_2$$

Lo marcado en rojo y en verde no me terminan de encajar a la vez. Es decir, si \( \vec N_2 \) es la fuerza de restricción encargada de limitar la posición del bloque de abajo al piso, ¿no debería ser opuesta al peso de ese bloque únicamente?

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 10:24 pm »
Ojo, ¿ahí que es \( F_{1\rightarrow{2}} \), o qué es \( a_2 \)? ¿Son vectores o módulos? Si son módulos representan números no-negativos (es decir, positivos o cero), por tanto esta identidad \( -F_{1\rightarrow{2}}=ma_2 \) sería imposible. Me explico: si \( a_2=|\vec a_2| \) y \( F_{1\rightarrow{2}}=|\vec F_{1\rightarrow{2}}| \) entonces la ecuación correcta sería \( F_{1\rightarrow{2}}=ma_2 \). Lo mismo para el resto.
Serian módulos, lo vengo haciendo hace rato, no creo que sea imposible, lo que pasa es que de \( \vec{F_{1\rightarrow{2}}}+\vec{N'}+\vec{P_2}=m_2\vec{a_2} \). podes hacer
\( (F_{1\rightarrow{2}}\widehat{-i}+0\widehat{j})+N'\widehat{j}+0\widehat{i}+P_2\widehat{-j}+0\widehat{i}=ma\widehat{i}+m0j \)
Sacando factor comun \( \widehat{i}(-F_{1\rightarrow{2}})=ma\widehat{i} \)
Luego igualas y queda esa ecuación que tu dices que es imposible

No, es imposible: si son módulos entonces son valores no-negativos, por tanto sólo pueden tener signos opuestos si ambos son cero. Es decir, si yo tengo dos valores \( a,b\geqslant 0 \) y escribo \( -a=b \) entonces necesariamente \( a=b=0 \). Pero no es éste el caso de que la fuerza sea cero, ¿me sigues?

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 08:59 pm »

Se que faltan fuerzas en el bloque 1 pero no importa por ahora, el sistema de referencia esta ahí, x a la derecha es positivo e y para arriba es positivo.

El dibujo está bien.

Citar
Por la 2da ley de newton nos queda \( \vec{F_{1\rightarrow{2}}}+\vec{N'}+\vec{P_2}=m_2\vec{a_2} \).

Ok.

Citar
Luego X) \( -F_{1\rightarrow{2}}=ma_2 \) luego \( a_2=\displaystyle\frac{-F_{1\rightarrow{2}}}{m_2} \) y da negativa la aceleracion del bloque 2, pero mira el dibujo yo la quería para ese lado pues es opuesta al rozamiento

Ojo, ¿ahí que es \( F_{1\rightarrow{2}} \), o qué es \( a_2 \)? ¿Son vectores o módulos? Si son módulos representan números no-negativos (es decir, positivos o cero), por tanto esta identidad \( -F_{1\rightarrow{2}}=ma_2 \) sería imposible. Me explico: si \( a_2=|\vec a_2| \) y \( F_{1\rightarrow{2}}=|\vec F_{1\rightarrow{2}}| \) entonces la ecuación correcta sería \( F_{1\rightarrow{2}}=ma_2 \). Lo mismo para el resto.

Por mi parte, en uno de mis mensajes anteriores en este tema, fui descuidado y no puse algunos símbolos indicando que se trataban de vectores. Lo corrijo en un momento.

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 08:32 pm »
Hola, masacroso, yo me refiero a que si el empujón que recibe el bloque inferior es leve, puede arrastrar al superior si no supera el rozamiento máximo, en caso de superarlo, el superior resbala relativamente del superior, pero nunca del piso.


He releído, y sí el movimiento existe previamente como dice el enunciado , entonces el bloque superior debe acelerar en la dirección el movimiento y solo puede hacerlo si su centro de masas aun esta sobre el bloque inferior , la aceleración máxima que puede tener es $$\mu_dg$$, pero si no tienes como dato a la longitud del bloque inferior y desde que punto parte no sabrás nunca si esa aceleración es la suficiente para que en la longitud del bloque inferior el sistema alcance el equilibrio

Creo que entiendo lo que dices. Yo he asumido que el bloque inferior es lo suficientemente extenso para que el bloque superior no se caiga por el borde, es decir, suficientemente extenso para que alcance el equilibrio sin caerse (el decir, sin el equilibrio trivial que consiste en que ambos bloques tienen velocidad cero, porque uno se ha caído y el otro se ha frenado por completo).

