🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 03 — Geometría, trigonometría y geometría analítica

069 — Pendiente y ecuación de la recta

basico-intermedio clase 9 de 20 4 horas demostración line_equation

La forma general Ax + By + C = 0 es la misma expresión que la frontera de decisión de un clasificador lineal.

Fórmulas

explícita: y = mx + b
general: Ax + By + C = 0
perpendicular: m⊥ = −1/m

Desarrollo

Una recta admite varias escrituras y cada una sirve para algo distinto. La forma explícita y = mx + b es cómoda para evaluar y graficar, pero no puede representar rectas verticales (pendiente infinita). La forma general Ax + By + C = 0 no tiene esa limitación y es la que se usa en geometría computacional.

La forma general tiene además una lectura vectorial importante: el vector (A, B) es normal a la recta, es decir, perpendicular a ella. Y esa observación es la que conecta esta clase con machine learning: la frontera de decisión de un clasificador lineal es wᵀx + b = 0, exactamente la misma ecuación, donde w es el vector normal. El signo de wᵀx + b dice de qué lado cae un punto, que es literalmente la predicción.

La condición de perpendicularidad m·m⊥ = −1 se deduce de que los vectores directores deben tener producto punto nulo. Es un caso particular de ortogonalidad, concepto que la parte 05 generaliza a cualquier dimensión.

Calcular la pendiente entre dos puntos exige cuidado numérico: si las abscisas son casi iguales, la resta del denominador sufre cancelación (clase 032) y la pendiente resultante es ruido. En geometría computacional se prefiere la forma general precisamente por eso.

Ejemplo trabajado

Recta por (1,2) y (5,10).

pendiente:  m = (10 − 2)/(5 − 1) = 2
intercepto: b = 2 − 2·1 = 0

explícita: y = 2x
general:   2x − y + 0 = 0        →  A = 2, B = −1, C = 0

Verificación en (1,2):  2·1 − 1·2 + 0 = 0    ✓

Vector normal: (2, −1)
Pendiente perpendicular: −1/2

Lectura en ML:
  w = (2, −1),  b = 0
  clasificador: signo(wᵀx + b)

Qué calcula el laboratorio

Recta en forma pendiente-intercepto y en forma general.

python classes/part-03-geometria-trigonometria-y-geometria-analitica/069-pendiente-y-ecuacion-de-la-recta/lab.py
compmath run 069

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "puntos": [
    [
      1.0,
      2.0
    ],
    [
      5.0,
      10.0
    ]
  ],
  "pendiente": 2.0,
  "intercepto": 0.0,
  "forma_explicita": "y = 2.0x + 0.0",
  "forma_general": "2.0x + -1.0y + 0.0 = 0",
  "verifica_p": 0.0
}

Errores comunes

Dónde se usa

Fronteras de decisión lineales, detección de colisiones, ajuste de rectas y geometría computacional en general.

Idea rectora de la parte

Componer transformaciones es multiplicar matrices, y el orden importa.

Error a evitar

Olvidar normalizar antes de comparar direcciones.

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