🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 00 — Pensamiento matemático desde cero

016 — Expresiones y fórmulas

cero-absoluto clase 16 de 20 4 horas demostración formula_evaluation

Una fórmula es una relación entre cantidades con dominio y unidades declarados.

Fórmulas

A = πr²  (r > 0, A en unidad²)
P = 2πr  ⟹  A/P = r/2

Desarrollo

Evaluar una fórmula es fácil; usarla bien exige tres cosas que rara vez se escriben: su dominio de validez, las unidades de cada símbolo y los supuestos bajo los que se dedujo. Una fórmula sin esas tres declaraciones es una máquina de producir números plausibles fuera de contexto.

El área del círculo, A = πr², ilustra los tres. Dominio: r > 0, porque un radio negativo no tiene interpretación. Unidades: si r está en metros, A está en metros cuadrados, y esa elevación al cuadrado es lo que hace que duplicar el radio cuadruplique el área —un hecho que sorprende a mucha gente y que se deduce sin calcular nada, solo mirando el exponente.

La relación entre área y perímetro, A/P = r/2, muestra otra habilidad: combinar fórmulas para obtener relaciones que ninguna de las dos expresa por separado. Que el cociente dependa solo de r —y linealmente— dice algo estructural sobre el círculo, no sobre un círculo concreto.

Este es el hábito que la parte 07 formaliza como análisis de sensibilidad: preguntar «¿qué le pasa a la salida si esta entrada cambia un poco?» antes de meter números. El exponente de cada variable responde esa pregunta de forma inmediata: en A = πr², un error del 1 % en r produce aproximadamente un 2 % de error en A.

Ejemplo trabajado

Círculo de radio 2.5 m.

A = π · 2.5² = π · 6.25 ≈ 19.635 m²
P = 2π · 2.5           ≈ 15.708 m

A/P = 19.635 / 15.708 = 1.25 m
r/2 = 2.5/2           = 1.25 m       ✓ (relación estructural)

Sensibilidad: si r sube un 1 % (2.525 m),
  A = π·2.525² ≈ 20.030 m²  → +2.01 %
  el exponente 2 predice el factor de amplificación

Qué calcula el laboratorio

Una fórmula evaluada con dominio y unidades declaradas.

python classes/part-00-pensamiento-matematico-desde-cero/016-expresiones-y-formulas/lab.py
compmath run 016

Salidas del laboratorio (6)

Muestra de la ejecución real

{
  "radio_m": 2.5,
  "area_m2": 19.634954084936208,
  "perimetro_m": 15.707963267948966,
  "dominio_valido": true,
  "razon_area_perimetro": 1.25,
  "razon_teorica_r/2": 1.25
}

Errores comunes

Dónde se usa

Cualquier modelo es una fórmula con dominio. El análisis de sensibilidad por exponentes es la versión elemental del gradiente (parte 08) y del número de condición (clase 035)."

Idea rectora de la parte

Un número sin unidad ni dominio es una cadena de dígitos, no una cantidad.

Error a evitar

Sumar porcentajes como si fueran cantidades absolutas.

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