This content is currently only available in Spanish. English translation is on the roadmap — in the meantime, here's the original.
Tema I · Escalares — Resumen completo
Cómo está organizada esta nota
- Bloque 1 (1.1–1.5): el lenguaje de todo el curso. Es la parte más desarrollada: lógica, conjuntos, tuplas, funciones y familias. Todo lo que viene después (vectores, matrices, tensores) se escribe con este lenguaje.
- Bloques 2–4 (N, Z, Q, R, bases, redondeo): repaso + lo necesario para las prácticas con Python.
- Bloque 5 (números complejos): muy importante para el futuro (factorizar polinomios → diagonalizar matrices).
- Cada apartado tiene: idea intuitiva, definiciones, ejemplos resueltos y errores típicos.
Mapa conceptual del tema

BLOQUE 1 · EL LENGUAJE DEL CURSO
1.1 Lógica y teoría axiomática de conjuntos
En una frase
Las matemáticas se podrían escribir con lógica formal estricta, pero en la práctica se escriben en lenguaje natural + notación de conjuntos ingenua. Del simbolismo lógico solo usaremos y .
Idea intuitiva
- La lógica formal y la teoría axiomática de conjuntos (p. ej. ZFC) son la garantía de fondo de que el edificio matemático es sólido, no la herramienta diaria.
- El libro prefiere la claridad del lenguaje natural al formalismo.
- Lo que sí hay que dominar: qué significa exactamente una implicación, porque todo teorema es una implicación "hipótesis tesis".
Definiciones
Proposición con variables. Frase que es verdadera o falsa según el valor de ("una frase con hueco").
- : "". verdadera, falsa.
Implicación (definición del libro).
El truco de la "trampa"
Una trampa (contraejemplo) es un valor con verdadera y falsa.
- Si existe una sola trampa → es falsa.
- Si no existe ninguna → es verdadera.
| ¿Lo permite ? | ||
|---|---|---|
| V | V | Sí |
| V | F | No (único caso prohibido) |
| F | V | Sí |
| F | F | Sí |
Vocabulario equivalente para :
- "Si , entonces "; = hipótesis, = tesis.
- es condición suficiente para (basta con ).
- es condición necesaria para (sin no hay ).
Doble implicación. y son verdaderas exactamente para los mismos valores ("si y solo si", "condición necesaria y suficiente").
Recíproco y contrarrecíproco de :
| Versión | Forma | ¿Equivale a la original? |
|---|---|---|
| Recíproco | No | |
| Contrarrecíproco | Sí, siempre |
Por qué el contrarrecíproco equivale: prohíbe " y ", que es la misma trampa que " y ".
Lectura con conjuntos (puente con 1.2 Teoría ingenua de conjuntos): si y ,
Ejemplos resueltos
1. Implicación verdadera: en .
- Si , entonces ; multiplicando por : .
- Multiplicando por : .
2. El recíproco falla: . Trampa: ( pero ). Falsa.
3. Doble flecha mal puesta: "" es falsa (). Correcto:
4. Por el contrarrecíproco: " par par" ⟸ " impar impar": (Se usa en el Ejemplo 19 del libro para probar que .)
5. Implicación vacía: "" en es verdadera: la hipótesis nunca se cumple, así que no puede haber trampas.
6. Suficiente/necesaria: "múltiplo de 4 par". Ser múltiplo de 4 es suficiente para ser par; ser par es necesario para ser múltiplo de 4; ser par no es suficiente ().
Errores típicos (1.1)
- Usar un teorema "al revés" (confundir con el recíproco).
- Leer causalidad o tiempo en ("si llueve, me mojo"): solo dice que el caso " y no " no existe.
- Escribir en pasos no reversibles (p. ej. al elevar al cuadrado).
- Creer que una tabla de valores demuestra algo: solo da confianza.
1.2 Teoría ingenua de conjuntos
En una frase
Un conjunto queda determinado por sus elementos: el orden y las repeticiones no importan. Lo esencial es distinguir pertenecer () de estar contenido ().
Idea intuitiva
- No se define "conjunto" (es como la palabra "algo"); sinónimo: colección. Referencia: Halmos, Naive Set Theory.
- No hay "elementos" y "conjuntos" como cosas distintas: unos conjuntos pertenecen a otros. Nunca " es un elemento", sino " es un elemento de ".
- Analogías útiles:
- Lista de invitados: orden irrelevante, repetir un nombre no añade invitados.
- Carpetas de un ordenador: una carpeta contiene archivos y otras carpetas; = "está directamente dentro".
Definiciones y notación
Pertenencia. : " pertenece a ". : no pertenece. Tachar para negar vale para todos los símbolos de relación.
Convenio tipográfico (no obligatorio, ayuda a leer): , , .
Determinado por sus elementos.
Conjunto vacío : sin elementos. Es único.
Llaves (solo para conjuntos):
- Por extensión: .
- Por comprensión: — se lee "los de tales que ". Como un filtro (
WHEREen SQL,ifen una list comprehension). - La condición debe referirse a un conjunto prefijado. está mal formado (consulta sin
FROM). Motivo profundo: paradoja de Russell.
Operaciones (Figura 1 del libro):
| Operación | Notación | Definición | Idea |
|---|---|---|---|
| Intersección | en los dos | ||
| Unión | o | en alguno | |
| Complementario relativo | quitar | ||
| Diferencia algebraica | todas las restas |
- . La unión necesita axioma propio: = los que están en algún ; .
Aviso
no es
Subconjunto. (o ): todo elemento de está en .
- En este libro admite igualdad: . Estricta: .
- siempre (implicación vacía: no puede haber un elemento de fuera de ).
Igualdad por doble inclusión.
Conjunto potencia (de las partes): (requiere axioma). Si tiene elementos, tiene (cada elemento "entra o no entra", como un bit).
El edificio de las matemáticas (Ejemplo 3 del libro, con ):
| Planta | Qué hay | Ejemplo |
|---|---|---|
| Sótano | "el interior" de un número | nunca se baja |
| Baja | elementos de | |
| 1.ª | elementos de | |
| 2.ª | elementos de | , o = intervalos que contienen a |
Regla: jamás se baja al sótano y rara vez se pasa de la tercera planta. Subir = un nivel más de empaquetado, no objetos "más grandes".
Ejemplos resueltos
1. Pertenencia vs inclusión. tiene 3 elementos.
| Afirmación | ¿Cierta? | Por qué |
|---|---|---|
| ✔ | aparece en la lista | |
| ✔ | aparece en la lista | |
| ✔ | su único elemento, , está en | |
| ✘ | está dentro de una subcarpeta, no en | |
| ✔ | aparece en la lista | |
| ✘ | haría falta | |
| ✔ | siempre | |
| ✘ | no aparece |
2. Operaciones finitas. , :
3. Intervalos. , :
4. Potencia.
5. Doble inclusión: .
- siempre; si , por hipótesis , luego .
- .
Errores típicos (1.2)
- Confundir con : pero .
- Confundir (0 elementos) con (1 elemento).
- Confundir con .
- Definir por comprensión sin decir "de dónde" sale .
- Olvidar que en este libro es cierto.
1.3 Tuplas, producto cartesiano y orden
En una frase
Una tupla es una lista ordenada (con repeticiones). El producto cartesiano son todas las parejas posibles. Con parejas se definen relaciones, órdenes y cotas.
Parte A · Tuplas y producto cartesiano
Por qué hacen falta. , pero el punto no es el punto . Igual que en Python:
{2, 5} == {5, 2} # True → conjunto
(2, 5) == (5, 2) # False → tupla
Par ordenado (Kuratowski). Construcción solo con llaves:
- Si : . Permite repetir: .
- Se usa una vez para garantizar que existe y se olvida: solo importa la propiedad característica.
