Autor Tema: ¿Se puede justificar rigurosamente los modelos mátematicos usados en ingenieria?

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13 Marzo, 2024, 02:37 am
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José Juan

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Hola! Primero que todo soy un estudiante de ingeniería que desde hace un tiempo quedo fascinado con la matemáticas puras, por lo cual empecé a estudiarlas. Algo que me llama mucho la atención y es algo que observo en distintas asignaturas de ingeniería (supongo que también sucede en física) es el uso de los diferenciales para modelar los distintos fenómenos físicos. Por ejemplo, en la asignatura 'Transferencia de Calor' se hace uso de un volumen de control diferencial. En la parte de abajo anexo una sección del libro 'Fundamentals of Heat and Mass Transfer' de Frank P. Incropera.



Las tasas de conducción de calor \( q_i \) para x,y,z pueden ser calculadas mediante la Ley de Fourier, por ejemplo, para la coordenada en \( x \) se tiene que \( q_x=-kdydz\frac{\partial T}{\partial x} \). Como pueden observar, en la ecuación anterior aparecen dos diferenciales los cuales son \( dy \) y \( dz \), los cuales en este caso vienen a representar el diferencial de area por el cual fluye el calor. El uso de los diferenciales también se observa en la ecuación de la primera ley de la termodinámica.

Mi pregunta surge principalmente dado que en análisis estándar el uso de esta clase de números infinitesimales no es riguroso, y si se aborda el problema desde un punto de vista puramente matemático, pues en cierta forma el uso de los mismos no tendría sentido. Estoy consciente de que existe algo denominado 'Análisis no estándar' donde el uso de tal clase de números está permitido, pero prefiero no opinar más sobre el tema ya que no estoy muy familiarizado con el mismo. Según la información que he ido encontrado en internet, los diferenciales en este caso se relacionan con la geometría diferencial mediante un concepto denominado 'forma diferencial', el cual guarda cierta relación con ese entendimiento intuitivo de lo que es un número infinitesimal. Estaría agradecido si alguien pudiera brindarme un poco más de información sobre este tema, y tal vez algún que otro libro. Gracias!

13 Marzo, 2024, 11:32 am
Respuesta #1

ancape

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Algo que me llama mucho la atención y es algo que observo en distintas asignaturas de ingeniería (supongo que también sucede en física) es el uso de los diferenciales para modelar los distintos fenómenos físicos.
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Mi pregunta surge principalmente dado que en análisis estándar el uso de esta clase de números infinitesimales no es riguroso, y si se aborda el problema desde un punto de vista puramente matemático, pues en cierta forma el uso de los mismos no tendría sentido. Estoy consciente de que existe algo denominado 'Análisis no estándar' donde el uso de tal clase de números está permitido, pero prefiero no opinar más sobre el tema ya que no estoy muy familiarizado con el mismo. Según la información que he ido encontrado en internet, los diferenciales en este caso se relacionan con la geometría diferencial mediante un concepto denominado 'forma diferencial', el cual guarda cierta relación con ese entendimiento intuitivo de lo que es un número infinitesimal. Estaría agradecido si alguien pudiera brindarme un poco más de información sobre este tema, y tal vez algún que otro libro. Gracias!
José Juan

Me alegra ver que alguien se ha hecho el mismo tipo de pregunta que yo me hice cuando estudié ingeniería. Para obtener las ecuaciones de la elasticidad consideraban el equilibrio de un "cubo infinitesimal" de lados \( dx,dy,dz \) y sobre éste razonaban, insertando en algún momento que \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) era la derivada del \( f \) respecto a \( x \). Esto último era lo que no me cuadraba y veía poco riguroso. Al final hice matemáticas, carrera que se ajustaba mas a mis gustos, pero no he dejado del tener contactos docentes con la construcción y su ingeniería.

Mis conclusiones son las siguientes:

Cuando se enseña un tema hay que conocer perfectamente el público al que va dirigido. Muchas veces sentimos que estamos contando mentiras pero esto no se soluciona presentando nuestro tema con un rigor que esconda las consecuencias prácticas que son las que interesan al público que nos escucha. Si optamos por el rigor, nos sentiremos más a gusto pero nuestro público no. Tampoco podemos caer en una presentación de fórmulas cuya única justificación es "funcionan". En tal sentido es bastante corriente ver como en las Escuelas Técnicas o incluso en las Facultades de Física se emplea \( dx \) como infinitésimo y acto seguido se habla de \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) como derivada de \( f \) respecto a \( x \). Es más, la expresión \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) se trata como un cociente. Te pongo un ejemplo muy conocido:

Si con un  ingeniero hablamos de la regla de la cadena, lo más normal es que diga \( \displaystyle\frac{df}{dt}=\displaystyle\frac{df}{dx}\displaystyle\frac{dx}{dt} \) pues claramente tenemos un cociente en el que \( dx \) está en el numerador y el denominador. Incluso puedes oír que esto es posible pues aunque \( dx \) es un infinitésimo, no se anula. En una Facultad de Matemáticas tal razonamiento sería impensable. En una Escuela Técnica o Facultad de Físicas es el pan de cada día pues están interesados en otros problemas.

Saludos

PD
Se me olvidó mi repuesta concreta a la pregunta que se hace en el hilo. SI es posible justificar rigurosamente los modelos matemáticos usados en ingeniería, pero la justificación no tiene porqué hacerse en las Escuelas de Ingeniería.

13 Marzo, 2024, 06:07 pm
Respuesta #2

Richard R Richard

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Mi pregunta surge principalmente dado que en análisis estándar el uso de esta clase de números infinitesimales no es riguroso, y si se aborda el problema desde un punto de vista puramente matemático, pues en cierta forma el uso de los mismos no tendría sentido. Estoy consciente de que existe algo denominado 'Análisis no estándar' donde el uso de tal clase de números está permitido, pero prefiero no opinar más sobre el tema ya que no estoy muy familiarizado con el mismo. Según la información que he ido encontrado en internet, los diferenciales en este caso se relacionan con la geometría diferencial mediante un concepto denominado 'forma diferencial', el cual guarda cierta relación con ese entendimiento intuitivo de lo que es un número infinitesimal. Estaría agradecido si alguien pudiera brindarme un poco más de información sobre este tema, y tal vez algún que otro libro. Gracias!

Hola, la modelización con infinitesimales es una idealización, no hay forma de observar el calor como fluido mas alla de tamaño atómico, ese cubo no puede ser mas pequeño que una matriz cristalina o la distancia entre átomos, que sentido tiene profundizar mas ingenierilmente.

La idea subyacente es que tienes un campo escalar con un valor determinado en cada punto del espacio donde hay materia, modelizas observando que la diferencia entre los valores del campo entre dos cubos ideales contiguos, esta en relación directa con la derivada del campo en dirección perpendicular a la cara, cual es el problema, aca no hay matemáticos contra ingenieros como un símil vikingos contra normandos.

Esto último era lo que no me cuadraba y veía poco riguroso. Al final hice matemáticas, carrera que se ajustaba mas a mis gustos, pero no he dejado del tener contactos docentes con la construcción y su ingeniería.

Que es lo que crees poco riguroso, que propones entonces como alternativa al modelo matemático para la transmisión del calor a escalas subatómicas... Entiendes que la ley de fourier tiene un espíritu macroscópico, la ingeniería se basa en la física  y si vas hacia lo pequeño los modelos deben cambiar.

Muchas veces sentimos que estamos contando mentiras


Que mentiras ...., mentiras serían que lo predicho por el modelo arroje resultados variados y diversos en cada experimento o que no pueda ser sometido directamente a la experimentación rigurosa.

Tampoco podemos caer en una presentación de fórmulas cuya única justificación es "funcionan". En tal sentido es bastante corriente ver como en las Escuelas Técnicas o incluso en las Facultades de Física se emplea \( dx \) como infinitésimo y acto seguido se habla de \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) como derivada de \( f \) respecto a \( x \). Es más, la expresión \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) se trata como un cociente.

Pero como me podrías hacer creer que tengo que modelizar con fórmulas matemáticas que no funcionen,.... como sería eso.... pues claro la ley funciona y punto, sirve, se puede replicar, se pueden fabricar cosas con ello, se puede ganar dinero, listo es ingenierilmente útil. Que se hagan líos con la definición de diferencial o infinitésimo los que se quieran hacer cargo. 

Si con un  ingeniero hablamos de la regla de la cadena, lo más normal es que diga \( \displaystyle\frac{df}{dt}=\displaystyle\frac{df}{dx}\displaystyle\frac{dx}{dt} \) pues claramente tenemos un cociente en el que \( dx \) está en el numerador y el denominador. Incluso puedes oír que esto es posible pues aunque \( dx \) es un infinitésimo, no se anula. En una Facultad de Matemáticas tal razonamiento sería impensable.
Esto no me causa mas que risa, cual es el inconveniente para que sea "impensable", toda la ingeniería detrás de la transmisión de calor funciona de chiripa?(de casualidad) es eso?... No se me ocurre en este momento como interpretar esas palabras de otra manera.

No entiendo que es lo que quieres decir, que esta mal de todo eso... 

Hay detractores de la Ley de Fourier?
Hay detractores de la regla de la cadena?
Hay detractores del símil a ley de Gauss del flujo calórico a través de las paredes de un cubo?, la única diferencia es que en electromagnetismo y gravitación el flujo no hace variar el contenido de la fuente encerrada.
 
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

13 Marzo, 2024, 08:13 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Hola

 Richard R Richard: la idea es que algunas de las supuestas demostraciones que se hacen usando infinitésimos no son rigurosas y con razonamientos análogos a los que llevaron a buen puerto, se podrían llegar a resultados incorrectos.

 Y tu dirás, ¿entonces se llegan a los buenos de casualidad?. Pues no exactamente:

- 1) Como bien has indicado cuando son resultados que pretenden describir los fenómenos físicos, son los experimentos los que muestran si los cálculos han llevado o no a una teoría buena. Grosso modo los cálculos malos son desechados por experimentos fallidos.

- 2) Por otra parte (y hablo sobre todo de la parte matemática del asunto, que es mi tema) todo lo que se hace informalmente y de forma no rigurosa con infinitésimos, puede hacerse de manera rigurosa con formas diferenciales (o sin ellas, pero con rigor). Entonces esas demostraciones rigurosas se han encargado de poner en claro que resultados son correctos y cuáles no.

 Esto se discutió aquí:

https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=51685.0

 Peto hay que tener mucho paciencia para leerlo. En medio del debate se dio algún ejemplo de como un mismo tipo de razonamiento usando infinitésimos podía llevar a un cálculo de un área correcto o incorrecto.

Saludos.

P.D. Para ayudarte a sacar alguna cosa en limpio del otro hilo.

Aquí Carlos muestra como rehacer rigurosamente un argumento hecho en principio con infinitésimos:

https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=51685.msg207589#msg207589

Añadido:

Allí también se cita este artículo donde se ve como dividiendo el área de un cilindro en triangulitos infinitesimales según como se tome el área toma "cualquier valor":

https://maa.org/programs/maa-awards/writing-awards/surface-area-and-the-cylinder-area-paradox


13 Marzo, 2024, 11:05 pm
Respuesta #4

argentinator

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Yo daría una respuesta doble a la pregunta: sí y no.

Nunca se puede dar un modelo riguroso de la realidad,
porque la realidad en forma exacta y perfecta no la conoce nadie.

En mi opinión, lo más sano y acertado
es considerar los modelos de ingeniería de la misma manera
en que se aborda el método científico de cualquier ciencia empírica,
con la salvedad de que el ingeniero tenderá a hacer teorías y modelos
que van variando con más rapidez que las sólidamente establecidas teorías científicas.

La cuestión es establecer qué te interesa modelar,
con qué variables matemáticas representarías los entes de ese modelo,
y cuáles son las relaciones matemáticas que crees que hay entre las variables.

Un "modelo" es una "teoría" de un fenómeno real.
Tu modelo estará sujeto a verificación experimental,
hasta que consiga tener un grado aceptable de predicción acertada.

Las variables matemáticas son "varas de medir",
pero no son "la cosa en sí" que estás midiendo con ellas.

Ahora bien.
Hay una dificultad básica en decidir cuáles variables te interesan.
Porque a lo mejor los datos que te interesan son difíciles de medir,
y hay que conformarse con las variables que uno es capaz de medir.
Y luego extraer las conclusiones que se pueda.

Un sistema posiblemente tenga millones de variables que lo describan.
Pero un humano no es capaz de aislar todas esas variables.
Así que hay que tener un cierto "arte" de saber reconocer cuáles son las variables más relevantes del sistema, y cuidar de no descartar ninguna variable importante.

Las demás variables se pueden amontonar en un sólo término restante de "error" o algo por el estilo, o simplemente poner un 0 ahí.

Las relaciones entre las variables deben expresarse matemáticamente,
procurando reflejar las relaciones esperadas entre ellas.
Para esto también se requiere algo de "arte", y se consigue con la práctica,
estudiando ejemplos de modelos que ya sean conocidos.

Una vez establecido el modelo matemático,
procederás a ponerlo a prueba con experimentos,
y ver en qué grado el modelo acierta los resultados.
Si el error relativo es algo, habrá que revisar en qué falla el modelo,
y comenzar de nuevo.
Esto se repite cícilicamente hasta alcanzar un modelo aceptable para uso público.

A veces hay un costo inaceptable en la realización de experimentos,
y se procede a llevar a cabo simulaciones por computadora.
En otras ocasiones las computadoras son necesarias para aproximar funciones numéricamente ya que la verdadera función matemática es complicada de expresar algebraicamente, o es demasiado desconocida.

Hay métodos para mejorar los modelos sistemáticamente,
como los ajustes por mínimos cuadrados,
o ajustes estadísticos de todos los gustos.

Es decir. Lo importante es siempre recordar que el modelo matemático puede tener un alto grado de acierto siempre que uno lo perfeccione continuamente,
pero nunca hay una equiparación exacta entre matemática y realidad.
Y el ajuste entre modelo y realidad no es espontáneo, sino que requiere un trabajo de prueba y error, experimentación, reflexión y ajuste.

O sea, que tendrás que pensar como un ingeniero después de todo.

13 Marzo, 2024, 11:10 pm
Respuesta #5

Richard R Richard

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Hola

 Richard R Richard: la idea es que algunas de las supuestas demostraciones que se hacen usando infinitésimos no son rigurosas y con razonamientos análogos a los que llevaron a buen puerto, se podrían llegar a resultados incorrectos.

 Y tu dirás, ¿entonces se llegan a los buenos de casualidad?. Pues no exactamente:

- 1) Como bien has indicado cuando son resultados que pretenden describir los fenómenos físicos, son los experimentos los que muestran si los cálculos han llevado o no a una teoría buena. Grosso modo los cálculos malos son desechados por experimentos fallidos.


Es que un poco la ciencia funciona así , quieres saber la relación entre datos y para ello experimentas variando controladamente algun parametro para estudiar como influye en el resultado , eso cuando estás en un laboratorio, pero  a veces no lo tienes solo estas observando la naturaleza como lo hicieron Kepler y Newton, allí no puedes variar nada , sino buscar analogías entre datos de mediciones muy variadas, pero si te resulta que algo depende de la velocidad , eso no estaría bien porque es un cociente de diferenciales de posición y tiempo, de donde se ha visto.


