🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 02 — Álgebra y funciones

056 — Funciones logarítmicas

basico clase 16 de 20 4 horas demostración logarithmic_function

El logaritmo es la inversa de la exponencial y convierte factores en distancias iguales.

Fórmulas

y = log_b(x)  ⟺  x = bʸ
escala logarítmica: distancias iguales ⟹ factores iguales

Desarrollo

La función logarítmica deshace la exponencial, y esa relación de inversa es lo que la hace útil: convierte una pregunta sobre crecimiento («¿cuánto tarda en multiplicarse por 10?») en una pregunta sobre suma. Su crecimiento es extraordinariamente lento —de 10³ a 10⁶ el logaritmo decimal solo sube 3— y por eso comprime rangos enormes.

La escala logarítmica es la aplicación práctica más visible. En un eje logarítmico, una exponencial se ve como una recta, lo que permite identificar el modelo a simple vista y leer la tasa como pendiente. Los decibelios, el pH, la escala de magnitud sísmica y las curvas de aprendizaje de los modelos usan esa propiedad.

El dominio es x > 0, sin excepciones: no hay ningún exponente al que elevar una base positiva para obtener un número negativo. log(0) tiende a −inf, y ese es el motivo técnico por el que toda implementación de entropía o cross-entropy protege el argumento con un epsilon (clase 263).

En las leyes de escala de los modelos de lenguaje (clase 359), la relación entre pérdida y número de parámetros es una ley de potencia, que en escala log-log es una recta cuya pendiente es el exponente. Leer esas gráficas exige entender esta clase.

Ejemplo trabajado

Logaritmo como inversa y como escala.

log₁₀(1000) = 3       porque 10³ = 1000
10^log₁₀(1000) = 1000                    ✓ inversa verificada

Escala: de 10³ a 10⁶ hay un factor 1000
  log₁₀(10⁶) − log₁₀(10³) = 6 − 3 = 3
  tres unidades en el eje = tres órdenes de magnitud

Decibelios: 10·log₁₀(10⁻³) = −30 dB

Dominio: x > 0.  log(0) → −inf,  log(−1) no existe en ℝ

Qué calcula el laboratorio

El logaritmo como inversa de la exponencial y como escala.

python classes/part-02-algebra-y-funciones/056-funciones-logaritmicas/lab.py
compmath run 056

Salidas del laboratorio (6)

Muestra de la ejecución real

{
  "log10(1000)": 3.0,
  "10^3": 1000,
  "inversa_verificada": true,
  "escala_decibel_de_1e-3": -30.0,
  "crecimiento_de_log_entre_1e3_y_1e6": 3.0,
  "dominio": "x > 0"
}

Errores comunes

Dónde se usa

Escalas de medida, visualización de rangos amplios, log-verosimilitud, entropía, perplejidad y lectura de leyes de escala en log-log.

Idea rectora de la parte

Una ecuación restringe; una función asigna. No son lo mismo.

Error a evitar

Dividir por una expresión que puede anularse y perder soluciones.

Conexión con IA

Una red neuronal es una composición de funciones parametrizadas. La sigmoide, la softmax y la log-verosimilitud son álgebra de exponenciales y logaritmos.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase