Autor Tema: Longitud de una pista

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05 Septiembre, 2023, 03:15 pm
Respuesta #20

Carlos Ivorra

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Amigos pero por el método de los trapecios cómo están planteando el ejercicio porque a mí me da un resultado muy distante a ese. Me pueden explicar para poder resolverlo, si todos coinciden en que debe dar 9855 entonces yo lo estoy haciendo mal.

¿Y qué es lo que haces?

El área del primer trapecio, el correspondiente al primer intervalo, es

\( \displaystyle 6\cdot \frac{124+134}2 \)

Haces lo mismo con todos los intervalos y sumas los resultados. Eso da \( 9\,855 \). ¿Qué cálculo haces tú?

05 Septiembre, 2023, 04:41 pm
Respuesta #21

ani_pascual

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La explicación de Carlos Ivorra es excelente; adjunto otra gráfica similar, pero no a escala, de la hipotética función \( v(t) \) y en la que se aprecia que la regla de los trapecios es útil para aproximar el área encerrada bajo la curva desconocida, que es, en definitiva, la distancia recorrida por el coche en la pista. \( s=\displaystyle\int v(t)\,dt \)

05 Septiembre, 2023, 06:43 pm
Respuesta #22

ancape

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Hola Carlos

No estoy de acuerdo contigo en algunas cosas. En otras sí.


No le des vueltas. El problema está perfectamente planteado y la solución es la que se obtiene al aplicar la integración trapezoidal. No hay nada que objetar ni al enunciado ni a la solución.


Si con el enunciado del problema basta y está perfectamente planteado, ¿Porqué la solución resulta al aplicar la integración trapezoidal y no la regla de Simpson?

Citar
Piensa que hay dos tipos de problemas: unos en los que te dicen "aplica tal técnica a estos datos", y otros, que suponen un mayor grado de madurez en el estudiante, en los que te dan una información, te preguntan algo y te dejan que decidas cuál es la mejor técnica que puedes aplicar a la situación planteada. En un caso te dicen: "haz esto" y en el otro te dicen: "piensa qué se puede hacer aquí". Este problema es de los segundos. Se trata de que tú misma llegues a la conclusión de que las técnicas de integración aproximada que has aprendido sirven para enfrentarse a situaciones como la planteada.

Si este problema es de los que te dicen "piensa qué se puede hacer aquí". ¿Porqué se ha elegido la regla de trapecio para evaluar la integral?. Al menos habría que explicarlo, no simplemente hacer cuentas.

Citar


Esto es la representación de los datos de la tabla unidos por segmentos. Es un bosquejo de lo que habrá sido la función \( v(t) \) que da la velocidad del coche en cada instante \( t \). Lo único que sabemos exactamente es que en los vértices de la poligonal la velocidad es la que muestra la gráfica. El resto de valores es la interpolación más simple posible, la que se obtiene uniendo los puntos con segmentos de recta, que corresponde, como ha señalado Richard, a su poner que la aceleración en cada intervalo ha sido constante.


Esta podría ser una buena explicación de porqué se eligió la regla del trapecio para evaluar la integral.

Citar
El método científico no consiste en afirmar únicamente lo que se puede afirmar con total seguridad y no decir nada en cuanto hay el menor atisbo de duda.

Creo que el método científico debe saber distinguir lo que es una estimación de un resultado exacto y dar una cota del error cometido en el primer caso.

Citar
Y una muestra de madurez matemática ante el enunciado del problema es no quedarse cruzado de brazos y decir "como no me dicen qué tengo que hacer, no hago nada, no se puede hacer nada", .......

Yo diría: "Como no me dicen qué tengo que hacer, presento mi teoría y explico cuales son las razones que me ha llevado a aplicarla".


He mirado el libro de Burden & Faires para ver el tipo de matemáticas que exponen. El libro es efectivamente un gran tratado de análisis numérico en el que se estudian métodos numéricos y no sólo su formulación sino tambien aspectos muy importantes como la acotación de errores y la estabilidad. Por esta razón me extrañó que en un libro tan cuidado en su exposición aparezca un enunciado tan poco preciso. En principio lo achaqué a un error de traducción y por eso cotejé la edición en inglés pero no era ésto.
Después pensé si el ejercicio no está puesto para que el lector vea la importancia de los tema de acotación de error y estabilidad con un ejemplo en los que tales conceptos son imposibles de tratar.
Cuando miré las soluciones que se indican en el libro no encontré, desafortunadamente, la de este ejercicio pues parece que los autores no daban la solución a todos los ejercicios. Parece que sólo a los de numeración impar. El valor que se da como solución debe haberse obtenido con algún método de integración de los que detallan los autores. La regla del trapecio no es pues no da el mismo resultado, la de Simpson tampoco pues la he aplicado y sale 7.036. Se detallan más métodos en el libro pero no los he probado todos.

Saludos

05 Septiembre, 2023, 07:46 pm
Respuesta #23

ani_pascual

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La regla del trapecio no es pues no da el mismo resultado, la de Simpson tampoco pues la he aplicado y sale 7.036. Se detallan más métodos en el libro pero no los he probado todos.
Hola:
Pues a mí me ha salido \( 9562 \) pies con la regla de Simpson  :o

05 Septiembre, 2023, 08:35 pm
Respuesta #24

Carlos Ivorra

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¡¡Ya le he encontrado los tres pies al gato!! La regla de Simpson da exactamente \( 9\,858 \).

No sé qué habréis hecho los demás, pero yo he calculado, para los tres primeros datos:

\( \displaystyle \frac{12-0}6(v_0+4v_1+v_2) \)

y he sumado los términos análogos con \( (v_2, v_3, v_4) \), etc. El resultado es \( 9\,858 \).

Ahora no tengo tiempo para filosofar. Más tarde o mañana respondo a lo demás.

05 Septiembre, 2023, 09:20 pm
Respuesta #25

ani_pascual

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¡¡Ya le he encontrado los tres pies al gato!! La regla de Simpson da exactamente \( 9\,858 \).

No sé qué habréis hecho los demás, pero yo he calculado, para los tres primeros datos:

\( \displaystyle \frac{12-0}6(v_0+4v_1+v_2) \)

y he sumado los términos análogos con \( (v_2, v_3, v_4) \), etc. El resultado es \( 9\,858 \).

Ahora no tengo tiempo para filosofar. Más tarde o mañana respondo a lo demás.
En efecto, aplicando la regla de Simpson cada dos intervalos sucesivamente y sumando todo arroja \( 9\,858 \) pies
Saludos

05 Septiembre, 2023, 11:26 pm
Respuesta #26

Richard R Richard

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¡¡Ya le he encontrado los tres pies al gato!! La regla de Simpson da exactamente \( 9\,858 \).

No sé qué habréis hecho los demás, pero yo he calculado, para los tres primeros datos:

\( \displaystyle \frac{12-0}6(v_0+4v_1+v_2) \)
y he sumado los términos análogos con \( (v_2, v_3, v_4) \), etc. El resultado es \( 9\,858 \).

Ahora no tengo tiempo para filosofar. Más tarde o mañana respondo a lo demás.


Hola no te discuto el resultado no lo he calculado, pero has observado que el peso ponderado de las contribuciones de los puntos de subindice par respecto de los impares es diferente?, es claro alguna diferencia debe haber , sino llegarías al mismo resultado.


Hubiese jurado que Simpson es aplicable si uno puede interpolar un valor para el punto medio de cada sub intervalo digamos de alguna manera conocer  la velocidad en los tiempos 3,9,15...


Saludos



Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

05 Septiembre, 2023, 11:37 pm
Respuesta #27

ancape

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Hola

Os adjunto página original del libro de Burden & Faires en el que plantea el enunciado del ejercicio después de presentar varios métodos numéricos de integración. También adjunto la página de soluciones en la que no aparece la solución de este problema. En un principio pensé que no aparecía porque se planteaba el ejercicio, no para obtener una solución en el sentido clásico, sino para invitar al lector a pensar que lo importante de los métodos numéricos no es es resultado, sino la acotación del error y la estabilidad de los mismos, esto es, dependiendo del problema físico en cuestión cuándo conviene aplicar un método u otro y cómo organizar las muestras para obtener un buen resultado. La mayoría de la gente cree que cuantas más muestras se analicen mejor. En el problema de la pista, parece que se mejoraría la precisión si en vez de tomar velocidades cada 6 segundos se hace cada 1. La respuesta es: "Depende del método elegido". Como el libro original no da la respuesta, supongo que ésta se ha obtenido en la traducción y que la manera de obtenerla ha sido utilizar el método de Simpson que es el más usual entre los que UTILIZAN, (pero ven simples fórmulas), el análisis numérico porque en él la relación calidad/precio es la mejor. Evidentemente, me equivoqué en las cuentas al aplicar el método de Simpson pero afortunadamente no iba muy descaminado al pensar en cómo se había obtenido la solución 9.858.

Saludos



06 Septiembre, 2023, 12:16 am
Respuesta #28

Carlos Ivorra

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Hola no te discuto el resultado no lo he calculado, pero has observado que el peso ponderado de las contribuciones de los puntos de subindice par respecto de los impares es diferente?, es claro alguna diferencia debe haber , sino llegarías al mismo resultado.

No sé qué quieres decir.

Hubiese jurado que Simpson es aplicable si uno puede interpolar un valor para el punto medio de cada sub intervalo digamos de alguna manera conocer  la velocidad en los tiempos 3,9,15...

Claro, pero es que yo no aplico el método a los intervalos \( [0, 6], [6, 12],\ldots \)  pues entonces habría necesitado conocer las velocidades que dices. Lo aplico a los intervalos \( [0, 12], [12, 24], \ldots \) para los que conozco las velocidades en los puntos medios.

Si con el enunciado del problema basta y está perfectamente planteado, ¿Porqué la solución resulta al aplicar la integración trapezoidal y no la regla de Simpson?

Si este problema es de los que te dicen "piensa qué se puede hacer aquí". ¿Porqué se ha elegido la regla de trapecio para evaluar la integral?. Al menos habría que explicarlo, no simplemente hacer cuentas.

No tiene sentido decir "la solución resulta de aplicar tal método". Ese problema tiene tantas soluciones como métodos posibles de aproximar la integral, y no se puede decir objetivamente que una sea "la correcta". En todo caso se pueden comparar según diferentes criterios.

Tampoco tiene sentido el "se ha elegido". Lorena.zambrano preguntó por tres alternativas posibles, y geómetracat le sugirió usar trapecios. Yo probé a ver por curiosidad qué salía y vi que daba casi lo mismo que decía Lorena. Por cierto que ella no ha dicho que la solución esté en el libro, sino meramente un "nos han dicho". Si el profesor les ha dado esa solución, probablemente será porque el profesor ha elegido usar Simpson, si hubiera elegido trapecios, les habría dado la otra solución que hemos obtenido.

Y no creo que nadie pretenda que resolver el problema requiera hacer un memorándum. El problema está pensado para que uno se dé cuenta de que puede encontrar un valor razonable para la longitud de la pista aplicando un método de integración. Pero si fuera un problema de examen, con hacer los cálculos sería suficiente. Eso no quita para que si el profesor saca a un alumno a la pizarra a exponer sus resultados, sería interesante preguntarle por qué ha elegido un método y no otro, o si distintos alumnos han elegido distintos métodos sería interesante compararlos, pero no se puede generar una normativa que diga que resolver ese problema obliga a filosofar sobre lo divino y lo humano. Yo he filosofado un poco para explicarle a Lorena que ese problema es perfectamente natural tal y como está, y que no tiene por qué pensar que pasa nada raro con él. Pero la filosofía era un suplemento que no sería considerar como de obligada presencia en la solución. Sobre cualquier problema matemático se podría acompañar una reflexión filosófica sobre el método, su fiabilidad, su conexión con el mundo real, etc.

Esta podría ser una buena explicación de porqué se eligió la regla del trapecio para evaluar la integral.