Ya se ha demostrado que hay modelo matematicos sofiticados que por simple analisis predicen la existencia de objetos físicos que aún no se conoce su existencia, El caso de la predicción de la existencia de agujeros negro a principio de siglo pasado, hasta la primera foto hace unos años, La teoría de la relatividad es complicada, un simple calculo tiene cientos de derivadas y operaciones, sin embargo cualquier dato que se prevé es corroborado al telescopio años después, como el caso de las Supernova Refsdal, el perihelio de mercurio, y la desviación de la luz en un campo gravitatorio. Los ingenieros que fabrican esos instrumentos que miden esos resultados, son todos doctorados en matemáticas? Creería que no. Esto no lo digo para bajarle el precio a sus carreras, pero me parece que si no lo aclaro, se le baja al de la mía, pareciendo que estudiamos a medias. El tema me pega , porque parece que los ingenieros somos los teletubies, que vamos atrás de lo que el sol matemático dicta, o bien los malvados o los burros que no les hacemos caso, pero a la vez se ha visto que la necesidad de resolver temas abiertos por la física y la ingeniería , son el terreno fértil para que se profundice en algún campo de las matemáticas, como lo fue el cálculo diferencial y el algebra vectorial. Y porque no meter las ecuaciones de Navier Stokes que son el grial de la aero e hidrodinámica, que aún no tienen respuesta, acaso el análisis formal sobre esos temas les dará garantida una teoría bien modelizada en algún tiempo?.
Parecería que por explicar ciertas cosas con infinitésimos o diferenciales toda la hidrodinámica, la ingeniería aeroespacial, la resistencia de materiales dan resultados por casualidad , llegamos a la luna porque se nos cruzó en el camino, vamos, que eso es lo que intento minimizar, que no se obtienen resultados impensados, sino que se piensa en como obtener resultados.

Por otro lado, solo los ingenieros usamos la regla de la cadena para agrupar y simplificar índices en la demostración de la transformación de una derivada covariante o en un cambio de base de tensores , si eso no es matemática aplicada del mismo modo que los ingenieros pudieran hacerlo no se donde está.


Pero hay que tener mucho paciencia para leerlo. En medio del debate se dio algún ejemplo de como un mismo tipo de razonamiento usando infinitésimos podía llevar a un cálculo de un área correcto o incorrecto.

Saludos.

P.D. Para ayudarte a sacar alguna cosa en limpio del otro hilo.

Aquí Carlos muestra como rehacer rigurosamente un argumento hecho en principio con infinitésimos:

https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=51685.msg207589#msg207589

Añadido:

Allí también se cita este artículo donde se ve como dividiendo el área de un cilindro en triangulitos infinitesimales según como se tome el área toma "cualquier valor":

https://maa.org/programs/maa-awards/writing-awards/surface-area-and-the-cylinder-area-paradox


Me propongo leerlo detenidamente a ver si pillo de que nos acusan :)


PD  justo los dos vínculos que abren el hilo que me citas de Carlos, no funcionan, quizás los puedas editar y corregir.


Justo veo a Argentinator que posteo recien, Saludos
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

14 Marzo, 2024, 12:22 am
Respuesta #6

ancape

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cual es el problema, aca no hay matemáticos contra ingenieros como un símil vikingos contra normandos.


De acuerdo.

Esto último era lo que no me cuadraba y veía poco riguroso. Al final hice matemáticas, carrera que se ajustaba mas a mis gustos, pero no he dejado del tener contactos docentes con la construcción y su ingeniería.

Cita de: Richard R Richard
Que es lo que crees poco riguroso, que propones entonces como alternativa al modelo matemático para la transmisión del calor a escalas subatómicas... Entiendes que la ley de fourier tiene un espíritu macroscópico, la ingeniería se basa en la física  y si vas hacia lo pequeño los modelos deben cambiar.

Tal vez no me he expresado bien o tú no me has entendido. Quería decir que me parece poco riguroso, desde un punto de vista exclusivamente matemático, estudiar el flujo de calor en un pequeño cubo que se dice que ES PEQUEÑO porque sus lados son \( dx,dy,dz \) cuando luego se utilizan los símbolos \( dx,dy,dz \) como indicadores de derivación. ¿Porqué en la notación \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) se piensa en \( dx \) como una cantidad pequeña?. Newton y Leibnitz inventaron a la vez el concepto de derivada (Newton lo hizo algo antes), el gran éxito de Leibnitz fue utilizar la notación \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) que sugería un cociente pues efectivamente la derivada funciona como un cociente a escala microscópica. Cuando un ingeniero ve la regla de la cadena y piensa que es cierta porque en el cociente al simplificar desaparece \( dx \) está en su derecho pues la justificación mediante formas diferenciales le debe traer sin cuidado. Su problema es otro. Incluso puede ocurrir que se revise el sistema de hipótesis y los razonamientos que se hicieron con formas diferenciales ya no valgan. Te lo digo por experiencia, toda la vida he creído que la derivada de \( log(a^b) \) es \( b·log(a) \) y ahora resulta que no. (ver la respuesta #10 de Masacroso en https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=126179.msg515958;topicseen#msg515958) Posiblemente en matemáticas pase como en el dúo de D.Hilarión y D.Sebastián en la Zarzuela "La Verbena de La Paloma", que hoy las ciencias adelantan una barbaridad.

