Notación para la diferenciación
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En cálculo diferencial, no existe una única notación para la derivación estándar. Varios matemáticos tienen notaciones diferentes, entre ellos Leibniz, Newton, Lagrange y Arbogast. La utilidad de cada notación depende del contexto en el que se utilice, y a veces es ventajoso utilizar más de una notación en un contexto determinado. Para entornos más especializados, como las derivadas parciales en cálculo multivariable, análisis tensorial o cálculo vectorial, son comunes otras notaciones, como la notación subíndice o el operador ∇. A continuación se enumeran las notaciones más comunes para la derivación (y su operación opuesta, la antiderivación o la integración indefinida).
La notación original empleada por Gottfried Leibniz se utiliza en todas las matemáticas. Es especialmente habitual cuando la ecuación y = f(x) se considera una relación funcional entre variables dependientes e independientes y y x. La notación de Leibniz hace explícita esta relación escribiendo la derivada como:[1] Además, la derivada de f en x se escribe, por lo tanto,
El valor de la derivada de y en un punto x = a puede expresarse de dos maneras utilizando la notación de Leibniz:
La notación de Leibniz permite especificar la variable para la derivación (en el denominador). Esto es especialmente útil cuando se consideran derivadas parciales. También hace que la regla de la cadena sea fácil de recordar y reconocer:
La notación de Leibniz para la derivación no requiere asignar significado a símbolos como dx o dy (conocidos como diferenciales) por sí mismos, y algunos autores no intentan asignarles ningún significado.[1] Leibniz trataba estos símbolos como infinitesimales. Autores posteriores les han asignado otros significados, como infinitesimales en análisis no estándar o derivadas exteriores. Normalmente, “'dx”' se deja sin definir o se equipara con , mientras que a dy se le asigna un significado en términos de dx, mediante la ecuación
que también se puede escribir, por ejemplo,
(véase más abajo). Tales ecuaciones dan lugar a la terminología que se encuentra en algunos textos en los que la derivada se denomina «coeficiente diferencial» (es decir, el coeficiente de dx). | Algunos autores y revistas establecen el símbolo diferencial d en tipo romano en lugar de cursiva: dx. La guía de estilo científico ISO/IEC 80000 recomienda este estilo.
Notación de Lagrange
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Una función f de x, derivada una vez en notación de Lagrange. |
Una de las notaciones modernas más comunes para la derivación lleva el nombre de Joseph Louis Lagrange, aunque en realidad fue inventada por Euler y popularizada por el primero. En la notación de Lagrange, una prima denota una derivada. Si “'f”' es una función, entonces su derivada evaluada en x se escribe
- .
Apareció por primera vez en 1749.[2]
Las derivadas superiores se indican utilizando marcas primas adicionales, como en para la derivada segunda y para la derivada tercera. El uso repetido de marcas primas acaba resultando poco práctico, por lo que algunos autores continúan empleando números romanos, normalmente en minúscula,[3][4] como en
para denotar las derivadas de cuarto, quinto, sexto y orden superior. Otros autores utilizan números arábigos entre paréntesis, como en
Esta notación también permite describir la derivada «n», donde «n» es una variable. Se escribe
Los caracteres Unicode relacionados con la notación de Lagrange incluyen
- U+2032 ◌′ PRIME
- U+2033 ◌″ DOUBLE PRIME
- U+2034 ◌‴ TRIPLE PRIME
- U+2057 ◌⁗ QUADRUPLE PRIME
Cuando hay dos variables independientes para una función , a veces se utilizaba la siguiente notación:[5]
Notación de Lagrange para la antiderivada
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Las integrales indefinidas simples y dobles de f con respecto a x, en la notación de Lagrange. |
Al tomar la antiderivada, Lagrange siguió la notación de Leibniz:[6]
Sin embargo, dado que la integración es la operación inversa de la derivación, la notación de Lagrange para derivadas de orden superior se extiende también a las integrales. Las integrales repetidas de «f» pueden escribirse como
- para la primera integral (esto se confunde fácilmente con la función inversa ),
- para la segunda integral,
- para la tercera integral, y
- para la integral «n».