No podría ser una buena explicación porque no hay buenas explicaciones de lo inexplicable. No hay ninguna razón para preferir la regla del trapecio a la se Simpson o viceversa, más allá de que, puesto que dan casi el mismo resultado (la diferencia es del \( 0.03\% \)) es mejor usar trapecios porque computacionalmente es más simple.


Aquí tienes en verde la misma gráfica de antes, cuya integral es la que se obtiene con trapecios, y en azul la interpolación de Simpson. Son prácticamente indistinguibles y eso se traduce en la ínfima discrepancia entre las dos integrales.

Creo que el método científico debe saber distinguir lo que es una estimación de un resultado exacto y dar una cota del error cometido en el primer caso.

No hay mucho que distinguir, porque en todo lo que dependa de mediciones no hay resultados exactos, y una cota del error se puede dar cuando se puede dar, y no se puede dar cuando no se puede dar. Las cotas de los errores se pueden obtener a partir de la precisión de los instrumentos de medida, en términos estadísticos, comparando muchas mediciones distintas, a partir del margen de error conocido de otros datos usados en la estimación, etc. Pero en este problema sólo tenemos unos datos sin información sobre su precisión y nada que nos permita acotar el error. Pues si no se puede acotar, no se puede, y eso no lo hace menos científico. Sigue siendo un modelo matemático sencillo que es coherente con toda la información disponible.

Yo diría: "Como no me dicen qué tengo que hacer, presento mi teoría y explico cuales son las razones que me ha llevado a aplicarla".

Pero esto no es más que un modesto ejercicio de una colección de problemas. Una cosa es lo que yo he filosofado para explicar que es razonable que esté planteado así, como está, sin más instrucciones, y otra cosa que de ahí quieras tomarme la palabra para exigir a todo alumno que lo resuelva que presente una disertación filosófica sobre el método científico.

He mirado el libro de Burden & Faires para ver el tipo de matemáticas que exponen. El libro es efectivamente un gran tratado de análisis numérico en el que se estudian métodos numéricos y no sólo su formulación sino tambien aspectos muy importantes como la acotación de errores y la estabilidad. Por esta razón me extrañó que en un libro tan cuidado en su exposición aparezca un enunciado tan poco preciso.

Pues eso es lo que le explicaba a Lorena, que está perfectamente así como está. Que la información en esta vida no suele venir acompañada de "enunciados precisos" y que es perfectamente razonable que a uno le den unos datos y le pregunten si puede responder una pregunta a partir de ellos. Es como si un estudiante de medicina se quejara de que le pongan delante de un enfermo y le pidan que averigüe qué le pasa sin darle un enunciado preciso sobre qué pruebas tiene que hacerle.

En principio lo achaqué a un error de traducción y por eso cotejé la edición en inglés pero no era ésto.
Después pensé si el ejercicio no está puesto para que el lector vea la importancia de los tema de acotación de error y estabilidad con un ejemplo en los que tales conceptos son imposibles de tratar.
Cuando miré las soluciones que se indican en el libro no encontré, desafortunadamente, la de este ejercicio pues parece que los autores no daban la solución a todos los ejercicios. Parece que sólo a los de numeración impar.

Razón de más para pensar que los autores no consideran que ese ejercicio tenga nada de particular, sino que sólo pretende que el lector elija uno o varios métodos de integración y los aplique sin más filosofía. Darle más vueltas es buscarle, no ya tres pies, sino cinco, al gato.

06 Septiembre, 2023, 01:16 am
Respuesta #29

ancape

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..... una cota del error se puede dar cuando se puede dar, y no se puede dar cuando no se puede dar.

Hola Carlos

Gracias por el tiempo y el trabajo que has dedicado a contestarme. Me parece que salvo algún que otro matiz, estamos bastante de acuerdo. Sólo quería comentar que a propósito de la frase que he destacado arriba, me he acordado de un chiste que se contaba cuando estaba haciendo la carrera.

Estaba Jesús en el huerto y le dice a sus discípulos: 'Yo Soy el que Soy'
Pedro le contesta: 'Si te quiero Señor es por lo bien que te explicas'

Saludos