Estas cosas tendrían que aclararse para no generar más confusión. Lamentablemente en muchos ejercicios de mecánica clásica de este tipo: poleas, bloques, etc...; se suelen dejar muchos cabos sueltos (lo digo porque esta última semana he estado mirando los primeros capítulos del Kleppner y Kolenkov y he encontrado algún que otro ejercicio algo dudoso en este sentido, que deja algunos cabos sueltos y dificulta por tanto la resolución).

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 07:57 pm »
Lo que me importa ahora es la aceleración del bloque 2, que no se porque me da negativa, a usted le dio positiva :banghead:

¿Has leído mis dos primeros mensajes en este tema? Porque lo digo en cada uno de los dos, de manera diferente. Positiva significa que tiene la misma dirección y sentido que el movimiento del bloque de abajo.

Añado: si tú estás considerando que el eje de abscisas es positivo hacia la derecha entonces un movimiento hacia la izquierda viene representado con signo negativo, es decir, está bien. Yo estoy considerando que el eje de abscisas es positivo hacia la izquierda, por eso la expresión me sale sin signo menos.

Pero da igual cómo plantees el problema siempre que uses un mismo sistema de referencia inercial, el resultado debe ser el mismo.

He añadido un mensaje en azul en mi primer mensaje para aclararlo, creo que ésa es la causa de la confusión.

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 07:06 pm »
Richard, lo que yo entiendo del enunciado es que no se ha aplicado ninguna fuerza de fuera del sistema a ningún bloque, lo único que actúa es el rozamiento (y la gravedad, obvio), es decir, que partimos de una situación en la cual el bloque de abajo tiene una velocidad inical dada, y desde ahí se va frenando por rozamiento.



Actualización: lo del spoiler está mal, debido a un error que arrastré desde el mensaje original que consideraba que \( \vec N_1= -m_1 \vec g \), cosa que no es cierta.

ERRÓNEO
Nub, si mi planteo es correcto, el desarrollo sería así:

\( \displaystyle{
m_1{\color{red}{\vec a_1}}=-\mu _1 m_1 g{\color{red}{\hat \imath}}-\mu _2 m_2 g{\color{red}{\hat \imath}},\quad m_2{\color{red}{\vec a_2}}=\mu m_2g{\color{red}{\hat \imath}}\\
\implies {\color{red}{\vec a_1}}=-\mu_1 g{\color{red}{\hat \imath}}-\mu_2 \frac{m_2}{m_1}g{\color{red}{\hat \imath}},\quad {\color{red}{\vec a_2}}=\mu _2 g{\color{red}{\hat \imath}}\\
\implies {\color{red}{\vec v_1}}(t)=v_0{\color{red}{\hat \imath}}-(\mu _1+K \mu _2)gt{\color{red}{\hat \imath}},\quad {\color{red}{\vec v_2}}(t)=\mu _2 gt{\color{red}{\hat \imath}}\\
\implies {\color{red}{\vec v_1}}(t)={\color{red}{\vec v_2}}(t) \iff {\color{red}{\vec v_0}}=(\mu _1 +(1+K) \mu _2)g t{\color{red}{\hat \imath}},\quad K:=\frac{m_2}{m_1}
} \)

donde \( {\color{red}{\vec v_0}} \) es la velocidad inicial del bloque de abajo.

Corregido: faltaban símbolos de vectores. Lo mismo que antes, aquí \( \hat \imath \) es un vector unitario hacia la izquierda. Y todo lo que no sean vectores son escalares no-negativos.
[cerrar]

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 06:31 pm »
Igualmente, la fuerza de rozamiento originada entre los dos bloques actúa sobre el bloque de abajo oponiéndose al movimiento, por tanto la tercera ley de Newton nos dice que esta misma fuerza de rozamiento actúa sobre el bloque de arriba del todo en sentido opuesto, es decir, en la misma dirección en la que se mueve el bloque de abajo, hacia la izquierda.
Basicamente lo mismo que dije pero bien fundamentado ;D esto no quita que me quede la aceleración negativa... Osea el bloque 1 se mueve a la izquierda y el bloque 2 se mueve a la derecha por lo tanto la aceleración del bloque 2 debe ser positiva

Exactamente: el bloque de abajo está frenando desde la velocidad inicial, y el de arriba está acelerado porque está siendo arrastrado hacia la derecha desde una posición de reposo.

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Temas de Física / Re: Ejercicio rozamiento dinámico
« en: 29 Abril, 2024, 05:31 pm »
En todos estos diagramas lo esencial es dibujar bien las fuerzas que actúan en cada elemento, para eso es esencial la tercera ley de Newton (de lejos la más importante de las tres).

Si el bloque de abajo se desplaza hacia la izquierda entonces la fuerza de rozamiento con el suelo tiene dirección opuesta al movimiento, es decir, va hacia la derecha.

Igualmente, la fuerza de rozamiento originada entre los dos bloques actúa sobre el bloque de abajo oponiéndose al movimiento, por tanto la tercera ley de Newton nos dice que esta misma fuerza de rozamiento actúa sobre el bloque de arriba del todo en sentido opuesto, es decir, en la misma dirección en la que se mueve el bloque de abajo, hacia la izquierda.

En lo siguiente entiendo el vector \( \hat \imath \) como el vector unitario que apunta hacia la izquierda.

Las ecuaciones de las fuerzas serían entonces \( \vec F_1=-\mu _1 N_1\hat \imath-\mu _2 N_2\hat \imath \) y \( \vec F_2=\mu _2 N_2\hat \imath \) con \( {\color{red}{N_1=m_1g}} \) y \( N_2=m_2g \). Ése sería el planteo, ahora queda resolver.

Corrección: lo marcado arriba en rojo está mal. En principio no sabemos aún el valor de \( N_1 \), sólo que está ahí para hacer que todas las fuerzas verticales que actúan sobre el bloque de abajo se cancelen. Es decir, tendríamos que \( \vec N_1=-\vec N_2+m_1 \vec g \), donde el sumando \( -\vec N_2 \) es la fuerza que se genera por reacción en el bloque de abajo, de la normal al bloque de arriba.

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Análisis Matemático / Re: Infinite Series Sum
« en: 27 Abril, 2024, 10:04 pm »
\( \displaystyle \frac{\cos(2a)}{1\cdot 3}+\frac{\cos(4a)}{3\cdot 5}+\frac{\cos(6a)}{5\cdot 7}+\cdots \cdots  \)

If there is no mistake somewhere

\( \displaystyle{
\begin{align*}
\sum_{k\geqslant 1}\frac{\cos (2ka)}{(2k+1)(2k-1)}&=\operatorname{Re}\sum_{k\geqslant 1}\frac{z^{2k}}{(2k+1)(2k-1)},\quad z:=e^{ia}\\
&=\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\sum_{k\geqslant 1}\frac{\omega ^{2k}}{(2k+1)(2k-1)},\quad \omega :=rz\\
&=\frac1{2}\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\sum_{k\geqslant 1}\omega ^{2k}\left(\frac1{2k-1}-\frac1{2k+1}\right)\\
&=\frac1{2}\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\left( \sum_{k\geqslant 0}\frac{\omega ^{2k+2}}{2k+1}-\sum_{k\geqslant 1}\frac{\omega ^{2k}}{2k+1}\right)\\
&=\frac1{2}\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\left( \omega ^2+(\omega ^2-1)\sum_{k\geqslant 1}\frac{\omega ^{2k}}{2k+1}\right)\\
&=\frac1{2}\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\left( \omega ^2+\frac{\omega ^2-1}{\omega }\sum_{k\geqslant 1}\frac{\omega ^{2k+1}}{2k+1}\right)\\
&=\frac1{2}\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\left( \omega ^2+\frac{\omega ^2-1}{\omega }\left(\sum_{k\geqslant 2}\frac{\omega ^k}{k}-\sum_{k\geqslant 1}\frac{\omega ^{2k}}{2k}\right)\right)\\
&=\frac1{2}\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\left( \omega ^2+\frac{\omega ^2-1}{\omega }\left(-\omega -\ln (1-\omega )+\frac1{2}\ln(1-\omega ^2)\right)\right)\\
&=\frac1{2}\operatorname{Re}\lim_{r\to 1^-}\left( 1+\frac{\omega ^2-1}{\omega }\cdot \frac1{2}\ln \left(\frac{1+\omega }{1-\omega }\right)\right)\\
&=\frac1{2}+\operatorname{Re}\left(\frac1{4}(z-\bar z)\cdot \lim_{r\to 1^-}\ln \left(\frac{1+\omega }{1-\omega }\right)\right)\\
&=\frac1{2}-\frac1{2}\operatorname{sen}(a)\lim_{r\to 1^-}\arg\left(\frac{1+ re^{ia}}{1-re^{ia}}\right)\\
&=\frac1{2}-\frac{\pi}{4}|\operatorname{sen}(a)|
\end{align*}
} \)

because

\( \displaystyle{
\lim_{r\to 1^-}\arg\left(\frac{1+ re^{ia}}{1-re^{ia}}\right)=\begin{cases}
\pi/2,& a\in(0,\pi)\\
-\pi/2,& a\in(-\pi,0)\\
0,&\text{ otherwise }
\end{cases}
} \)

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Análisis Matemático / Re: Sistemas lineales
« en: 27 Abril, 2024, 03:28 pm »
Una forma es aplicando el teorema de Rouché-Frobenius para ver en qué condiciones el sistema tiene solución. Luego, en el caso de que tenga solución, la solución será única si la matriz asociada al sistema es invertible, e infinitas si no lo es.

Yo te recomendaría lo siguiente: primero hallar los valores de \( \alpha  \) para los cuales la matriz asociada al sistema es invertible, eso responde al apartado (c). Luego ver para qué valores de \( \alpha \) la matriz asociada tiene rango dos, y de esos valores aplicar el teorema de Frobenius. Luego proceder para rango uno, si es posible.

Ésa es una vía directa. Otra vía es hacer lo mismo pero antes intentar transformar el sistema a uno equivalente en el que los elementos de la derecha en vez de \( -1,3,8 \) sean otros con el máximo número de ceros posibles, eso hace el análisis anterior más sencillo.

Añadido: también se puede simplificar el análisis simplificando el sistema eliminando todos los \( \alpha  \) posibles en el sistema de ecuaciones.

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Foro general / Re: Humor matemático.
« en: 27 Abril, 2024, 09:20 am »

No sé cómo será en Argentina pero si vivieses hoy en día en España te podrían quemar en la hoguera por un chiste de este tipo.

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Por terminar con este asunto: yo no sé lo que entiende ancape, u otros foreros, por derivada de una función entre espacios euclídeos. Lo que yo entiendo en este contexto es lo que también se denomina derivada de Fréchet, por diferenciarlo de otros conceptos de derivadas más generales como la derivada de Gâteaux u otros más complicados.

Ahora, me comentan (si he entendido bien) que en España es común denominar de diferencial a lo que es la derivada de Fréchet, que es a lo que yo llamo derivada a secas en este tema. Ahora bien, yo por diferencial suelo entender lo que en la literatura en inglés también se denomina como el pushforward de una función diferenciable entre variedades diferenciables, de ahí mi comentario sobre el isomorfismo entre derivada y diferencial entre espacios euclídeos que hice mensajes atrás.

Espero que esto aclare cualquier posible malinterpretación de mis mensajes en este tema a todos los participantes del mismo, especialmente a anabella_mv.

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Bueno. Si no admites que una afinidad sea una función lineal, toma \( f(x)=3x \) que sí es lineal en el sentido que tú dices. Su derivada es \( 3 \) y claramente \( 3x\neq 3 \).

No es lo que yo admita o no, son las definiciones estándar que manejan los matemáticos y es el contexto en el que anabella_mv pregunta. Se pregunta por la derivada (o diferencial) en un punto, no la función derivada la cual no es lineal generalmente.

Se define la derivada en \( x\in A \) de una función \( f:A\to B \), siendo \( A \) y \( B \) espacios de Banach, como la única función lineal \( L \) que cumple que

\( \displaystyle{
\lim_{h\to 0}\frac{\|f(x+h)-f(x)-Lh\|}{\|h\|}=0
} \)

Citar
No es lo mismo derivada que diferencial.

No he dicho que sean lo mismo, sino que son esencialmente lo mismo. En espacios euclídeos el espacio tangente es trivial, siendo idéntico a la variedad base, de ahí el isomorfismo que te comentaba.

Si tienes cualquier otra duda, o no me crees, coge un libro de cálculo en varias variables o geometría diferencial, o cualquier apunte sobre eso de cualquier universidad española, o del mundo si quieres. Estás desviando el tema del hilo y no tengo ganas de discutir sobre cosas que son muy claras para cualquier estudiante de matemáticas de primer año.

