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matemáticas de ingeniería · la caja común

La caja de herramientas de todo ingeniero

Antes de tu especialidad: ve las fórmulas y úsalas rápido.

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Álgebra lineal y matricesvectores, transformaciones, valores propios, descomposiciones
01Un vector es un movimiento
Un vector es un movimiento y una lista de números, hecho de direcciones básicas
#coordenadas GPS#vuelo de dron#movimiento de juego
02La linealidad es la promesa de que puedes separar las cosas
Sepáralo, resuelve las partes, súmalas: misma respuesta, la base de todo
#mezcla de audio#descomposicion de senal#filtro de imagen
03Las matrices son transformaciones
Una matriz no es una tabla; mueve todo el espacio a la vez
#graficos de juego#rotacion de imagen#brazo robotico
04El determinante es el factor de escala del área
El determinante es cuánto escala el área una transformación
#renderizado 3D#escala de mapa#zoom de imagen
05Resolver un sistema es deshacer la transformación
Un sistema busca qué entrada convirtió la transformación en b
#analisis de circuitos#diseno estructural#navegacion
06Los vectores propios son las direcciones que no giran
Las direcciones que la transformación solo estira, sin girar (λ = el estiramiento)
#PageRank de Google#reconocimiento facial#vibracion de edificio
07Las coordenadas son un punto de vista
El mismo vector recibe coordenadas distintas según la base que lo lee; la base correcta simplifica una transformación
#cambio de base#espacio de caracteristicas#representacion de datos
08La proyección es la sombra más cercana
Una proyección es el punto más cercano en una recta o plano y lo que sobra es siempre perpendicular; apílalo sobre datos y obtienes mínimos cuadrados
#minimos cuadrados#regresion#proyeccion ortogonal
09La SVD es rotar, estirar, rotar
Toda matriz son tres pasos, rotar, estirar por ejes y rotar, y el círculo unitario se vuelve una elipse cuyos radios son los valores singulares
#SVD#reduccion de dimension#compresion
10El PCA halla las direcciones de mayor dispersión
Halla las direcciones donde los datos se dispersan más; las componentes principales son los vectores propios de la matriz de covarianza, y conservarlas reduce la dimensión
#PCA#vectores propios#reduccion de dimension
11El producto punto mide la alineación
El producto punto reúne longitud y alineación a la vez; quita las longitudes y obtienes la similitud coseno, el núcleo de la búsqueda y la recomendación
#similitud coseno#embeddings#recomendacion
12Un producto interno le da geometría a un espacio
El producto interno es la estructura general que define longitud, ángulo y ortogonalidad; cambia los pesos y la geometría se curva, y hasta las funciones son vectores
#producto interno#norma#Fourier
13Gram-Schmidt endereza una base torcida
Construye una base ortonormal a partir de una torcida restando proyecciones; esto es justo la Q de QR
#base ortonormal#ortogonalizacion#QR
14QR divide una matriz en una rotación y un triángulo
A = QR divide una matriz en una Q ortonormal y una R triangular superior, resolviendo mínimos cuadrados de forma estable
#descomposicion QR#matriz ortogonal#minimos cuadrados
15El determinante crece hasta el volumen
Más allá del área 2x2 hacia el volumen n-dimensional con signo; calcúlalo por cofactores y resuelve sistemas con la regla de Cramer
#expansion por cofactores#regla de Cramer#volumen con signo
16Los tensores son la escalera más allá de números, vectores y matrices
Escalares, vectores y matrices son los primeros peldaños de la escalera tensorial; el producto externo hace rango-1 y una matriz es su suma
#tensor#producto externo#multilineal
17La diagonalización deja solo estiramiento en la base propia
A = PDP⁻¹ vuelve una transformación puro estiramiento en la base propia; una matriz simétrica se diagonaliza con vectores propios perpendiculares
#diagonalizacion#teorema espectral#potencias de matriz
18Una matriz divide el espacio en cuatro subespacios
Se divide en espacios columna, nulo y fila con rango + nulidad = n, decidiendo si un sistema tiene cero, una o infinitas soluciones
#espacio columna#espacio nulo#rango-nulidad
19Una forma cuadrática es un cuenco moldeado por los valores propios
xᵀAx es un cuenco cuyos ejes son vectores propios y cuya curvatura son los valores propios; sus signos deciden mínimo, máximo o silla
#forma cuadratica#definida positiva#optimizacion
Números complejos y análisisrotación, exponenciales, mapas conformes
Ecuaciones diferencialescampos de pendientes, oscilación, plano de fase
Cálculo vectorialcampos, divergencia, rotacional, teoremas
27Un campo fija un valor en cada punto
Un campo escalar es un número por punto, uno vectorial una flecha por punto; un campo es función y flujo
#mapa del tiempo#flujo de fluido#mapa de temperatura
28El gradiente apunta directo cuesta arriba
La dirección en que el valor sube más rápido; perpendicular a las curvas; −∇f es descenso; ∇f=0 es el óptimo
#descenso de gradiente#flujo de calor#diseno de sendero
29La divergencia es el flujo neto que sale
El flujo neto que sale de un punto; una fuente es positiva, un sumidero negativo; el flujo de un lazo diminuto es la divergencia
#divergencia de fluido#fuente y sumidero#flujo de aire
30El rotacional es el giro local
La fuerza y el sentido del giro local; antihorario es positivo, horario negativo; la circulación de un lazo diminuto es el rotacional
#vórtice#turbulencia#flujo giratorio
31Una integral de línea suma a lo largo de un camino
El trabajo que un vector acumula a lo largo de un camino; depende del camino en general, pero no en un campo conservativo
#trabajo realizado#campo conservativo#dependencia del camino
32Los grandes teoremas atan el interior a la frontera
La divergencia sumada dentro iguala el flujo en la frontera, el rotacional dentro iguala la circulación; Gauss y Stokes atan interior y frontera
#teorema de Gauss#teorema de Stokes#ley de conservación
33El laplaciano mide la diferencia con el promedio vecino
Cuánto sobresale o se hunde un punto respecto a sus vecinos; la divergencia del gradiente, tras la difusión y las funciones armónicas
#difusión de calor#funciones armónicas#desenfoque de imagen
34Un campo conservativo brota de un potencial
Un campo sin rotacional es el gradiente de un potencial, es independiente del camino y su integral en lazo cerrado es cero
#energía potencial#campo gravitatorio#conservación de energía
35Un gradiente nunca gira, un rotacional nunca se escapa
El rotacional de un gradiente y la divergencia de un rotacional son siempre cero; todo campo se separa en una parte fuente y una parte giro
#descomposición de Helmholtz#función de corriente#potencial vectorial
36Los grandes teoremas viven en 3D
Flujo a través de una superficie; el teorema de la divergencia suma la divergencia en un volumen, y Stokes liga la circulación de frontera al rotacional sobre una superficie
#teorema de Gauss#teorema de Stokes#dinámica de fluidos
Probabilidad y estadísticaespacio muestral, distribuciones, media, normal
Métodos numéricos y aproximaciónTaylor, Newton, Euler, error
41Taylor mimetiza una curva con un polinomio
Apila un polinomio alrededor de un punto para imitar la curva; el error crece al alejarte
#angulo pequeno#calculadoras#aprendizaje automatico
42Una serie se desmorona a lo lejos
Una serie de potencias converge dentro de su radio y diverge fuera; el criterio del cociente y la frontera
#series de potencias#convergencia#aproximacion
43Newton persigue la raíz por la tangente
Salta a donde apunta la tangente para llegar rápido a una raíz, con fallos y cuencas de atracción
#raices#optimizacion#solvers
44La iteración es atraída a un punto fijo
Pasa x por g(x) una y otra vez y converge a un punto fijo si la pendiente es menor que 1
#iteracion#contraccion#PageRank
45Euler avanza paso a paso por la pendiente
Avanza recto por la pendiente de una ecuación diferencial; un paso grande hace explotar el error
#ecuaciones-dif#simulacion#motor-fisica
46La cuadratura mide el área en franjas
Rectángulos, trapecios y Simpson miden el área bajo una curva; más franjas, más precisión
#integracion#Simpson#analisis-datos
47El paso decide el error
El error decrece según el orden del método en el paso; precisión frente a estabilidad y costo
#orden#estabilidad#redondeo
48La interpolación enhebra una curva por los puntos
Rellena los huecos con una función por los puntos; bases de Lagrange, fenómeno de Runge, nodos de Chebyshev y splines
#curvas-CAD#animacion#remuestreo
49Una computadora solo conoce los números de forma aproximada
Los límites del punto flotante; épsilon de máquina, acumulación de redondeo, cancelación catastrófica y condicionamiento
#estabilidad#precision#depuracion
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