🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 05 — Álgebra lineal I: vectores y matrices

102 — Operaciones con vectores

intermedio clase 2 de 20 4 horas demostración vector_operations

La suma de vectores es componente a componente, y la desigualdad triangular acota la norma del resultado.

Fórmulas

(u + v)ᵢ = uᵢ + vᵢ
‖u + v‖ ≤ ‖u‖ + ‖v‖

Desarrollo

La suma de vectores tiene dos lecturas que conviene mantener a la vez. Algebraicamente se suman las componentes. Geométricamente se aplica la regla del paralelogramo: el resultado es la diagonal del paralelogramo que forman ambos vectores. Las dos describen la misma operación.

La desigualdad triangular —‖u+v‖ ≤ ‖u‖ + ‖v‖— dice que el camino directo nunca es más largo que el rodeo, y es una de las tres condiciones que definen una norma. La igualdad se alcanza solo cuando los vectores son paralelos y del mismo sentido; en cualquier otro caso hay cancelación parcial.

Esa desigualdad no es un tecnicismo: es la que permite acotar errores acumulados. Si el error de cada paso está acotado, el error total lo está por la suma, y de ahí salen las cotas de estabilidad de los métodos iterativos (parte 11) y las cotas de generalización (parte 17).

Restar es sumar el opuesto, y u − v es el vector que va de v a u. Esa interpretación —la diferencia como desplazamiento— es la que convierte ‖u − v‖ en la distancia entre los dos puntos, conectando con la clase 061.

Ejemplo trabajado

Suma, resta y desigualdad triangular.

u = (1, 2),  v = (3, −1)

u + v = (4, 1)
u − v = (−2, 3)
2u − 3v = (2,4) − (9,−3) = (−7, 7)

‖u+v‖ = √17 = 4.123
‖u‖ + ‖v‖ = √5 + √10 = 2.236 + 3.162 = 5.398

4.123 ≤ 5.398      ✓ desigualdad triangular

La diferencia (5.398 − 4.123) mide cuánto se cancelan entre sí.

Qué calcula el laboratorio

Suma, resta y combinación lineal con interpretación geométrica.

python classes/part-05-algebra-lineal-i-vectores-y-matrices/102-operaciones-con-vectores/lab.py
compmath run 102

Salidas del laboratorio (8)

Muestra de la ejecución real

{
  "u": [
    1.0,
    2.0
  ],
  "v": [
    3.0,
    -1.0
  ],
  "u+v": [
    4.0,
    1.0
  ],
  "u-v": [
    -2.0,
    3.0
  ],
  "2u-3v": [
    -7.0,
    7.0
  ],
  "|u+v|": 4.123105625617661
}

Errores comunes

Dónde se usa

Composición de desplazamientos, acumulación de gradientes, cotas de error en métodos iterativos y agregación de vectores en sistemas de recomendación.

Idea rectora de la parte

El rango es la dimensión real de la salida, no el tamaño de la tabla.

Error a evitar

Confundir dimensión del espacio con número de vectores.

Conexión con IA

Cada capa densa es un producto matriz-vector. Los embeddings viven en subespacios y la similitud entre ellos es producto punto normalizado.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase