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title: Definir las herramientas matemáticas de nivel 3 : proposición 1 published: true routable: true visible: false lessons: - slug: define-234-mathematical-tools-p1 order: 2

$\def\oiint{\displaystyle\mathop{{\iint}\mkern-18mu \scriptsize \bigcirc}}$ $\def\oint{\displaystyle\mathop{{\int}\mkern-16mu \scriptsize \bigcirc}}$

Proposición 1


Definir las herramientas matemáticas necesarias para el nivel 3


Por ahora, solo una lista de necesidades en una primera clasificación para organizar un poco la lluvia de ideas (conjuntos y logica, geometría, etc.). No presagia títulos de capítulos.

No presagia el programa de matemáticas, pero permitirá de definir un programa de "herramientas matemáticas y conceptos físicos", que se construirá con los matemáticos.

Este tema "Herramientas matemáticas" será necesario, ya que será común a todos los temas de las ciencias experimentales. Cuando se utilizará una herramienta o concepto en el curso de un tema en particular, siempre será posible mostrar elementos de "Herramientas matemáticas" en modo paralelo.

No dude en crear una nueva clasificación si es necesario.


Las herramientas matemáticas de los niveles 1 y 2 $+$ :

! *Numeración, operaciones y funciones comunes *

(CME-FR) Buen dominio, con ejercicios de automatización.

  • número imaginario $i$
    Conjunto de los números imaginarios puros $\mathbb{I}$ : $c=i\,b$
    Conjunto de los números complejos $\mathbb{C}$ :
    $c=a+i\,b= |c|\,e^{\,i\,\theta}$,
    con $|c|=\sqrt{a^2 + b^2}$ y $\theta\arctan\left(\dfrac{b}{a}\right)$
    $c=a+i\,b= \mathcal{Re}(c)+i\,\mathcal{Im}(c)$

  • función potencia $y^x$

  • funcion exponencial $e^x$
    Euler $e^{\,i\theta}=\cos\theta+ i\sin\theta$
    $\cos\theta=\dfrac{e^{\,i\theta}+e^{\,-i\theta}}{2}$
    ** $\sin\theta=\dfrac{e^{\,i\theta}-e^{\,-i\theta}}{2i}$**


    y unciones hiperbólicas
    **$\cosh(x)=\dfrac{e^x-+e^{\,- x}}{2}$**
    **$\sinh(x)=\dfrac{e^x-e^{\,- x}}{2}$**

  • $e^0=1 \quad , \quad$ $e^{\,i\frac{\pi}{2}}=i\quad , \quad$ $e^{\,i\pi}=-1\quad , \quad$, ...

  • función logaritmo $log_p\,x$
    propiedades de la función de registro, incluyendo la transformación de un producto en una suma : $log_p\,xy=log_p\,x+log_p\,y$ función logaritmo $log_{10}\,x$ en relación con la función potencia $10^x$
    función logaritmo natural $Log\,x=ln\,x$ en relación con $exp(x)=e^x$

  • notaciones reales y notación compleja : $\overrightarrow{U}=U_0\,\cos(k\,x-\omega t+\varphi)\overrightarrow{e}$
    $\overrightarrow{\underline{U}}=U_0\,e^{\,i\,(k\,x-\omega t+\varphi)}\overrightarrow{e}$ $\;=\underline{U_0}\,e^{\,i\,(k\,x-\omega t)}\overrightarrow{e}$
    $\overrightarrow{U}=\mathcal{Re}(\overrightarrow{\underline{U}})$

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! Conjuntos y lógica

por hacer

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! Geometría y coordenadas

(CME-FR) Buen dominio, con ejercicios de automatización.

  • Regla de orientación del espacio Sistemas de coordenadas, bases y r??? directos o indirectos

  • Coordenadas, bases vectoriales y ??? asociados Bases y ???, ortogonales, normalizadas, ortonormales, directos e indirectos

  • Coordenadas cartesianas, cilíndricas y esféricas

    • con ??? y bases asociadas
    • elementos infinitesimales de longitud, área, volumen
    • expresiones de *operadores $\overrightarrow{grad}$, $div$ et $\overrightarrow{rot}$
  • matriz de cambio de base ortonormal directo:

    • $\overrightarrow{e_i}\longrightarrow \overrightarrow{e_j}'$ : $(a)$
    • $\overrightarrow{e_j}'\longrightarrow \overrightarrow{e_i}'$ : $(a')=(a)^t = (a)^{-1}$

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! Vectores y operadores, análisis de vectores

(CME-FR) Buen dominio, con ejercicios de automatización.

En una base euclidiana (3D):

  • Producto escalar $\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{b}$

  • Producto vectorial $\overrightarrow{a}\wedge\overrightarrow{b}$ (notation $\wedge$ ou $\times$ )

  • Producto mixto $(\overrightarrow{a},\overrightarrow{b},\overrightarrow{c})$

  • Operadores $\overrightarrow{grad}$, $div$ y $\overrightarrow{rot}$ (notación $\overrightarrow{rot}$ ou $\overrightarrow{curl}$ ) y notación con nabla (coordenadas cartesianas) : $\overrightarrow{\nabla}=\dfrac{\partial}{\partial x}\overrightarrow{e_x}+\dfrac{\partial}{\partial y} \overrightarrow{e_y}\dfrac{\partial}{\partial z}\overrightarrow{e_z}$

  • Operador escalar laplaciano (coordenadas cartesianas) $\Delta=\dfrac{\partial^2}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial z^2}$ $\;=\overrightarrow{\nabla}\cdot\overrightarrow{\nabla}$

  • Operador escalar de Alembert (coordenadas cartesianas)

  • $\Box=\Delta-\dfrac{1}{c^2}\dfrac{\delta^2}{\delta t^2}$ (para las ondas)

  • $\overrightarrow{rot}(\overrightarrow{grad}\,V)=0$, en relación con
    $\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E}=0\quad\Longrightarrow\quad \exists V\;,\;\overrightarrow{E}=-\overrightarrow{grad}\,V$

  • $div\,(\overrightarrow{rot}(\overrightarrow{A}) =0$, en relación con
    $div\,\overrightarrow{B}=0 \quad\Longrightarrow\quad \exists \overrightarrow{A}\;,\;\overrightarrow{B}=\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{A}$

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! Matrices

(CME-FR) Buen dominio, con ejercicios de automatización.

  • Matrices $(n,m)$ : $\begin{pmatrix} a_{11} & \ldots & a_{1m} \\ \vdots & \ddots & \vdots \\ a_{n1} & \ldots & a_{nm}\\ \end{pmatrix}$
  • Suma de matrices $(n,m) + (n,m)$
  • Producto de matrices $(n,m)\cdot (m,p) dot$
  • Matriz transpuesta de una matriz cuadrada
  • Cálculo matricial
  • Determinante de una matriz cuadrada: $\begin{vmatrix} a_{11} & \ldots & a_{1n} \\ \vdots & \ddots & \vdots \\ a_{n1} & \ldots & a_{nn}\\ \end{vmatrix}$

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! Funciones - Cálculo diferencial e integral

(CME-FR)

  • Pasaje de la notación $f'(x_0)$ a $\left.\dfrac{df}{dx}\right|_{x_0}$
    Pasaje de la notación $f'(x)$ a $\dfrac{df}{dx}$
    ...
    de $f^{(n)}(x_0)$ a $\left.\dfrac{d^{n}f}{dx^{n}}\right|_{x_0}$
    de $f^{(n)}(x)$ a $\dfrac{d^{n}f}{dx^{n}}$

  • función derivada y función primitiva.

  • integral simple

    • indefinida $\displaystyle\int f(x)\,dx$
    • definida $\displaystyle\int_{x_1}^{x_2} f(x)\,dx$
  • integral múltiple (variables independientes)

    • $\displaystyle\iint f(x,y)\,dx\,dy$
    • $\displaystyle\iiint f(x,y,z)\,dx\,dy\,dz$
  • diferencia entre :

    • $\displaystyle\int f(x)\,dx$ et $\oint f(x)\,dx$
    • $\displaystyle\iint f(x,y)\,dx\,dy$ et $\oiint f(x,y)\,dx\,dy$

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! Ecuaciones

(CME-FR)

Resolución de sistemas de ecuaciones lineales por método de la Matriz

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! Ecuaciones diferenciales*

  • ecuaciones diferenciales lineales de orden 1 (para el concepto de constante de tiempo, carga y descarga de un condensador)

    • por ejemplo : $x(t)$ es una función del tiempo $a\cdot\dfrac{dx}{dt}+b x=0$
      (la o las notaciones utilizadas no estan definidas aquí)
    • luego con el segundo miembro sinusoidal
      $a\cdot\dfrac{dx}{dt}+b x=c$
  • ecuaciones diferenciales lineales de orden 2 (para el estudio de osciladores mecánicos o eléctricos)

    • por ejemplo : $x(t)$ es una función del tiempo
      $a\cdot\dfrac{d^2 x}{dt^2}+b\cdot\dfrac{dx}{dt}+b\cdot x=0$
      (la o las notaciones utilizadas no estan definidas aquí)
    • luego con el segundo miembro sinusoidal
      $a\cdot\dfrac{d^2 x}{dt^2}+b\cdot\dfrac{dx}{dt}+b\cdot x=d \cdot\cos(\omega t)$
  • la ecuación de onda
    $\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}=\dfrac{1}{v}\cdot\dfrac{\partial^2 f}{\partial t^2}$

  • Sistema de orden 1 y dimensión 2 (un primer acercamiento a la dinámica poblacional o un curso transversal sobre sistemas)

    • $\left\{\begin{array}{l} \dfrac{dx}{dt} = f(x,y)\\ \dfrac{dy}{dt}=g(x,y) \end{array}\right.$ con, por ejemplo, el modelo depredador-presa de Lotka-Volterra : $f(x,y)= a\cdot x -b\cdot xy$ et $f(x,y)= - c\cdot x +d\cdot xy$ (¿en este nivel 3?)
  • saber poner una situación en forma de sistema de ecuaciones diferenciales, aunque no esté resuelto.

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