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No estoy de acuerdo (tal vez me equivoque) con que si \( d_x f \) representa la derivada de \( f \) respecto a \( x \), entonces \( f \) es lineal \( \Leftrightarrow{} d_x=f \). Ya he dicho que no entiendo lo anterior pero tomado \( f=3x+5 \) que es lineal se tiene \( f'(x)=3 \neq f(x) \).

Esa función es afín pero no es lineal. En la escuela a veces a las funciones afines se les denomina lineales porque su gráfica es una recta, pero en matemáticas universitarias una función lineal es un homomorfismo entre espacios vectoriales, esto es, una función que cumple que \( f(\lambda \mathbf{v}+\nu \mathbf{w})=\lambda f(\mathbf{v})+\nu f(\mathbf{w}) \) para vectores \( \mathbf{v},\mathbf{w} \) y escalares \( \lambda ,\nu  \).

Citar
Mas bien creo que \( d_x \) representa la diferencial de \( f \) en el punto \( x \), esto es, la aplicación lineal cuyos coeficientes son la derivadas.

Es lo mismo esencialmente, el término "diferencial" y esa notación es propia de geometría diferencial pero hay un isomorfismo entre derivadas de funciones diferenciales y sus diferenciales entendidos como mapas entre fibrados tangentes dado simplemente por \( \partial f(x)\mapsto d_{x}f \), donde el lado de la izquierda es la derivada de \( f \) en \( x\in \mathbb{R}^n \). Pero esta pregunta que hace anabella_mv es tan elemental que dudo mucho que sea en el contexto de geometría diferencial, por eso asumo que por diferencial se refiere a la derivada, ya que esencialmente son lo mismo.

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Ojo, el teorema sólo es cierto para \( U \) abierto, en otros casos no tiene por qué cumplirse. Por ejemplo si \( U=\{0\} \) y \( f(x)=1 \) para todo \( x\in \mathbb{R} \), entonces \( f \) es continua y \( \int_{a}^b f(x)\,d x=0 \) para todo \( [a,b]\subset U \) (ya que \( [a,b]=\{0\} \)).

Aparte de ese detalle otra forma, aparte de la dicha por delmar, sería usando la definición de continuidad en un punto de \( f \): supongamos que existe \( x_0\in U \) tal que \( f(x_0)=c> 0 \). Entonces dado cualquier \( \epsilon >0 \) existe un \( \delta >0 \) tal que si \( |x-x_0|<\delta  \) entonces \( |f(x)-c|<\epsilon  \).

Entonces tomando \( \epsilon =c/2 \) existe un \( \delta >0 \) que cumple con lo anterior, y como \( U \) es abierto entonces existe otro \( \delta '>0 \) tal que \( (x_0-\delta ',x_0+\delta ')\subset U \), por tanto tomando \( \delta '':=\tfrac1{2}\min\{ \delta ,\delta ' \} \) tenemos que \( [x_0-\delta '',x_0+\delta '']\subset U \) y si \( x\in[x_0-\delta '',x_0+\delta ''] \) entonces \( |f(x)-c|<c/2 \), lo que implica que \( c-f(x)<c/2 \) que equivale a decir que \( f(x)>c/2 \). Por tanto tenemos que \( \int_{x_0-\delta ''}^{x_0+\delta ''}f(x)\,d x\geqslant \int_{x_0-\delta ''}^{x_0+\delta ''}c/2\,d x=\delta ''c>0 \). Y una demostración similar para el caso en el que \( f(x_0)<0 \) (basta tomar \( -f \) en vez de \( f \) y aplicar la demostración dada).∎

Añadido: otra demostración menos laboriosa y directa sería utilizar el teorema fundamental del cálculo. Sea \( f \) continua en \( U \) y \( U \) abierto, entonces para cada \( x_0\in U \) tenemos que \( F(x):=\int_{x_0}^x f(t)\,d t \) es una primitiva de \( f \) en un entorno de \( x_0 \) de la forma \( (x_0-\delta ,x_0+\delta ) \) para algún \( \delta >0 \) (este \( \delta >0 \) existe precisamente porque \( U \) es abierto), pero de ahí tenemos que \( F(x)=0 \) para todo \( x\in (x_0-\delta ,x_0+\delta ) \), y por tanto \( f(x)=F'(x)=0 \) para todo \( x\in(x_0-\delta ,x_0+\delta ) \), y en particular \( f(x_0)=0 \). Como eso se cumple para cualquier \( x_0\in U \) que tomemos entonces \( f\equiv 0 \).∎

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