🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 03 — Geometría, trigonometría y geometría analítica

064 — Teorema de Pitágoras

basico-intermedio clase 4 de 20 4 horas demostración pythagoras

El teorema de Pitágoras y su recíproco caracterizan el ángulo recto; las ternas se generan sistemáticamente.

Fórmulas

a² + b² = c²  ⟺  el triángulo es rectángulo
generador: a = m²−n²,  b = 2mn,  c = m²+n²  (m > n > 0)

Desarrollo

El teorema de Pitágoras es la relación métrica más usada de toda la matemática computacional, aunque casi nunca se la llame por su nombre: cada vez que se calcula una norma euclídea, se está aplicando. Su recíproco es igual de útil: si a² + b² = c², el triángulo es rectángulo, lo que da una prueba de perpendicularidad sin medir ángulos.

Las ternas pitagóricas —tríos de enteros que lo cumplen— se generan con la fórmula de Euclides a partir de dos enteros m > n: (m²−n², 2mn, m²+n²). Con m=2, n=1 sale la (3,4,5); con m=3, n=2 la (5,12,13). Que exista una parametrización completa es un resultado clásico de teoría de números, y conecta esta clase con la parte 04.

La generalización a n dimensiones es directa: ‖v‖² = Σvᵢ². Y la generalización conceptual es aún más importante: en cualquier espacio con producto interno, si dos vectores son ortogonales entonces ‖u+v‖² = ‖u‖² + ‖v‖². Ese es el teorema de Pitágoras abstracto, y es lo que hace que la descomposición de la varianza en estadística funcione (clase 214) y que la proyección ortogonal sea la mejor aproximación (clase 119).

Una precaución numérica: calcular √(a² + b²) directamente puede desbordar si a o b son grandes, aunque el resultado quepa. Por eso existe math.hypot, que reescala antes de elevar al cuadrado.

Ejemplo trabajado

Generar una terna y verificar el recíproco.

Generador con m = 3, n = 2:
  a = 9 − 4 = 5
  b = 2·3·2 = 12
  c = 9 + 4 = 13

Verificación:  25 + 144 = 169 = 13²      ✓ rectángulo

Contraejemplo:  triángulo 5-5-7
  25 + 25 = 50 ≠ 49 = 7²                 ✗ no es rectángulo

Precaución numérica:
  √(1e200² + 1e200²) desborda
  math.hypot(1e200, 1e200) = 1.414e200    ✓

Qué calcula el laboratorio

Pitágoras, su recíproco y una terna pitagórica generada.

python classes/part-03-geometria-trigonometria-y-geometria-analitica/064-teorema-de-pitagoras/lab.py
compmath run 064

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "catetos": [
    5,
    12
  ],
  "hipotenusa": 13,
  "a²+b²": 169,
  "c²": 169,
  "es_rectangulo": true,
  "generador_(m,n)": [
    3,
    2
  ]
}

Errores comunes

Dónde se usa

Norma euclídea, cálculo de distancias, verificación de ortogonalidad, descomposición de la varianza y el teorema de Pitágoras en espacios de Hilbert.

Idea rectora de la parte

Componer transformaciones es multiplicar matrices, y el orden importa.

Error a evitar

Mezclar grados y radianes en la misma expresión.

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