Notación D
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La derivada x de y y la segunda derivada de f, notación de Euler. |
Esta notación se denomina a veces «notación de Euler», aunque fue introducida por Louis François Antoine Arbogast,[7] y parece que Leonhard Euler no la utilizó.[cita requerida]
Esta notación utiliza un operador diferencial denotado como D (operador D)[8] o D̃ (Operador de Newton-Leibniz).[9] Cuando se aplica a una función f(x), se define mediante
Las derivadas superiores se notan como «potencias» de «D» (donde los superíndices denotan la composición iterada de «D»), como en[5]
- para la segunda derivada,
- para la tercera derivada, y
- para la derivada «n».
La notación D deja implícita la variable con respecto a la cual se realiza la derivación. Sin embargo, esta variable también se puede hacer explícita poniendo su nombre como subíndice: si «f» es una función de una variable «x», esto se hace escribiendo[5]
- para la primera derivada,
- para la segunda derivada,
- para la tercera derivada, y
- para la derivada «n».
Cuando «f» es una función de varias variables, es habitual utilizar «∂», una «d» minúscula cursiva estilizada, en lugar de «“'D”'». Como arriba, los subíndices denotan las derivadas que se están tomando. Por ejemplo, las segundas derivadas parciales de una función son:[5]
Véase Derivadas parciales
La notación D es útil en el estudio de las ecuaciones diferenciales y en el álgebra diferencial.
Notación D para antiderivadas
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La antiderivada x de y y la segunda antiderivada de f, notación de Euler. |
La notación D se puede utilizar para antiderivadas de la misma manera que la notación de Lagrange[10] de la siguiente manera[9]
- para una primera antiderivada,
- para una segunda antiderivada, y
- para una antiderivada de orden «n».
Notación de Newton
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La primera y segunda derivadas de x, notación de Newton. |
Notación de Isaac Newton para la diferenciación (también llamada «notación de puntos», fluxions, o a veces, de forma burda, la «notación flyspeck»[11] para la diferenciación) coloca un punto sobre la variable dependiente. Es decir, si y es una función de t, entonces la derivada de y con respecto a t es
Los derivados superiores se representan utilizando varios puntos, como en
Newton amplió bastante esta idea:[12]
Los caracteres Unicode relacionados con la notación de Newton incluyen:
- U+0307 ◌̇ COMBINING DOT ABOVE
- U+0308 ◌̈ DIAÉRESIS COMBINATORIA
- U+20DB ◌⃛ TRES PUNTOS COMBINADOS POR ENCIMA ← sustituido por «diaéresis combinatoria» + «punto combinatorio por encima».
- U+20DC ◌⃜ CUATRO PUNTOS COMBINADOS ARRIBA ← sustituido por «diéresis combinada» dos veces.
- U+030D ◌̍ LÍNEA VERTICAL COMBINADA ARRIBA
- U+030E ◌̎ COMBINING DOUBLE VERTICAL LINE ABOVE
- U+25AD ▭ WHITE RECTANGLE
- U+20DE ◌⃞ CUADRADO COMBINATORIO ENCERRADO
- U+1DE0 ◌ᷠ LETRA MINÚSCULA LATINA COMBINATORIA N
La notación de Newton se utiliza generalmente cuando la variable independiente denota tiempo. Si la ubicación y es una función de t, entonces denota velocidad[13] y denota aceleración.[14] Esta notación es popular en física y física matemática. También aparece en áreas de las matemáticas relacionadas con la física, como las ecuaciones diferenciales.
Al derivar una variable dependiente y = f(x), existe una notación alternativa:[15]
Newton desarrolló los siguientes operadores diferenciales parciales utilizando puntos laterales en una X curva ( ⵋ ). Las definiciones dadas por Whiteside son las siguientes:[16][17]
Notación de Newton para la integración
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La primera y segunda antiderivadas de x, en una de las notaciones de Newton. |
Newton desarrolló muchas notaciones diferentes para la integración en su “'Quadratura curvarum”' (1704) y en obras posteriores: escribió una pequeña barra vertical o prima sobre la variable dependiente (y̍ ), un rectángulo prefijo (▭y), o el encerramiento del término en un rectángulo (y) para denotar el método «fluido» o integral de tiempo (ausencia).
Para denotar integrales múltiples, Newton utilizó dos pequeñas barras verticales o primos (y̎), o una combinación de los símbolos anteriores ▭y̍ y̍, para denotar la segunda integral de tiempo (absity).
Las integrales de orden superior eran las siguientes:[18]
Esta notación matemática no se generalizó debido a las dificultades de impresión[Cita requerida] y a la controversia entre Leibniz y Newton sobre el cálculo.