🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 03 — Geometría, trigonometría y geometría analítica

062 — Ángulos y radianes

basico-intermedio clase 2 de 20 4 horas demostración angles_radians

El radián es la unidad natural del ángulo: en ella, la derivada del seno es el coseno sin factores de conversión.

Fórmulas

θ(rad) = θ(grados) · π/180
vuelta completa = 2π rad = 360°
d(sin x)/dx = cos x   solo si x está en radianes

Desarrollo

Un radián es el ángulo cuyo arco mide lo mismo que el radio. Esa definición hace que la longitud de arco sea simplemente s = rθ, sin constantes, y es el primer indicio de por qué el radián es «natural»: elimina factores arbitrarios.

El motivo profundo aparece en cálculo. La derivada de sin x es cos x únicamente si x está en radianes; en grados, la derivada es (π/180)·cos x. Ese factor contaminaría cada derivada, cada serie de Taylor y cada ecuación diferencial. Por eso todas las bibliotecas matemáticas trabajan internamente en radianes, y math.sin(90) no devuelve 1 sino el seno de 90 radianes.

El error de unidad angular es de los más frecuentes y de los más silenciosos: el resultado no lanza excepción, simplemente es incorrecto por un factor. La defensa es la misma que la clase 012 propuso: declarar la unidad en el nombre de la variable (angulo_rad, angulo_deg) y convertir explícitamente en las fronteras.

La comprobación numérica que hace el laboratorio es directa: calcular la derivada de sin por diferencias finitas en un ángulo dado en radianes y verificar que coincide con el coseno de ese ángulo. Si se hiciera en grados, la discrepancia sería de un factor 57.3.

Ejemplo trabajado

Verificar que d(sin)/dx = cos solo en radianes.

30° = 30 · π/180 = 0.5236 rad = π/6

Derivada numérica en x = 0.5236 rad:
  (sin(x+h) − sin(x−h)) / 2h   con h = 1e−7
  = 0.8660254

cos(0.5236) = 0.8660254                      ✓ coinciden

Si el ángulo se pasara en grados (x = 30):
  d(sin)/dx en grados = (π/180)·cos(30°) = 0.01511
  factor de discrepancia: 180/π = 57.3

Qué calcula el laboratorio

Grados y radianes: por qué el radián es la unidad natural.

python classes/part-03-geometria-trigonometria-y-geometria-analitica/062-angulos-y-radianes/lab.py
compmath run 062

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "grados": 30.0,
  "radianes": 0.5235987755982988,
  "pi/6": 0.5235987755982988,
  "vuelta_completa_rad": 6.283185307179586,
  "d(sin)/dx_en_radianes": 0.8660254033343584,
  "cos(x)": 0.8660254037844387
}

Errores comunes

Dónde se usa

Toda la trigonometría computacional, rotaciones en gráficos y robótica, positional encoding de los Transformers (clase 323) y análisis de Fourier (parte 13).

Idea rectora de la parte

Toda rotación 2D es una matriz ortogonal de determinante 1.

Error a evitar

Aplicar rotación y traslación en el orden equivocado.

Conexión con IA

Las transformaciones geométricas son el caso visual de las transformaciones lineales que una red aplica a sus activaciones; la similitud coseno es trigonometría en alta dimensión.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase