Lección
La teoría — Despeje de fórmulas367 palabras
Convertir una letra en la variable despejada significa obtener una fórmula equivalente con esa letra sola en un lado. Saber si esto se puede hacer se divide en dos preguntas que desde fuera parecen idénticas: si este método puede lograrlo, y si algún método puede.
Qué significa cada símbolo
subject- la letra que estás despejando. Saber cuál es cambia la dificultad por completo; a la fórmula le da igual, pero al álgebra no.
±- lo que devuelve una raíz de índice par: dos candidatos y ninguna manera de elegir entre ellos basándote únicamente en el álgebra.
- Supone
- Que cada operación entre la variable despejada y tú se puede deshacer, una por una, desde fuera hacia dentro. Esto se cumple exactamente cuando la letra aparece una sola vez.
- Falla cuando
- En dos lugares muy distintos, y saber distinguirlos es la clave. El método se agota cuando la letra aparece más de una vez:
s = ut + ½at²impide despejar por capas, y la página te lo advierte. Pero esa fórmula es una cuadrática en t y un método distinto la resuelve con exactitud: conu = 3,a = 2ys = 20la respuesta est = 3.216991, y al sustituirla de vuelta obtienes 20,000000. Ahí no hay nada irresoluble; despejar por capas es simplemente el método equivocado. La ecuación en sí se resiste en la fórmula de KeplerM = E − e sin E, donde la E aparece por su cuenta y a la vez dentro de un seno, por lo que ninguna sucesión finita de operaciones algebraicas sobre M y e logrará despejarla jamás. Esa tampoco es un callejón sin salida: Lagrange y Bessel la resuelven mediante una serie, y las funciones de Bessel se inventaron para los coeficientes. Lo que tiene la serie en su lugar es una frontera. Solo converge para excentricidades inferiores al límite de Laplace,0.662743419349, y el cometa Halley, cone = 0.967, queda fuera de él. Por lo tanto, la respuesta sincera a «¿se puede despejar esto?» tiene tres niveles: este método no puede, pero otro sí; ningún método puede, pero una serie sí; y la serie tiene un rango.
Problemas resueltos al detalle
-
El radio cuando el área de un círculo es 78,54 cm² 7 pasos
El área de un círculo es 78,54 cm². Halla el radio y di con precisión dónde se detiene el álgebra y empiezas tú.
-
Empieza por la fórmula tal como se da, con A ya despejada y r oculta en el interior de un cuadrado.
-
Despeja desde fuera hacia dentro. La operación más externa aplicada sobre r es la multiplicación por π, así que primero divide ambos lados entre π.
-
Ahora el cuadrado. Al deshacerlo llegas al paso donde un valor de entrada deja de producir un solo resultado, motivo por el cual la línea lleva un ± en lugar de una simple raíz.
-
El ± cumple una función esencial: tanto +5 como −5 elevados al cuadrado dan 25, por lo que ambos son soluciones correctas de la ecuación r² = 25. La ecuación no sabe qué significa r.
-
Al sustituir el número: r = ±5 cm, y 5 es la respuesta porque un radio es una longitud. Esta afirmación no pertenece al álgebra. Es el único paso de todo el problema que ha requerido saber qué representan las letras.
-
Comprueba avanzando, la única comprobación que merece la pena hacer: vuelve a introducir el 5 en la fórmula original y observa si obtienes el área de nuevo.
-
Y fíjate en lo que cambiaría en un contexto diferente. La misma ecuación h² = 25 para una altura por encima y por debajo de una línea conserva ambas respuestas. La misma ecuación t² = 25 para medir el tiempo conserva el −5 solo si el reloj se inició en otro instante. El álgebra resulta idéntica en los tres casos. El descarte no lo es.
Respuesta
r = 5 cm. El álgebra da ±5 y se detiene ahí, correctamente. Elegir el 5 es una afirmación sobre los radios y supone el único paso del problema que la fórmula nunca habría podido hacer por ti.
-
-
Fahrenheit como incógnita despejada, y la lectura en que ambas escalas coinciden 6 pasos
Despeja F en C = 5(F − 32)/9 y compruébalo con el agua hirviendo. Decide después si un termómetro puede llegar a marcar el mismo número en las dos escalas.
-
F está enterrada a tres niveles: dentro de un paréntesis, dentro de una multiplicación por 5, dentro de una división entre 9. Pela desde fuera, así que el 9 sale primero.
-
Multiplica ambos lados por 9 y divide luego entre 5. Dos de los tres movimientos, y ninguno ha tocado el paréntesis.
-
Suma 32 y F queda sola. Tres movimientos, que es lo que cuenta el panel, y la tarjeta de comprobación mete 100 °C de vuelta en la fórmula despejada y obtiene 212.
-
Ahora la pregunta que este método rechaza. Preguntar dónde marcan lo mismo las dos escalas significa poner F = C, lo que deja la letra en los dos lados. Ahí es donde se detiene la herramienta, porque ya no queda nada hacia lo que pelar.
-
Aquí las dos apariciones son lineales, así que se agrupan en una y el pelado vuelve a empezar. La respuesta es −40, y cuadra: 9(−40)/5 + 32 es −72 + 32.
-
Ese mismo agrupamiento responde a la versión general. Fahrenheit es el doble que Celsius a 160 °C, que son 320 °F. Con k = 1,8 el denominador se anula y no hay respuesta, porque las dos rectas son paralelas y Fahrenheit va siempre 32 por delante de 1,8 × Celsius.
Respuesta
F = 9C/5 + 32, y las dos escalas coinciden en −40. Tres movimientos dan la vuelta a la fórmula, y el panel lo confirma devolviendo 100 °C a 212 °F. El punto fijo exige un cuarto movimiento que la herramienta no ofrece: agrupar las dos C. Eso funciona solo porque ambas son lineales, y en eso consiste toda la diferencia entre esto y la fórmula del desplazamiento que la herramienta rechaza.
-
Ruta de aprendizaje
Despejar la x, partiendo del signo menos
Referencias (1)
- The series that solves what peeling cannot, and the eccentricity at which it stops: P. Colwell, "Bessel Functions and Kepler's Equation." The American Mathematical Monthly 99:1 (1992), 45–48.