Autor Tema: Sobre el concepto de diferencial

0 Usuarios y 2 Visitantes están viendo este tema.

24 Noviembre, 2011, 12:55 am
Respuesta #10

argentinator

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No sé cuál es el problema.

En realidad hay varias nociones distintas de "diferencial", y no necesariamente tienen que encajar.

Hay que ver cómo se han formalizado los argumentos físicos más estandarizados.

Creo que es un tema muy cotidiano, pero que casi nadie tiene claro.
Estaría bueno aclararlo.

Yo siempre tengo dudas.
Matemáticamente no tengo problemas, pero cuando leo textos de física con diferenciales, no siempre sé qué diablos están haciendo.

A mí me parece un simple malentendido, porque esas cosas ya están resueltas, justamente por la demanda de solidez en los argumentos matemáticos de los físicos.


24 Noviembre, 2011, 09:06 am
Respuesta #11

Jabato

  • Visitante
Efectivamente, estas cosas ya deben estar resueltas, pero lo que no están es debidamente (ó casi mejor ... correctamente) expuestas en los textos que las aplican.

Y también estoy de acuerdo en que lo que parece ser este problema es un malentendido entre matemáticos y físicos. Probablemente si analizáramos(y sin el "probablemente" también) los métodos empleados por unos y otros veríamos que ambos llegan a idénticas conclusiones (algo que desde luego resultará evidente para cualquiera con dos dedos de frente) pero por distintos procedimientos, pero es que además los primeros "parecen" negarse a reconocer estos métodos como ortodoxos y los segundos "parecen" negarse a renunciar a ellos dada su versatilidad y agilidad, que es mucha.

En conclusión parecería como si entre los textos de los unos y los de los otros hubiera una especie de divorcio por un empecinamiento tonto y carente de sentido, que al final acaba confundiendo al personal, de manera que en la enseñanza de las ciencias aplicadas se sigue utilizando el concepto de "elemento diferencial" a diario, cosa que desde luego no ocurre en la enseñanza de la matemática pura.

Por otro lado cada vez que alguien plantea esta cuestión los matemáticos se limitan a sonreir y a decir que tales entes no existen y los físicos e ingenieros renegamos hasta de la primera papilla que se nos dió, y claro está que con razón desde mi punto de vista.

Realmente absurdo todo este tema.

Saludos, Jabato. ;D

24 Noviembre, 2011, 02:07 pm
Respuesta #12

feriva

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Yo creo que este debate del diferencial en la física y la matemática se une no poco con el que tuvimos sobre la existencia de los irracionales como algo real.
 El físico mide cosas y necesita números determinados, las cuentas que hace -integrales y demás- pueden ser iguales que las que hace un matemático, pero él necesita determinar; y es imposible determinar cualquier cosa con algo que es indeterminado por definición. Entonces, cuando un físico habla de una partición fina, que se dice, está tomando números muy pequeños pero determinados, racionales (aunque quizá algunos no sean del todo conscientes, o no quieran serlo, de que esto es así).
 Siempre hay un error o una incertidumbre admisible que podemos dar por buena en física; la que sea, por poco que sea el error, pero siempre lo hay, al menos si se trabaja con infinitesimales, no es posible otra cosa.
 Pero en el mundo abstracto de las matemáticas el diferencial sí es un número de infinitas cifras, es \( 0,00... \) y los ceros no se acaban nunca y, sin embargo, no es cero del todo porque aunque no se acaben nunca "detrás" viene algún número que no es cero.   Es obvio, con una partición hecha de elementos "dx" como éstos es imposible determinar nada, es imposible medir nada y no es utilizable en física; los que son utilizables son los métodos, pero la integración para un físico no es más que el método de exhaución de los antiguos griegos realizado por una vía mucho más rápida, que es la que le permite el cálculo integral.

Saludos. 

24 Noviembre, 2011, 02:40 pm
Respuesta #13

Jabato

  • Visitante
Es cierto que en ciencias aplicadas no es necesario hilar tan fino como en ciencias puras, ya que los errores en la experimentación, que son inevitables, nos van a conducir necesariamente a valores aproximados, cualquiera que sea nuestro grado de precisión. Pero no hay que perder tampoco de vista que estos métodos permiten obtener valores exactos para la mayoría de los cálculos cuando se trabaja con modelos matemáticos y que eso es una ventaja que no se tiene con otros métodos numéricos para la resolución de integrales, ecuaciones diferenciales, etc. Por lo tanto yo entiendo que formalizar y sistematizar esta manera de realizar cálculos tendría un gran número de ventajas, sobretodo teniendo en cuenta que muchas de ellas son de carácter pedagógico y otras de ahorro significativo de tiempo, tinta y papel, hechos que tampoco deben menospreciarse, sobretodo cuando se trabaja en la enseñanza.

Saludos, Jabato. ;D

24 Noviembre, 2011, 04:56 pm
Respuesta #14

feriva

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Yo en eso estoy de acuerdo, Jabato, en que se defina y se distinga y, sobre todo, que se machaque en la enseñanza, porque es evidente que es un tema que siempre provoca confusiones.

Saludos.

24 Noviembre, 2011, 07:37 pm
Respuesta #15

Jabato

  • Visitante
En cualquier caso si creo que existan razones fundadas para reprochar a estos procedimientos falta de rigor ya que al menos sería necesario establecer de forma clara dos cosas:

1ª).- Que todas las sumas posibles así formadas para una determinada función y dominio convergen efectivamente. Para lo cual sería necesario establecer que propiedades deben satisfacer tanto la función como su dominio.

2ª).- Que todas las sumas, cualquiera que sea la forma en que se realizan las particiones del dominio, convergen al mismo valor, garantizando de esta forma la existencia del límite buscado.

En lo que a mi concierne nunca nadie me ha justificado que tales circunstancias se den, lo cual no quiere decir que eso no sea verdad, pero en ninguno de los textos que han pasado por mis manos he conseguido ver tales pruebas que justificarían de una forma clara el uso de estos métodos. Evidentemente para dominios compactos de \( \matbb R^n \) y funciones continuas, que suele ser lo habitual en aplicaciones de física ó ingeniería, dichas condiciones probablemente sean suficientes para asegurar la existencia del límite pero llevando estas cuestiones a su punto extremo verdaderamente no sabemos hasta donde podríamos llegar con funciones discontinuas ó dominios peculiares (por ejemplo variedades no diferenciables, fractales y otros bichos). Sería necesario tener una justificación adecuada de que tales procedimientos son válidos ya que de otra forma las acusaciones de falta de rigor podrían tener su fundamento. Estas y otras serían las razones que recomendarían un análisis matemáticamente riguroso de tales cuestiones, el establecimiento de una definición clara, sencilla e intuitiva de lo que se debe entender por "elemento diferencial" y cuales son las condiciones bajo las que es posible realizar dichas sumas, garantizando la existencia del límite buscado.

Saludos, Jabato. ;D

25 Noviembre, 2011, 05:50 am
Respuesta #16

argentinator

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Es muy clara la exposición de Jabato sobre qué es lo que se requiere para un concepto claro de "diferencial" usado en el cálculo integral.

De la manera que estás pensando los diferenciales, se trata de una generalización de la integral  de Riemann, que es, como ya dije, la de Riemann-Stieljes.

El tipo de funciones que se pueden poner en el diferencial es bastante amplio, incluso funciones discontinuas.
Si es que dispongo de tiempo, me gustaría exponer un poco el desarrollo de esa teoría, cuyas ideas principales son fáciles de seguir.

La integral de Riemann y similares usan el concepto de "partición del dominio" para definir una integral.

Pero hay nociones de integral que tienen mejores ventajas matemáticas, que involucran el concepto de "medida".
Las integrales definidas a partir de una medida (piénsese por ejemplo en la medida de un conjunto definida a partir de cierta distribución de probabilidad), no se preocupan por las "particiones del dominio", sino que se procede de otro modo.
Se define la integral para funciones escalonadas, lo cual es muy sencillo porque básicamente se usa la medida de cada "escalón" multiplicada por la "altura del escalón", y se suma.
Luego se pasa "al límite" aproximando funciones cualesquiera mediante funciones escalonadas, y así la integral queda definida en general.

_____________

Acá ya deja de tener sentido el concepto de "diferencial" de la forma que se venía discutiendo.
Sin embargo, todavía se lo puede pensar así en muchos casos, pues vale algo así como una regla de "sustitución" bastante general, con funciones que no son necesariamente diferenciables.

_______________

No prometo escribir detalles de esto, sólo digo que me gustaría hacerlo.
Ya veremos.
Tampoco es que sea muy difícil. Hay que ponerse a escribirlo con algo de paciencia y tiempo.

Saludos

25 Noviembre, 2011, 08:00 am
Respuesta #17

Jabato

  • Visitante
Pues se agradecería una sencilla exposición de la teoría que justificaría dichos cálculos, pero claro está, explicada para catatónicos profundos, ya me entiendes, sin formalismos, ni variedades diferenciables, ni aplicaciones lineales ni otras formas diferenciales abstractas. Algo intuitivo, ya me entiendes. A ver si podemos aclarar por fin cual es nombre que le dais los matemáticos a los elementos diferenciales.

Saludos, Jabato. ;D

25 Noviembre, 2011, 08:08 am
Respuesta #18

argentinator

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Es que las formas diferenciales están bien, pero simplemente ponen de manifiesto otra noción distinta de diferencial, que requiere variedades "suaves".

Si yo expongo los "elementos diferenciales" para definir la integral de Riemann-Stieljes, no quiere decir que lo que yo exponga  es suficiente para cubrir el caso de que lo que se ha dicho sobre formas diferenciales.

Son contextos distintos, en que se usa una misma notación "dx", indicando conceptos que tienen cierta similitud u origen matemático, pero que deben pensarse diferente.

_________

Pero al menos se podrá aclarar el asunto de las integrales.

25 Noviembre, 2011, 11:37 am
Respuesta #19

Jabato

  • Visitante
En mi caso es lo único que pretendo, tan solo aclarar la "idea física" de "elemento diferencial" mediante una definición más ó menos precisa de lo que tal cosa es y desde luego dar una justificación adecuada de los métodos empleados con esta técnica, aunque si efectivamente como dices existen varias interpretaciones distintas (aunque sean muy parecidas) para el símbolo matemático del diferencial, \( dx,\ dy,\ dz \) entonces la cosa parece que sería más compleja de lo que yo imaginaba, y ya no sé si vamos a ser capaces de aclarar algo ó vamos a liar aún más la madeja de lo que ya lo está, que es bastante.

Saludos, Jabato. ;D