Muchas veces sentimos que estamos contando mentiras


Cita de: Richard R Richard
Que mentiras ...., mentiras serían que lo predicho por el modelo arroje resultados variados y diversos en cada experimento o que no pueda ser sometido directamente a la experimentación rigurosa.

Otra vez vuelvo a decirte que tal vez no me haya expresado bien. Cuando he utilizado la regla de la cadena para explicar a mis alumnos un cambio hecho para resolver una Ecuación Diferencial, era consciente de que decir que la expresión \( \displaystyle\frac{dy}{dt}·\displaystyle\frac{dt}{dx} \) era igual a \( \displaystyle\frac{dy}{dx} \) porque claramente \( dt \) al estar en el numerador y denominador desaparece no se ajustaba a la verdad. Vuelvo a decir que sentía que no les decía la verdad, pero al oyente no le interesaba la verdad sino resolver la Ecuación Diferencial. Es el mismo tipo de mentira que digo a mis nietos cuando me intereso por lo que les ha echado los reyes.

Tampoco podemos caer en una presentación de fórmulas cuya única justificación es "funcionan". En tal sentido es bastante corriente ver como en las Escuelas Técnicas o incluso en las Facultades de Física se emplea \( dx \) como infinitésimo y acto seguido se habla de \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) como derivada de \( f \) respecto a \( x \). Es más, la expresión \( \displaystyle\frac{df}{dx} \) se trata como un cociente.

Cita de: Richard R Richard
Pero como me podrías hacer creer que tengo que modelizar con fórmulas matemáticas que no funcionen,.... como sería eso.... pues claro la ley funciona y punto, sirve, se puede replicar, se pueden fabricar cosas con ello, se puede ganar dinero, listo es ingenierilmente útil. Que se hagan líos con la definición de diferencial o infinitésimo los que se quieran hacer cargo.
 

Si lees bien lo que he dicho, no es que tengas que modelizar con formulas matemáticas que NO funcionen. He dicho que se utilizan fórmulas cuya ÚNICA justificación es que dan resultados correctos. Ya se encargarán otros de demostrar que las fórmulas que se utilizan son ciertas. En ningún caso un teorema es cierto porque dé resultados correctos en todos los experimentos que se han hecho.

Si con un  ingeniero hablamos de la regla de la cadena, lo más normal es que diga \( \displaystyle\frac{df}{dt}=\displaystyle\frac{df}{dx}\displaystyle\frac{dx}{dt} \) pues claramente tenemos un cociente en el que \( dx \) está en el numerador y el denominador. Incluso puedes oír que esto es posible pues aunque \( dx \) es un infinitésimo, no se anula. En una Facultad de Matemáticas tal razonamiento sería impensable.

Cita de: Richard R Richard
Esto no me causa mas que risa, cual es el inconveniente para que sea "impensable", toda la ingeniería detrás de la transmisión de calor funciona de chiripa?(de casualidad) es eso?... No se me ocurre en este momento como interpretar esas palabras de otra manera.


Si en una Facultad de Matemáticas explico que la regla de la cadena es cierta porque claramente podemos simplificar las diferenciales en el cociente, supongo que mi credibilidad como matemático se vería seriamente afectada.

Saludos

14 Marzo, 2024, 09:17 am
Respuesta #7

Luis Fuentes

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Hola

Me propongo leerlo detenidamente a ver si pillo de que nos acusan :)

Aunque se que lo dices medio en broma, no lo enfoques así. Doy clase en una Escuela de ingeniería: máxima admiración y respeto a todo lo que hacen.

Como te dije, la crítica está en que el algún momento se presente como demostración (matemática) algo que use infinitésimos de forma aparentemente intuitiva, obviando (no deliberadamente) que argumentos análogos podrían llevar a otros resultados. Es más en el contexto académico, que en el uso práctico de los modelos matemáticos. Es ahí donde puede estar la "mentira" a la que alude ancape.

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PD  justo los dos vínculos que abren el hilo que me citas de Carlos, no funcionan, quizás los puedas editar y corregir.

No lo entiendo; a mi me funcionan.

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Justo veo a Argentinator que posteo recien, Saludos

Conste que mi respuesta iba más referida al tema concreto del uso de infinitésimos; mientras que argentinator contestó en general a la adecuación de los modelos matemáticos a los campos en los que se aplican. Realmente no se muy bien José Juan si se refería más a una cosa o a la otra; el título que puso se adecúa a la respuesta da argentinator; pero en el texto parecía que sus dudas estaban en el uso de infinitésimos.

Saludos.

14 Marzo, 2024, 01:16 pm
Respuesta #8

Richard R Richard

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Hola

Me propongo leerlo detenidamente a ver si pillo de que nos acusan :)

Aunque se que lo dices medio en broma, no lo enfoques así. Doy clase en una Escuela de ingeniería: máxima admiración y respeto a todo lo que hacen.

Como te dije, la crítica está en que el algún momento se presente como demostración (matemática) algo que use infinitésimos de forma aparentemente intuitiva, obviando (no deliberadamente) que argumentos análogos podrían llevar a otros resultados. Es más en el contexto académico, que en el uso práctico de los modelos matemáticos. Es ahí donde puede estar la "mentira" a la que alude ancape.


Sí, no te preocupes , ya voy por el mensaje 60 del hilo y vi de que va la cosa, luego retomaré si queda algo por decir.

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No lo entiendo; a mi me funcionan.


Acabo de chequear en otro Pc  y me dan error 404, igualmente Carlos resumió cual era la duda que inicio el hilo.

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Justo veo a Argentinator que posteo recien, Saludos
Conste que mi respuesta iba más referida al tema concreto del uso de infinitésimos; mientras que argentinator contestó en general a la adecuación de los modelos matemáticos a los campos en los que se aplican. Realmente no se muy bien José Juan si se refería más a una cosa o a la otra; el título que puso se adecúa a la respuesta da argentinator; pero en el texto parecía que sus dudas estaban en el uso de infinitésimos.

Saludos.
Bueno, lo que voy sacando en claro, es que d(algo) si no viene de una forma diferencial, o se la pone dentro del cálculo de una integral, es necesario llamar al Padre Damien Karras para que nos exorcise, pero yo recuerdo bien que la cosa era primero calcular la pendiente \( \Delta y/\Delta x \) , al paso de ir por \( d y/d x \) en el limite para expresar la tangente, con lo que $$dy$$ era proporcional a algo en las Y o bien un modulo por seno del ángulo, siendo dx correspondiente en $$x$$ y proporcional al seno... luego formarte, la idea de un concepto de diferencial, no era de otra religión...quizá no la que profesa el matematico riguroso.


Digamos que Si cada vez que en la carrera te van a hablar incrementos o decrementos diferenciales, tenemos primero que encontrar la forma diferencial que en el 99% sino en el 100% de los casos coincide con el integrando aplicando diferenciales, sean esto el mal concepto, tendríamos que recibir matricula y media, para eso tenemos 3 materias de análisis matemático, donde se enseña el rigor, luego, en mecánica de Fluidos, estática y resistencia de materiales, electrotecnia, economía, termodinámica, química, y las espacialidades de la industria, es donde se aplican los corolarios, no es necesario plantear desde cero todos los teoremas, se aplicar los resultados de las formas diferenciales, en la mayoría de los caso asumiendo que es "un diferencial" con cierta lógica  de aplicación y se llega al resultado.


Por cierto me descolocó la forma de resolver la superficie de la esfera con los anillos del perimetro...es un buen contraejemplo a lo que defendía,  bueno ,es un ejemplo de diferencial mal empleado, desde que aprendes coordenadas esféricas eso ya no es un inconveniente para ningún ingeniero.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

14 Marzo, 2024, 01:25 pm
Respuesta #9

argentinator

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Ah, pero si la discusión es sobre infinitésimos,
desde ya que podemos adelantar que está todo mal.

