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Geometría
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Triángulos
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Trisecando los ángulos de un triángulo podemos obtener otro triángulo que siempre es equilátero.
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A partir de cada punto de la circunferencia circunscrita a un triángulo se obtiene una recta llamada recta de Simson.
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Mostracion de que los tres puntos que determinan cada rectas de Wallace están alineados.
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Steiner probó que la envolvente de las rectas de Simson es una deltoide.
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La construcción de la deltoide de Steiner como hipocicloide está relacionada con la circunferencia de los nueve puntos.
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El triángulo equilátero determinado por la deltoide de Steiner tiene los lados paralelos al triángulo de Morley pero con orientación opuesta.
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Podemos ver el teorema de Pitágoras en un mosaico. Es una demostración gráfica sencilla del teorema de Pitágoras que vemos en suelos cuando se combinan cuadrados de dos tamaños.
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Circunferencias
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El ángulo central es el doble del ángulo en la circunferencia.
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Mostración de la propiedad del ángulo capaz.
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Transformaciones del plano
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Una rotación dilatativa se obtiene combinando una rotación y una dilatación con el mismo centro.
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Estudió transformaciones aplicadas a figuras para, por ejemplo, modificar caras y generar otras caras o caricaturas.
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Cuadro en el que, entre otras muchas cosas, podemos ver una anamorfosis de una calavera
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Espirales
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En una espiral equiangular el ángulo entre el radio vector y la tangente es constante.
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Cualquier dilatación de una espiral equiangular tiene el mismo efecto que una rotación.
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Proporción áurea
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Un rectángulo áureo se puede descomponer en un cuadrado y otro rectángulo áureo.
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Un rectángulo áureo se descompone en un cuadrado y otro rectángulo áureo. Estos rectángulos están relacionados por una rotación dilatativa.
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Dos espirales equiangulares contienen los vértices de rectángulos áureos.
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La espiral áurea se contruye a partir de rectángulos áureos y es una aproximación simple a una espiral equiangular.
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Geometría en el espacio
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El volumen del tetraedro es un tercio del paralelepípedo que lo contiene.
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Haciendo adecuadamente secciones en un tetraedro obtenemos rectángulos y, en algún caso, un cuadrado.
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Howard Eves, matemático e historiador de las matemáticas, recibió el premio George Polya por el artículo Two Surprising Theorems on Cavallieri Congruence (Dos teoremas sorprendentes sobre la congruencia de Cavalieri)
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Queremos estudiar la sorprendente congruencia Cavalieri entre la esfera y un poliedro. En esta página vemos las secciones en la esfera
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Se muestra la esfera y el tetraedro de Howard Eves con sus correspondientes secciones congruentes.
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Un octavo de un dodecaedro regular de arista 2 tiene el mismo volumen que un dodecaedro de arista 1.
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Descomponiendo adecuadamente un dodecaedro podemos obtener fácilmente su volumen.
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El volumen del octaedro es 4 veces el del tetraedro. El cálculo del volumen del octaedro es sencillo y así podemos obtener el volumen del tetraedro.
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Los veinte vértices de un icosaedro están en tres rectángulos áureos. A partir de esta propiedad podemos calcular el volumen del icosaedro.
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El octaedro truncado es un sólido arquimediano que se puede obtener a partir de un octaedro truncando sus vértices. Su volumen se puede calcular a partir del volumen del octaedro.
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El octaedro truncado es un poliedro que tiene la propiedad de teselar el espacio: con poliedros congruentes podemos rellenar el espacio sin dejar huecos.
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Podemos cortar un cubo por la mitad con un plano de modo que la sección sea un hexágono regular. Ocho de estos medios cubos forman un octaedro truncado.
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Con medios cubos podemos formar el octaedro truncado. El cubo tesela el espacio y también el octaedro truncado. También calculamos su volumen.
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Análisis real
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Sucesiones y series
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Representación gráfica de progresiones geométricas.
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Algunas series geométricas se pueden sumar fácilmente. Podemos ver un ejemplo muy intuitivo cuando la razón es 1/4
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La serie geométrica de razón 1/2 es convergente. Esta serie se puede representar usando un rectángulo y dividiéndolo por la mitad sucesivamente. Aquí usamos una proporción de modo que todos los rectángulos son semejantes.
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La constante de Euler se define como una serie convergente.
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Potencias y polinomios
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Exploramos unas funciones particularmente sencillas.
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Se pueden extiender las funciones potencia con exponentes naturales (y sus inversas) y considerar exponentes racionales.
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Consideando un polinomio de grado 3 con 3 raíces reales podemos ver el efecto de modificar esas raíces.
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Combinando potencias obtenemos polinomios y nos podemos plantear la función polinómica que pasa por unos puntos.
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Integral
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Aproximación al área usando rectángulos.
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Con funciones monótonas se puede obtener cotas sencillas del error de aproximación.
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La integral de las funciones potencia era conocida por Cavalieri.
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Arquímedes explica en 'El Método' cómo se puede utilizar la ley de la palanca para descubrir cuál es el área de un segmento parabólico.
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Estudiando el volumen de un barril, Kepler se planteó un problema de máximo en 1615.
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Exponenciales y logaritmos
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Esta propiedad es la base que nos permite usar los logaritmos para transformar multiplicaciones en sumas.
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Una "Mostración" de la propiedad de la integral de la hipérbola que nos permitirá transformar multiplicaciones en sumas.
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Usando los logaritmos podemos multiplicar dos números haciendo una suma.
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El logaritmo natural se define como una integral de la hipérbola equilátera.
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Mercator publicó su famosa serie para la función logaritmo en 1668. Euler descubrió una serie práctica para el cálculo.
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El número e se puede definir como áquel cuyo logaritmo es 1.
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El número e se puede definir como una integral o como un límite. Ambas definiciones coinciden.
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Partiendo de la definición de logaritmo podemos definir la exponencial como su inversa.
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Diferentes hipérbolas permiten definir logaritmos y exponenciales (sus inversas).
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Dos puntos determinan una función exponencial y su derivada es otra exponencial.
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Las funciones exponenciales pueden modelar la desintegración radioactiva.
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Polinomios de Taylor
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Al aumentar el grado del polinomio de Taylor se aproxima a la función exponencial en un intervalo más y más amplio.
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Mercator publicó su famosa serie para la función logaritmo en 1668. Euler descubrió una serie práctica para el cálculo.
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Al aumentar el grado del polinomio de Taylor se aproxima a la función seno en un intervalo más y más amplio.
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La función no está definida para valores menores que -1. Los polinomios de Taylor en torno al origen aproximan la función entre -1 y 1.
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La función tiene una singularidad en -1. Los polinomios de Taylor en torno al origen aproximan la función entre -1 y 1.
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La función tiene una singularidad en -1. Los polinomios de Taylor en torno al origen aproximan la función entre -1 y 1.
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La función tiene dos singularidades reales, en -1 y en 1. Los polinomios de Taylor aproximan la función entre en un intervalo simétrico respecto al centro del desarrollo. Su radio es la distancia a la singulardidad más próxima.
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La función es continua y no tiene singularidades reales. Sin embargo, los polinomios de Taylor sólo aproximan la función en un intervalo. Entenderemos un poco mejor este comportamiento estudiando una función compleja.
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Complejos
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Multiplicación de complejos
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Se puede ver como una rotación dilatativa.
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Una progresión geométrica compleja está relacionada con las espirales equiangulares.
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Funciones complejas
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Las potencias de exponente natural tienen un cero de multiplicidad n.
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Podemos modificar los tres ceros de este tipo de polinomios.
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Un polinomio de grado n tiene n ceros
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Podemos controlar qué partes del plano complejo se muestran con colores.
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Representación de los óvalos de Cassini y la lemniscata.
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Podemos modificar las multiplicidades del cero y del polo de estas funciones sencillas.
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Tenemos más control sobre qué partes del plano complejo se representa con colores.
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Una primera aproximación a estas transformaciones. Representación de dos haces coaxiales de circunferencias ortogonales.
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La función exponencial compleja extiende la función exponencial real al plano complejo.
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La función coseno compleja extiende la función real al plano complejo. Es una función periódica que comparte varias propiedades con la función real.
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La función coseno compleja transforma rectas horizontales en elipses cofocales.
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La inversión es una transformación del plano que transforma rectas y circunferencias en rectas y circunferencias.
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La inversión preserva la magnitud de los ángulos pero invierte el sentido. Circunferencias ortogonales se transforman en circunferencias ortogonales
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El concepto de función puede extenderse permitiendo que f(z) tenga diferentes valores para un valor z. En este caso decimos que f es una función multivaluada o multifunción.
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Polinomios de Taylor
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Podemos estudiar la aproximación a esta función por el polinomio de Taylor y su convergencia en el círculo de convergencia.
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La función exponencial compleja es periodica. Su desarrollo de Taylor converge en todo el plano complejo.
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La función coseno compleja tiene un desarrollo de Taylor que converge en todo el plano complejo.
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Probabilidad
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Variables aleatorias
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La distribución binomial modela una situación en la que hay n ensayos independientes con una probabilidad constante de éxito.
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La distribución de Poisson también se llama distribución de sucesos raros.
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La distribución normal fue estudiada por Gauss.
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Propiedad de las distribuciones normales.
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Cálculo aproximado de probabilidades de diferentes intervalos en distribuciones normales.
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La distribución t de Student fue estudiada por Gosset y se aproxima a una distribución normal.
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Historia
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Pitágoras
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Podemos ver el teorema de Pitágoras en un mosaico. Es una demostración gráfica sencilla del teorema de Pitágoras que vemos en suelos cuando se combinan cuadrados de dos tamaños.
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Arquímedes
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Arquímedes explica en 'El Método' cómo se puede utilizar la ley de la palanca para descubrir cuál es el área de un segmento parabólico.
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Kepler
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Kepler usó una aproximación infinitesimal intuitiva para calcular el área de un círculo.
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Kepler estudió el volumen y la superficie de una esfera. La esfera puede considerarse formada por conos cuya altura es el radio de la esfera. Entonces el volumen de la esfera será la suma de todos esos conos. Así obtiene la relación entre la superficie de la esfera y su volumen.
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Kepler fue uno de los matemáticos que contribuyeron al origen del cálculo integral. Uso técnicas infinitesimales para calcular áreas y volúmenes.
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Estudiando el volumen de un barril, Kepler se planteó un problema de máximo en 1615.
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Cavalieri
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Cavalieri enunció el teorema que conocemos como Principio de Cavalieri. Usando el Principio de Cavalieri podemos calcular el volumen de una esfera
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La función logaritmo
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Mercator publicó su famosa serie para la función logaritmo en 1668. Euler descubrió una serie práctica para el cálculo.
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