-tuplas (por inducción): . Idea práctica: ristra de elementos, posiblemente repetidos, con orden. Las componentes pueden ser cualquier cosa (puntos, rectas, planos, mezclados).
Propiedad característica (lo único que hay que recordar):
- ; .
- Una igualdad de tuplas = varias ecuaciones, una por posición.
Producto cartesiano.
- Como dos bucles anidados (
for a in A: for b in B), o como un menú del día (primeros × segundos). - No conmutativo: en general .
- Finitos: .
- Superíndices contextuales: "si tiene elementos, tiene elementos" (producto cartesiano y producto de números en la misma frase).
Ejemplo 4 del libro.
Llaves × intervalos: qué dibujo sale
Un factor con llaves aporta puntos sueltos; un intervalo aporta un tramo continuo.
| Producto | Dibujo | ||
|---|---|---|---|
| suelta | suelta | 4 puntos | |
| suelta | continua | 2 segmentos verticales | |
| continua | suelta | 2 segmentos horizontales | |
| continua | continua | cuadrado relleno |
Parte B · Relaciones, orden y cotas
Relación en . Subconjunto (una "lista de parejas relacionadas"). Se escribe por .
Relación de orden (símbolo genérico ):
- Irreflexiva: nunca .
- Transitiva: e .
- Total: dos elementos distintos siempre son comparables. Si no, parcial.
- : " o ".
- En el libro, "orden" = estricto y total salvo aviso. Conjunto ordenado: con un orden total fijado.
- Ejemplo 6: el diccionario (orden total); "ser descendiente de" (orden parcial: dos primos no son comparables).
Cota superior de : cualquier con para todo (un "techo"). No tiene por qué pertenecer a .
- Ejemplo 7: "bota" es cota superior de las palabras que empiezan por "a".
- Todo conjunto puede ordenarse, pero puede no haber un orden compatible con otras estructuras (le pasará a ).
Receta para hallar cotas superiores
- Calcula varios elementos y mira hacia dónde van.
- Elige un candidato y comprueba que todos los elementos son que él.
- Comprueba que nada más pequeño es cota (encuentra un elemento que lo supere).
- Concluye y mira si el candidato pertenece al conjunto.
Ejemplos resueltos
1. Igualdad de tuplas. :
2. No conmutatividad. , : pero .
3. Bits. tiene ternas = las 8 cadenas de 3 bits. Un byte : valores.
4. ¿Es un orden? En :
- : ✔ orden total .
- : ✘ no transitiva (falta ).
- "Divide y es distinto" en : orden parcial ( y no comparables).
5. Cotas. :
- → todo es cota.
- Si : → hay elementos por encima de .
- Cotas: . La menor es (sería , imposible).
Errores típicos (1.3)
- Creer que .
- Confundir con , o llaves con intervalo .
- Comparar tuplas de distinta longitud.
- Olvidar que un orden es irreflexivo.
- Creer que una cota superior debe estar dentro del conjunto.
1.4 Funciones
En una frase
Una función asigna a cada elemento de exactamente un elemento de . Formalmente es su gráfica, un subconjunto de .
Idea intuitiva: la máquina expendedora
- Pulsas un botón (entrada) y sale un producto (salida).
- Reglas: todo botón da algo y cada botón da una sola cosa.
- Permitido: dos botones con el mismo producto; productos que ningún botón da.
Definiciones
Función como gráfica (definición rigurosa del libro): Se escribe . "Función" = "aplicación". = dominio, = conjunto final.
- Una vez asentado, se trabaja con la idea intuitiva de regla de asignación.
- Se describe con una fórmula o enumerando valores (Ejemplo 8: en da ; ).
Imagen de y recorrido:
Imagen inversa de ("¿qué entradas llevan aquí?"): Existe siempre (aunque no sea invertible) y puede ser .
Inyectiva, sobreyectiva, biyectiva.
- En general es una multifunción (a un le pueden corresponder varios ).
- Inyectiva: es función, es decir, .
- Sobreyectiva (nombre estándar, no del libro): .
- Biyectiva: inyectiva y . Entonces es función (y biyectiva): "deshace" .
| Tipo | En la máquina | Cómo se comprueba |
|---|---|---|
| Inyectiva | no hay dos botones con el mismo producto | suponer y llegar a |
| Sobreyectiva | todo producto tiene botón | tomar cualquiera y despejar |
| Biyectiva | emparejamiento perfecto | las dos cosas |
El conjunto final forma parte de la función
La misma fórmula con otro puede pasar de no sobreyectiva a sobreyectiva.
Conjunto de funciones. ; si son finitos, . Una función "es" una -tupla (clave para en el Tema II).
Operaciones internas. Una operación -aria en es una función ; las binarias () son las habituales.
- Ejemplo 9: y en son funciones , .
- Se escriben con símbolo (), no con letra.
- A veces el dominio no es todo (división: no entre ).
- Cerrado: es cerrado si operar elementos de da siempre algo de .
- Ejemplo 10: los impares son cerrados para pero no para .
- Más adelante: operaciones con más entradas, como el determinante.
Ejemplos resueltos
1. Ejemplo 8 del libro, ampliado. , .
- Recorrido: .
- , , .
- No inyectiva (); no sobreyectiva sobre .
2. Imagen e imagen inversa de .
3. Biyectiva con inversa. en :
- Inyectiva: .
- Sobreyectiva: .
4. Imagen inversa vacía. : , porque siempre y no toca el recorrido .
5. Conjunto cerrado. Impares cerrados para : No cerrados para : .
Errores típicos (1.4)
- Calcular evaluando solo los extremos (falla si no es monótona).
- Creer que solo existe si es invertible.
- En , mirar como entradas cuando son salidas.
- Olvidar que el conjunto final forma parte de la función.
- Decir "sí es cerrado" con un ejemplo (hay que demostrarlo en general); para "no", basta un contraejemplo.
1.5 Familias o conjuntos indexados
En una frase
Una familia es una función vista como lista con etiquetas: se escribe en vez de y en vez de . Conserva etiquetas y repeticiones, a diferencia de un conjunto.
Idea intuitiva
- Notas: Ana 7, Luis 7, Marta 9. Como conjunto, : se pierde quién y la repetición (la media saldría en vez de ).
- Como familia: , , .
- Analogía: un diccionario de Python
{"Ana": 7, "Luis": 7, "Marta": 9}(claves = índices, valores = miembros).
Definiciones
Familia (conjunto indexado): aplicación cuando de solo se usa que es un conjunto (no se suma, ordena…).
| Como función | Como familia |
|---|---|
| (componente o miembro) | |
| dominio | conjunto de índices |
- Notación relajada: . No son reglas estrictas.
- Índices y miembros pueden ser cualquier cosa (nombres, números, conjuntos, funciones…).
- Familia ≠ conjunto de valores .
- Una -tupla es una familia con ; una sucesión, con .
Sumatorio (repaso):
Variables mudas y libres.
- Muda (ligada): atrapada por un operador (sumatorio, llaves, subíndice); su nombre da igual: .
- Libre: no atrapada; el resultado depende de ella.
- Con complejos, no usar como índice (se confunde con la unidad imaginaria).
Ejemplo 11 del libro (con datos)
hogares, :
| libros | entradas | suscripciones | |
|---|---|---|---|
| 4 | 2 | 1 | |
| 0 | 5 | 2 | |
| 7 | 1 | 0 |
| Forma | Objeto | Le das… | Devuelve… | Python |
|---|---|---|---|---|
| 1 | tres funciones | un hogar | un número | tres dict |
| 2 | familia de elementos de , o | un producto | una columna | dict de dict |
| 3 | una pareja | una casilla | dict con claves tupla |
Conexión con el Tema II
Una familia indexada por parejas (forma 3) es una matriz; por ternas, un tensor. = todas las familias de números con índices en .
Errores típicos (1.5)
- Confundir la familia con su conjunto de valores (se pierden etiquetas y repeticiones).
- Creer que los índices tienen que ser números.
- Pensar que una familia es algo distinto de una función.
- Cambiar el nombre de una variable libre (eso sí cambia el resultado).
1.6 Conjuntos numéricos (mapa del tema)
En una frase
Cada conjunto numérico nace para resolver una ecuación que el anterior no puede: y son los cuerpos de escalares ().
| Ecuación sin solución | Por qué falla | Ampliación | Solución |
|---|---|---|---|
| ningún natural +5 da 3 | |||
| ningún entero ·5 da 3 | |||
| ninguna fracción al cuadrado da 2 | |||
| en |
Papel de cada parte (según el libro):
| Contenido | Apartados | Papel |
|---|---|---|
| y propiedades | 2.1, 3.1, 4.1 | Repaso (ojo a cuerpo y completitud) |
| Complejos | 5.1–5.5 | Clave a futuro: factorizar polinomios → diagonalización |
| Bases, desarrollos, cifras significativas, redondeo | 2.2, 2.3, 3.2, 4.2 | Prácticas (ordenador, binario) |
| Conjunto | (no 0) | Orden compatible | |||
|---|---|---|---|---|---|
| ✔ | ✘ | ✔ | ✘ | ✔ | |
| ✔ | ✔ | ✔ | ✘ | ✔ | |
| ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ (con huecos) | |
| ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ (completo) | |
| ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✘ |
BLOQUE 2 · NATURALES, ENTEROS Y BASES
2.1 Números naturales y enteros
- con adición y multiplicación (funciones , ver 1.4 Funciones) y el orden .
- Resta y división no están definidas en todo .
- Nota 1: el 0 es natural en el libro; es imprescindible en los sistemas posicionales (distingue , , ).
Finito, infinito, numerable (asignaciones = aplicaciones):
- es infinito si a cada natural se le puede asignar un elemento diferente de (función inyectiva ).
- Finito = no infinito (p. ej. los días de la semana).
- es numerable si a cada elemento se le puede asignar un natural diferente (inyectiva ): sus elementos se pueden enumerar. es infinito numerable; los pares también.
Enteros. , con el único orden compatible con la suma ():
- Se suman, restan y multiplican sin salir de ; la división no siempre.
- es numerable, pero enumerándolo en otro orden:
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | … | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | −1 | 2 | −2 | 3 | −3 | … |
2.2 Sistemas de numeración
- Número ≠ representación: y son el mismo número.
- Una propiedad matemática nunca depende de la notación (solo de las propiedades básicas de la estructura).
- Los sistemas de numeración se refieren a los naturales; los negativos solo llevan un signo delante.
I.1 · Sistema de numeración posicional
Un sistema secuencial con símbolos es posicional si dos secuencias de igual longitud se ordenan lexicográficamente (como en el diccionario) en el mismo orden que los números que representan. es la base; los símbolos, dígitos o cifras.
- El romano es solo parcialmente posicional (, pero no es otro número).
- Inventado al menos tres veces: Mesopotamia, Mesoamérica, India.
- Base 2 es la natural en matemáticas (lógica binaria: verdadero/falso, pertenece/no pertenece). Bases mayores (10, 20 maya) por comodidad y anatomía.
Informática.
- Byte = 8 bits → valores.
- Hexadecimal (base 16): 1 cifra = 4 bits, así que 2 cifras hex = 1 byte: .
- Octal (base 8): 1 cifra = 3 bits (agrupar bits de 3 en 3).
2.3 El sistema posicional
Todo natural se representa de forma única en base como con ( tiene cifras en base ). Subíndice de base solo si conviven varias bases.
Base → decimal (desarrollar). Ejemplo 12: dígitos hex ():
Decimal → base (divisiones sucesivas; los restos, leídos de abajo arriba). Ejemplo 14: Por qué funciona: , así que el resto de dividir entre es la última cifra.
Ejemplo 13 (sin pasar por decimal): a base 3 usando :
bin(45), oct(45), hex(45) # ('0b101101', '0o55', '0x2d')
int('1010', 2) # 10
int('F3A', 16) # 3898
BLOQUE 3 · RACIONALES
3.1 El cuerpo Q de los números racionales
Se suman, restan, multiplican y dividen (no entre 0) sin salir de . Su estructura es el modelo para definir cuerpo.
Cuerpo (definición del libro):
- (con más de un elemento) con cuatro operaciones internas: , , y por no nulos (nulo = con para todo ).
- Identidad algebraica: igualdad con letras, esas cuatro operaciones y paréntesis, verdadera para cualquier sustitución que no anule divisores (Ejemplo 17: ).
- es cuerpo si todas las identidades algebraicas de son válidas en .
- no es cuerpo: ¿cómo definir en ? (Ejemplo 18).
Cuerpo ordenado: con un orden total en el que los positivos (mayores que 0) son cerrados para y (ver 1.4 Funciones).
Cuerpo completo: el conjunto de cotas superiores de cualquier subconjunto es vacío o tiene un elemento menor que las demás cotas (ver 1.3 Tuplas, producto cartesiano y orden).
Ejemplo
Ejemplo 19 · no es completo
tiene cotas (por ejemplo , pues ). Para cada :
- Si : para grande → no es cota.
- Si : para grande → no es la menor cota.
- Si : con irreducible, → par → múltiplo de 4 → par: contradicción. No existe ese (es decir, ).
Conclusión: no hay cota mínima en → no es completo.
- es numerable (Figura 4: se enumeran saltando repeticiones).
- Valor absoluto en un cuerpo ordenado: , con
3.2 Fracción y desarrollo de un racional
División escolar = algoritmo en base : "bajar un cero" es multiplicar el resto por la base. Ejemplo 20: Solo hay restos posibles () → alguno se repite → el desarrollo es eventualmente periódico.
Del desarrollo a la fracción (Ejemplos 21–22):
- Notas: (mismo número, distinto periodo); (), y el periodo nunca sale al dividir.
I.2 · Caracterización de los racionales
En cualquier base, todo racional tiene desarrollo eventualmente periódico, y todo desarrollo eventualmente periódico es un racional.
Exacto en base (desarrollo finito = periodo ):
"Exacto" depende de la base
La periodicidad no depende de la base, pero ser finito sí: es exacto en base 3, pero en base 10.
Cifras significativas (c.s.): con no divisible por tiene c.s. si ( tiene 0 c.s.). Ejemplos 23–24:
| Número | Forma | Condición | c.s. |
|---|---|---|---|
| 3 | |||
| 3 | |||
| 1 | |||
| 5 | |||
| 4 |
Coma flotante y notación científica.
- = racionales exactos con a lo sumo c.s. en base .
- Coma flotante: se mueve el exponente ().
- Científica: una sola cifra entera ( =
4.97E-2; ). - , , son el mismo número; los ceros indican en qué se trabaja.
IEEE 754 (base 2):
| Formato | Bits | Signo | Exponente | Fracción | Bits del significando |
|---|---|---|---|---|---|
| Simple | 32 | 1 | 8 | 23 | 24 (el 1 inicial no se guarda) |
| Doble | 64 | 1 | 11 | 52 | 53 |
- "Mantisa" es un término anticuado: hoy, significando y fracción.
- Subnormales: cerca del 0 se permite que el bit inicial sea 0 (evita el desbordamiento por debajo).
BLOQUE 4 · REALES
4.1 El cuerpo R de los números reales
- = el menor cuerpo ordenado completo que extiende a . Su construcción rigurosa no se aborda; una vez construido, se olvida la construcción (igual que con el par de Kuratowski).
- Imagen intuitiva: todos los desarrollos posibles (parte entera + cualquier secuencia infinita de cifras) = los puntos de una recta (el continuum).
- Irracionales = reales no racionales = desarrollo no eventualmente periódico. Ejemplos: , (Ejemplo 19), , .
- no es numerable (argumento diagonal de Cantor): si se pudiera enumerar como , el número con si y si difiere de cada en la cifra : contradicción.
4.2 Redondeo de números reales
- Densidad: entre dos reales distintos hay infinitos racionales (y racionales exactos en cualquier base). Con , todo real se aproxima por exactos tanto como se quiera.
- En la práctica se calcula en un conjunto de números representables, normalmente (cifras significativas fijas, para controlar la propagación de errores). IEEE 754 sigue esa idea, pero con exponente limitado (conjunto finito).
- En contabilidad se fijan decimales (céntimos), no cifras significativas.
I.3 · Redondeo
Redondear = sustituir un real por el elemento de más próximo; si hay empate, se elige el que tiene última cifra par (round half to even, por defecto en IEEE 754). Así los errores no se acumulan siempre en la misma dirección.
Ejemplos 29–30 (3 c.s. salvo el primero, que es a 2 c.s.):
| Número | Redondeo | Nota |
|---|---|---|
| empate → par | ||
| empate → par | ||
| empate → par | ||
| empate → par | ||
La aritmética representable rompe propiedades de cuerpo (Ejemplo 31, 2 c.s.): (La suma deja de ser asociativa, y no implica .)
Ejemplo 32 · 0.1 + 0.2. En base 2, y tienen desarrollo infinito:
Se redondean a 53 bits y la suma da exactamente
print(0.1 + 0.2) # 0.30000000000000004
from decimal import Decimal
print(Decimal("0.1") + Decimal("0.2")) # 0.3 (contabilidad, nunca ciencia)
BLOQUE 5 · NÚMEROS COMPLEJOS
5.1 El cuerpo de los números complejos
- = el menor cuerpo que extiende a y contiene una solución de .
- Unidad imaginaria : ; la otra solución es , pues .
- Se opera como si fuera una variable, sustituyendo por :
- es algebraicamente cerrado: toda ecuación polinómica tiene solución (ver 5.5 Teorema Fundamental del Álgebra).
I.4 · Conjuntos de números
y son los cuerpos de escalares.
- no es un cuerpo ordenado: con un orden compatible, todo cuadrado no nulo sería positivo, así que , imposible. Nunca se escribe .
- Forma binómica : (parte real), (parte imaginaria, es un número real).
- Imaginario puro: . Si , es real ().
- Nota 3: en física, ingeniería y Python se usa
j(laise reserva para la intensidad). - Convenio del resto del tema: = unidad imaginaria; complejos; las demás letras, reales.
Ejemplo 34 · Operaciones. División: multiplicar arriba y abajo por el conjugado del denominador:
Ejemplo 35 · Potencias de (ciclo de 4):
Si con : . Por ejemplo, .
z1, z2 = 5 + 7j, -1 + 2j
z1 + z2, z1 * z2, z1 / z2 # ((4+9j), (-19+3j), (1.8-3.4j))
Consejo del libro
Hacer las operaciones por cuenta propia es imprescindible: "leer operaciones resueltas es como ponerse en forma mirando a otro en el gimnasio".
5.2 Conjugado, módulo y argumento
Conjugado (la operación característica de ): . Propiedades:
Módulo (real no negativo): Para un real coincide con el valor absoluto: . Propiedades:
- y .
- Si : y
- .
- Desigualdad triangular: .
abs(3 + 4j) # 5.0
5.3 Representación gráfica
- Se identifica (plano complejo; ver 1.3 Tuplas, producto cartesiano y orden).
- Forma trigonométrica: , con .
- Argumento (conjunto de infinitos ángulos, que difieren en ):
- Determinación principal : el elemento de en (criterio del libro; otros usan ).
- Fijar el intervalo facilita el cálculo, pero en los razonamientos hay que recordar que son infinitos ángulos (Penrose: "mutilación brutal de una estructura sublime").
Ejemplo 38. :
import cmath, math
z = 1 - math.sqrt(3) * 1j
abs(z), cmath.phase(z) # (2.0, -1.0471975511965976) → −π/3
5.4 La función exponencial compleja
- Las series de Taylor de , , se usan igual con variable compleja. La dificultad real está en pasar de a ; el paso a es directo.
- Propiedad fundamental (igual que en ):
I.5 · Fórmula de Euler
Para todo : Todo se escribe en forma exponencial , con y .
- Identidad de Euler (): (relaciona , , , y ).
- Interpretación geométrica: multiplicar por (módulo 1) gira un ángulo . Como , multiplicar por gira un cuarto de vuelta: (Figura 8).
Potencias (fórmula de Moivre): si ,
Ejemplo 40. :
Ejemplo 41.
Raíces -ésimas de (soluciones de ): números de módulo y argumentos Forman un polígono regular de lados sobre la circunferencia de radio .
Ejemplo 42. Raíces quintas de (, ):
Sobre los nombres
El libro insiste en que "forma trigonométrica", "fórmula de Moivre", etc., son hoy simples aplicaciones de la exponencial: basta con sus propiedades.
5.5 Teorema Fundamental del Álgebra
Segundo grado (válido en cualquier cuerpo): En puede no haber raíces (discriminante negativo); en todo complejo no nulo tiene exactamente dos raíces cuadradas.
Ejemplo 43. : Con coeficientes reales, las raíces complejas salen conjugadas.
Polinomio de grado : con , . Raíz: con .
Idea de la prueba (Figura 10): para , la curva :
- con queda cerca de y no rodea el origen;
- con muy grande se parece a una circunferencia de radio y sí lo rodea.
Al variar de forma continua, la curva tiene que pasar por el origen: ahí hay una raíz. (No es una demostración completa; falta un argumento más avanzado.)
I.6 · Teorema Fundamental del Álgebra
Todo polinomio no constante tiene al menos una raíz en . En consecuencia, un polinomio de grado tiene raíces contando multiplicidad y se factoriza como
Ejemplo 44. .
- es raíz (por inspección). Por Ruffini:
- vuelve a ser raíz:
- :
- Raíces: (multiplicidad 2), y (multiplicidad 1).
- Para grado no hay fórmula general con radicales: se usan métodos numéricos. Ruffini es un caso particular del esquema de Horner.
Errores típicos (complejos)
- Escribir con complejos.
- Creer que es "": es el real .
- Dividir sin multiplicar por el conjugado del denominador.
- Olvidar que el argumento es un conjunto de ángulos ().
- Quedarse con una sola raíz -ésima: hay .
Glosario de símbolos
| Símbolo | Se lee | Apartado |
|---|---|---|
| implica / si… entonces | 1.1 Lógica y teoría axiomática de conjuntos | |
| si y solo si | 1.1 | |
| , | pertenece / no pertenece | 1.2 Teoría ingenua de conjuntos |
| () | está contenido (admite igualdad) | 1.2 |
| conjunto vacío | 1.2 | |
| , | intersección, unión | 1.2 |
| complementario relativo (quitar) | 1.2 | |
| todas las restas | 1.2 | |
| conjunto de las partes | 1.2 | |
| par ordenado | 1.3 Tuplas, producto cartesiano y orden | |
| , | producto cartesiano | 1.3 |
| , | orden estricto, menor o igual | 1.3 |
| función de en | 1.4 Funciones | |
| , | imagen, imagen inversa | 1.4 |
| conjunto de funciones | 1.4 | |
| familia indexada por | 1.5 Familias o conjuntos indexados | |
| sumatorio | 1.5 | |
| conjuntos numéricos | 1.6 | |
| o (escalares) | 1.6 / 5.1 | |
| escrito en base | 2.3 El sistema posicional | |
| conjugado | 5.2 Conjugado, módulo y argumento | |
| módulo (valor absoluto) | 3.1 / 5.2 | |
| , | argumento (conjunto) / principal | 5.3 Representación gráfica |
| 5.4 La función exponencial compleja |