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Regiones del plano y matrices

Repaso previo: no corresponde a un apartado de los apuntes.

Objetivos de la lección

  • Elegir límites de integración según una región.
  • Leer un vector y una matriz como una organización de medidas.

Apartado 1 de 3

Un reparto es un punto del plano

Transcripción

Hola.

Repartamos una unidad de recurso entre dos cultivos: equis mide lo asignado al primero e i griega al segundo.

¿Sería posible entregar ocho décimas a cada uno?

El triángulo reúne cantidades no negativas cuya suma no supera uno.

Su frontera inclinada representa agotar el recurso; por debajo todavía queda parte sin asignar.

Ocho décimas más ocho décimas excede la unidad, así que esa pareja queda fuera.

Que cada coordenada por separado esté entre cero y uno no garantiza que la pareja sea posible.

Si el primer cultivo recibe tres décimas, uno menos tres décimas deja siete décimas disponibles.

Esa resta traduce la restricción de recurso en un límite para la segunda coordenada.

El corte en equis tres décimas permite desde cero hasta siete décimas para i griega.

Recorre todas las asignaciones compatibles con esa primera elección, no todo el lado del cuadrado.

Al aumentar equis se acorta el corte: el límite de i griega depende de equis.

Cuando integremos, esa dependencia aparecerá en los límites interiores; usar un rectángulo incluiría repartos imposibles.

Palabras y símbolos de esta lección​

X, x, xᵢ · Variable y valor

Se lee: equis; equis minúscula; equis sub i.

X nombra qué medimos antes de observar. x representa un valor concreto o un umbral. El subíndice identifica una observación o un valor de una lista.

Ejemplo: X es el número de brotes; x = 2 es un resultado posible.

<, ≤, >, ≥; (a,b), [a,b] · Desigualdades e intervalos

Se lee: menor que; menor o igual que; mayor que; mayor o igual que.

Un paréntesis excluye el extremo; un corchete lo incluye. Las llaves enumeran valores y el símbolo ∈ se lee pertenece a.

Ejemplo: X < 3 excluye 3; X ≤ 3 lo incluye. [0,2] incluye cero y dos.

∫∫_R g(x,y) dy dx · Integral doble

Se lee: integral doble sobre la región erre, primero respecto de i griega y después de equis.

Suma sobre una región de dos coordenadas. El orden escrito dy dx pide recorrer y para cada x y después recorrer x.

Ejemplo: Si x + y ≤ 1 y ambas son no negativas, para x = 0,3 queda 0 ≤ y ≤ 0,7.

μ⃗, Σ, Σᵢⱼ, aᵀ · Vectores y matrices

Se lee: vector mu; sigma mayúscula; sigma sub i jota; a transpuesta.

Un vector es una lista ordenada; una matriz, una tabla. i identifica la fila y j la columna. Transponer convierte una columna en fila o intercambia filas y columnas.

Ejemplo: En una matriz de covarianzas, las posiciones (1,1) y (2,2) son varianzas.

Var(X), σ², σ · Varianza y desviación típica

Se lee: varianza de equis; sigma al cuadrado; sigma.

La varianza promedia distancias a la media elevadas al cuadrado. Su raíz, la desviación típica, expresa la dispersión en las unidades originales.

Ejemplo: Desviación 3 mm significa varianza 9 mm².

Cov(X,Y), ρ · Covarianza y correlación

Se lee: covarianza de equis e i griega; ro.

La covarianza compara si ambas medidas se alejan juntas de sus medias. La correlación divide por sus desviaciones y queda entre −1 y 1 si ambas desviaciones son positivas.

Ejemplo: Si al crecer X suele crecer Y, la asociación lineal puede ser positiva. No demuestra una causa.

¿Qué repartos de un recurso son posibles?​

Tenemos una unidad de nutriente para dos cultivos. Llamamos x a la parte del primero e y a la del segundo. Ambas cantidades son no negativas y juntas no pueden superar uno. Un punto (x,y) representa un reparto completo: por ejemplo, (0,3; 0,4) es posible y deja 0,3 sin repartir.

Si fijamos x en 0,3, a y le queda como máximo 1 − 0,3 = 0,7. En el dibujo, los repartos permitidos forman un triángulo. No es todo el cuadrado entre cero y uno: el punto (0,8; 0,8) pediría más recurso del disponible.

Dos medidas necesitan dos coordenadas​

Un punto del plano puede representar dos concentraciones medidas en una misma muestra. Una desigualdad relaciona ambas coordenadas y delimita una región, no solo dos intervalos separados. Para integrar, fija primero una coordenada y observa qué valores de la otra siguen dentro de esa región. Ese corte determina los límites interiores.

Si una región es triangular, la longitud del corte cambia al mover la coordenada fijada. Integrar sobre el rectángulo que la contiene añadiría puntos imposibles. Dibujar las fronteras y probar un punto interior es una manera económica de comprobar los límites antes de hacer cuentas.

Desarrollo escrito del ejemplo

Se reparten miligramos de nutriente entre dos cultivos. x es la cantidad del primero e y la del segundo. Se permite dejar nutriente sin repartir.

X, x, xᵢ · Variable y valor

Se lee: equis; equis minúscula; equis sub i.

X nombra qué medimos antes de observar. x representa un valor concreto o un umbral. El subíndice identifica una observación o un valor de una lista.

Ejemplo: X es el número de brotes; x = 2 es un resultado posible.

<, ≤, >, ≥; (a,b), [a,b] · Desigualdades e intervalos

Se lee: menor que; menor o igual que; mayor que; mayor o igual que.

Un paréntesis excluye el extremo; un corchete lo incluye. Las llaves enumeran valores y el símbolo ∈ se lee pertenece a.

Ejemplo: X < 3 excluye 3; X ≤ 3 lo incluye. [0,2] incluye cero y dos.

μ⃗, Σ, Σᵢⱼ, aᵀ · Vectores y matrices

Se lee: vector mu; sigma mayúscula; sigma sub i jota; a transpuesta.

Un vector es una lista ordenada; una matriz, una tabla. i identifica la fila y j la columna. Transponer convierte una columna en fila o intercambia filas y columnas.

Ejemplo: En una matriz de covarianzas, las posiciones (1,1) y (2,2) son varianzas.

Datos y supuestos​

  • Capacidad total: 4 mg; x ≥ 0, y ≥ 0 y x + y ≤ 4.
  • Se fija x = 2 mg. Los ejes del dibujo representan miligramos.
  • No se pueden asignar cantidades negativas.
  • El límite es compartido: no se dispone de una capacidad completa para cada cultivo.

Con x fijado, ¿cuál es el máximo permitido de y?​

Identificar la pregunta y justificar el método

Con x fijado, ¿cuál es el máximo permitido de y? Las coordenadas describen un punto mediante dos números. Fijar la primera cantidad deja un máximo para la segunda. La frontera del triángulo expresa la capacidad total disponible. Para este apartado: Resta lo que recibe el primer cultivo a la capacidad total.

Usar la capacidad compartida

2 + y ≤ 4.

Restar en ambos lados

y ≤ 4 − 2 = 2. El segundo cultivo puede recibir entre cero y 2 mg.

Comprobar e interpretar

El resultado es 2 miligramos. Revisamos que la respuesta use la unidad pedida y tenga sentido en el contexto. El máximo de y cambia al cambiar x.

El máximo de y cambia al cambiar x.

Ejemplo resuelto

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