No obstante, hay que discernir qué es lo que está bien y qué es lo que está mal.

Los cocientes incrementales no están "tan mal".
Es decir, simplificar un dx es correcto,
ya que \(dx = \Delta x\).

Recordemos que las derivadas se pueden pensar como transformaciones lineales,
en cuyo caso \(dy= T(dx)\), donde \(T\) es la derivada, que es una transformación lineal actuando sobre el escalar \(dx\).

Lo que no se puede hacer es reemplazar \(dy\) por \(\Delta y\),
porque el diferencial \(dy\) es una aproximación del incremento \(\Delta y\),
y viceversa.

Así que, hasta cierto punto, es válido escribir cosas como \(dy = f'(x)\,dx\).

Lo importante es que este tipo de cosas se usen sólo
entendiendo por qué es válido y en qué contexto es válido.

También es válido cuando se pasa de derivada a integral,
pero las justificaciones son más rigurosas, y no puede hacerse a la ligera.
La justificación definitiva sería usar la derivada de Radón-Nikodym,
que permite "cancelar" diferenciales, ya que ahora el diferencial denota una cierta medida,
como una presentación como la siguiente ilustra:

https://wiki.math.ntnu.no/_media/ma3105/2016v/l-r-n.pdf

En todo caso, es una cuestión de mera notación.

Pero es importante usar esa notación con el rigor debido.

Y si no, mejor no usarla, porque las bases rigurosas de esa notación son teóricamente complejas.

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Entonces ahí tendré que coincidir con Luis,
ya que si un concepto matemático se usar sin el rigor, o al menos, sin el cuidado que es debido,
se obtienen resultados distintos si los resultados se interpretan de una forma u otra,
con lo cual directamente el modelo no sirve para nada.

Yo ni loco me subo a un avión construido bajo esas condiciones,
ni paso por un puente armado de esa manera.

Con respecto a aproximar, digamos, velocidades con cocientes incrementales,
estaría bien hacerlo siempre que uno sea conciente de que está usando una aproximación a la realidad.

Lo "falso" o "mentiroso" no es eso, sino el olvidarse de que un modelo siempre es aproximado, ideal.

Un ejemplo sencillo es este.
Supongamos que uso el modelo de Fibonacci para saber cuántos conejos hay tras un tiempo t.
En ciertos instantes de tiempo el modelo predice que voy a tener, por ejemplo, 7.38 conejos,
lo cual es ridículo, porque la cantidad de conejos es siempre entera.

Eso no significa que el modelo está mal, sino que se lo está usando mal.

Un ejemplo más vívido lo hemos tenido hace poco con la pandemia.
Hay modelos que predicen el número de personas contagiadas en cierto tiempo.
Esos modelos nunca dan un valor exacto, aún si se los redondea a enteros,
porque hay muchas variables que son desconocidas o muy complejas de introducir en el modelo (por ejemplo, no se puede predecir cómo se va a trasladar cada persona individualmente de una región a otra, ni con quiénes se va a cruzar, etc.).

Así que, mi conclusión es que hay dos problemas con los modelos:

1. Usar mal el modelo.
2. Usar mal la matemática al confeccionar el modelo.

Si una persona habla de infinitésimos, soy capaz hasta de negarle el saludo,
porque asumo que hay una alta probabilidad de que todo lo que diga a partir de ahí es falaz.

Mejor conviene hacer el siguiente ejercicio:
procure usted explicar matemáticamente cómo funciona su modelo,
sin usar nunca la palabra "infinitésimo".

Los infinitésimos son una cosa mal definida, que a Newton le funcionaba casi por milagro,
y también porque la Física que él necesitaba justo cuadraba.

Hoy en día eso ya no se puede hacer.

Y si muchos modelos hoy en día funcionan igual, sin preocuparse por tanto detalle de rigor,
entonces es porque esos modelos los confeccionó gente que en su momento sí se preocupó por el rigor,
y los demás se están colgando de algo que ya funciona.

Pero a poco que uno quiera ser el gran hacedor de modelos nuevos,
tendrá que quemarse las pestañas buscando el rigor debido.
Si no, los cálculos van a empezar a dar cualquier cosa sin sentido.