Autor Tema: Diferenciales como una fracción

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08 Marzo, 2025, 05:56 am
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Juan.tobonsilva

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Buenas.
He visto muchas veces, mas que todo en física, que los diferenciales se toman como fracciones, por ejemplo: "multiplicar dx a ambos lados" la justificación de ellos es que dicen que siempre funciona para encontrar la función en sus ecuaciones diferenciales, pero se podría justificar que siempre va a funcionar?
tambien pasa cuando se utiliza el método de sustitución en integrales, por ejemplo se toma u=f(x) entonces du=f'(x)dx, pero no estoy seguro porque se puede cambiar el dx si se supone que el dx en la integral solo es notación.

Saludos

08 Marzo, 2025, 06:10 am
Respuesta #1

Nub

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tambien pasa cuando se utiliza el método de sustitución en integrales, por ejemplo se toma u=f(x) entonces du=f'(x)dx, pero no estoy seguro porque se puede cambiar el dx si se supone que el dx en la integral solo es notación.

Saludos
El metodo de sustitucion es
\( \int_{a}^{b}f(g(x)) \cdot g'(x)dx=\int_{g(a)}^{g(b)}f(u)du= F(g(x)){\bigg|}_{ a }^{ b } \) y esta formula tiene su demostración, lo que se hace de tomar \( u=f(x) \) y luego \( du=f'(x)dx \) tengo entendido que es una forma mnemotecnia para hacer la integral mas rapido y no aprenderte la formula, lo "malo" de tener la formula nada mas, es que tenes que identificar \( f \),\( g \) y \( g' \)

08 Marzo, 2025, 06:35 am
Respuesta #2

Masacroso

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Buenas.
He visto muchas veces, mas que todo en física, que los diferenciales se toman como fracciones, por ejemplo: "multiplicar dx a ambos lados" la justificación de ellos es que dicen que siempre funciona para encontrar la función en sus ecuaciones diferenciales, pero se podría justificar que siempre va a funcionar?
tambien pasa cuando se utiliza el método de sustitución en integrales, por ejemplo se toma u=f(x) entonces du=f'(x)dx, pero no estoy seguro porque se puede cambiar el dx si se supone que el dx en la integral solo es notación.

Saludos

En una ecuación diferencial lo que subyace a "multiplicar a ambos lados por \(dx\) y tomar la integral" es que si \(h=g\), al menos en algún intervalo, entonces sus primitivas van a ser las mismas en esa región. Supón que \(H\) es primitiva de \(h\) y no de \(g\), entonces \(H'=h\) pero \(H'\neq g\), por tanto \(h\neq g\).

Lo mismo ocurre con el cambio de variable en una integral y la integración por partes: observa que \(\frac{d}{d x}(f(x)h(x))=f'(x)g(x)+g'(x)f(x)\), por tanto \(\int f'(x)g(x)\,d x=f(x)g(x)-\int g'(x)f(x)\,d x\). Por otra parte, comentar a lo dicho por Nub, que la identidad \(du=f'(x)\,d x\) es más que una regla mnemotécnica en diferentes ramas de las matemáticas como teoría de la medida o geometría diferencial, pero para un curso básico de cálculo, en el contexto de la integral de Riemann, se puede tomar como una regla mnemotécnica como dice Nub, y en ese contexto \(dx\) es una notación que únicamente indica la variable sobre la cual se integra y no tiene otro significado más que ése.

08 Marzo, 2025, 11:43 am
Respuesta #3

feriva

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Buenas.
He visto muchas veces, mas que todo en física, que los diferenciales se toman como fracciones, por ejemplo: "multiplicar dx a ambos lados" la justificación de ellos es que dicen que siempre funciona para encontrar la función en sus ecuaciones diferenciales, pero se podría justificar que siempre va a funcionar?

Saludos

En general no, porque son variables. Sí es verdad para ciertos puntos, que pueden ser todos los que interesan o no. Se puede decir sin miedo que \( \dfrac{d(f(x_{1}))}{dx_{1}} \) es una fracción si eso es derivable en el punto implicado; claro que lo es, y de hecho puede ser un número racional, como ocurre muchas veces. Es decir, que, particularmente, cuando ocurra, se le puede llamar razón con todas las de la ley, no sólo fracción, pero para un punto dado, tiene que existir un númerador y un denominador únicos. 

Saludos.

08 Marzo, 2025, 12:58 pm
Respuesta #4

ani_pascual

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Hola:
...
El metodo de sustitucion es
\( \int_{a}^{b}f(g(x)) \cdot g'(x)dx=\int_{g(a)}^{g(b)}f(u)du= F(g(x)){\bigg|}_{ a }^{ b } \) y esta formula tiene su demostración, lo que se hace de tomar \( u=\textcolor{red}{f}(x) \) y luego \( du=\textcolor{red}{f'}(x)dx \)
...
Me parece que hay una errata. ¿No es
\( u=\textcolor{blue}{g}(x) \) y luego \( du=\textcolor{blue}{g'}(x)dx \) ?
Saludos  :)

08 Marzo, 2025, 03:57 pm
Respuesta #5

Nub

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Hola:
...
El metodo de sustitucion es
\( \int_{a}^{b}f(g(x)) \cdot g'(x)dx=\int_{g(a)}^{g(b)}f(u)du= F(g(x)){\bigg|}_{ a }^{ b } \) y esta formula tiene su demostración, lo que se hace de tomar \( u=\textcolor{red}{f}(x) \) y luego \( du=\textcolor{red}{f'}(x)dx \)
...
Me parece que hay una errata. ¿No es
\( u=\textcolor{blue}{g}(x) \) y luego \( du=\textcolor{blue}{g'}(x)dx \) ?
Saludos  :)
"Si", solo copie y pegue lo que habia dicho Juan.tobonsilva, iba a decir lo de hacer u y du pero tal vez no se entendia :laugh: pero si

08 Marzo, 2025, 05:41 pm
Respuesta #6

Richard R Richard

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He visto muchas veces, mas que todo en física, que los diferenciales se toman como fracciones, por ejemplo: "multiplicar dx a ambos lados" la justificación de ellos es que dicen que siempre funciona
No soy físico, pero si el modelo funciona, es que representa o estima con bastante grado de certeza el comportamiento de algún fenómeno físico, y si funciona , así se queda , y si es mas fácil de explicar mejor, pues así se explica por lo general a estudiantes que no profundizaran el estudio de diferenciales mucho mas, no hacen el análisis matemático de fondo.
Si se encuentra una contradicción o discrepancia entre el modelo y la realidad , se cambia el modelo, sobre cada modelo hay justificaciones matemáticas  que son fáciles de abordar y se explican, otras se dan por válidas y se explican poco y otras muy pocas no se explican o tienen un base dudosa , pero si se ahonda el estudio se verá que no difieren del resultado obtenido de resolver matemáticamente de alguna forma mas apropiada matemáticamente.

Hay algo raro en esto?

\[ \begin{aligned}

\dfrac{\ d v}{\ d t}&= a(t),\\
\dfrac{\ d v}{\ d t}\  d t&= a(t)\ d t, \\
\ d v&=a(t)\ d t,\\
\int_{v_0}^v\ d v&=\int_0^t a(t)\ d t,\\
v(t)&=v_0+\int_0^t a(t)\ d t.\end{aligned} \]

o en esto

\[ \begin{aligned}
\dfrac{\ d x}{\ d t}&= v(t),\\
\dfrac{\ d x}{\ d t}\  d t&= v(t)\ d t, \\
\ d x&=v(t)\ d t,\\
\int_{x_0}^x\ d x&=\int_0^t v(t)\ d t,\\
x(t)&=x_0+\int_0^t v(t)\ d t.
\end{aligned} \]

Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

08 Marzo, 2025, 06:05 pm
Respuesta #7

ani_pascual

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Hay algo raro en esto?
...

\[ \begin{aligned}
\dfrac{\ d x}{\ d t}&= v(t),\\
\dfrac{\ d x}{\ d t}\  d t&= v(t)\ d t, \\
\ d x&=v(t)\ d t,\\
\int_{x_0}^x\ d x&=\int_0^t v(t)\ d t,\\
x(t)&=x_0+\int_0^t v(t)\ d t.
\end{aligned} \]
No, pero algunos lo vemos con más sentido si se expresa así:  :)
\( \dfrac{dx}{dt}=v(t)\\\displaystyle\int_0^tx'(t)\,dt=\displaystyle\int_0^tv(t)\,dt\\x(t)-x(0)=\displaystyle\int_0^tv(t)\,dt \)
Saludos

08 Marzo, 2025, 07:11 pm
Respuesta #8

Richard R Richard

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No, pero algunos lo vemos con más sentido si se expresa así:  :)
\( \dfrac{dx}{dt}=v(t)\\\displaystyle\int_0^tx'(t)\,dt=\displaystyle\int_0^tv(t)\,dt\\x(t)-x(0)=\displaystyle\int_0^tv(t)\,dt \)
Saludos
Ok, y ya metido a bailar


Aclara algo mas esto? supongo que es para aplicar TFC

\[ \begin{aligned}\dfrac{\ d v(t)}{\ d t}&= a(t),\\
\dfrac{\ d v(t)}{\ d t}\  d t&= a(t)\ d t, \\
\ d v(t)&=a(t)\ d t,\\
\int_{v(0)}^{v(t)}\ d v&=\int_0^t a(t)\ d t =\int_0^t v'(t)\ d t,\\
v(t)&=v(0)+\int_0^t a(t)\ d t.\end{aligned} \]


o esto


\[ \begin{aligned}
\dfrac{\ d x(t)}{\ d t}&= v(t),\\
\dfrac{\ d x(t)}{\ d t}\  d t&= v(t)\ d t, \\
\ d x(t)&=v(t)\ d t,\\
\int_{x(0)}^{x(t)}\ d x&=\int_0^t v(t)\ d t =\int_0^t v(t)\ d t,\\
x(t)&=x(0)+\int_0^t v(t)\ d t.
\end{aligned} \]


Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

08 Marzo, 2025, 07:45 pm
Respuesta #9

Masacroso

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¿Hay algo raro en esto?

\[ \begin{aligned}

\dfrac{\ d v}{\ d t}&= a(t),\\
\dfrac{\ d v}{\ d t}\  d t&= a(t)\ d t, \\
\ d v&=a(t)\ d t,\\
\int_{v_0}^v\ d v&=\int_0^t a(t)\ d t,\\
v(t)&=v_0+\int_0^t a(t)\ d t.\end{aligned} \]

o en esto

\[ \begin{aligned}
\dfrac{\ d x}{\ d t}&= v(t),\\
\dfrac{\ d x}{\ d t}\  d t&= v(t)\ d t, \\
\ d x&=v(t)\ d t,\\
\int_{x_0}^x\ d x&=\int_0^t v(t)\ d t,\\
x(t)&=x_0+\int_0^t v(t)\ d t.
\end{aligned} \]



Lo único "raro" es que en el contexto en el que se suele enseñar no está matemáticamente definida aunque sí pueda poseer un significado intuitivo o utilidad heurística, la expresión \(dx\) o \(dt\). Es decir, si \(dx\) carece de significado matemático entonces una expresión como \(d x=v(t)\ d t\) carece de significado matemático también. En geometría diferencial la expresión \(dx\) representa a un funcional lineal, entonces una expresión como la anterior, dentro de ese contexto, sí que tendría pleno sentido.



Aprovecho para decir que hay muchos otros temas en este foro discutiendo el significado riguroso (o posibles significados) de \(dx\), yo he dejado el que creo más sencillo que es ser un funcional lineal, pero hay al menos otros dos: uno en teoría de la medida, y otro en análisis no estándar. Algunos de los temas al respecto:

https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=112676.msg445625
https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=112439.msg444523
https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=114144.0