🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 00 — Pensamiento matemático desde cero

009 — Raíces y radicales

cero-absoluto clase 9 de 20 4 horas demostración radicals

La raíz n-ésima es el exponente 1/n, y su dominio real depende de la paridad del índice.

Fórmulas

ⁿ√a = a^(1/n)
(ⁿ√a)ⁿ = a  para a ≥ 0
√(a²) = |a|,  no a

Desarrollo

Definir la raíz como exponente fraccionario es la extensión natural de la clase 008: si (a^(1/n))ⁿ = a^(n/n) = a, entonces a^(1/n) es precisamente el número que elevado a n devuelve a. La notación de radical y la de exponente describen el mismo objeto, y la segunda es la que se generaliza sin esfuerzo a exponentes reales.

El dominio depende de la paridad del índice, y esta es la fuente de confusión más común. Con índice impar, todo real tiene raíz real única: la raíz cúbica de −8 es −2. Con índice par, los negativos no tienen raíz real, porque ningún real elevado a una potencia par da negativo. Ahí es donde aparecen los números complejos, que el programa usa desde la parte 13 (transformada de Fourier).

La identidad √(x²) = |x| sorprende hasta que se piensa en el dominio: la raíz cuadrada devuelve por convenio la rama no negativa, así que √((−3)²) = √9 = 3, no −3. Olvidarlo produce errores de signo silenciosos al despejar en una ecuación cuadrática, tema de la clase 048.

Numéricamente hay un detalle que la parte 01 explota: √2 no es representable en punto flotante, así que (√2)² no devuelve exactamente 2. El error es minúsculo pero real, y comprobarlo aquí prepara el terreno para el concepto de error de redondeo.

Ejemplo trabajado

Ida y vuelta con la raíz cuadrada de 2.

√2         = 1.4142135623730951    (float64, no exacto)
2**0.5     = 1.4142135623730951    (misma cosa)
(√2)²      = 2.0000000000000004
error      = 4.44e-16              ≈ 2 ulp

Raíz cúbica de −8:  índice impar → −2 en los reales
Raíz cuadrada de −8: índice par  → no existe en ℝ

El error de 4.44·10⁻¹⁶ no es un fallo: es el tamaño del hueco entre floats cerca de 2. La clase 031 le pondrá nombre (ULP).

Qué calcula el laboratorio

Raíces como exponentes fraccionarios y su dominio real.

python classes/part-00-pensamiento-matematico-desde-cero/009-raices-y-radicales/lab.py
compmath run 009

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "sqrt(2)": 1.4142135623730951,
  "2**0.5": 1.4142135623730951,
  "coinciden": true,
  "cuadrado_de_la_raiz": 2.0000000000000004,
  "error_del_roundtrip": 4.440892098500626e-16,
  "raiz_cubica_de_-8": -2.0
}

Errores comunes

Dónde se usa

La norma euclídea (clase 104) es una raíz cuadrada; la desviación estándar (clase 190) también; el factor 1/√d de la atención escalada (clase 325) es una raíz cuya justificación es de varianza.

Idea rectora de la parte

Redondear es una decisión de modelado, no un accidente de la calculadora.

Error a evitar

Escribir 1/3 como 0.33 y arrastrar el error a todo el cálculo.

Conexión con IA

Toda métrica de un modelo (accuracy, loss, learning rate) es una razón, un porcentaje o una escala. Interpretarlas mal es el primer error de un practicante de IA.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase