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Pensamiento Matemático V · 5.º De datos a modelo: ajustar una función y usarla para interpolar y extrapolar

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De datos a modelo: ajustar una función y usarla para interpolar y extrapolar

✦ Familias lineal/exponencial/cuadrática; interpolar contra extrapolar; la planta y sus cuatro metros; la derivada como tendencia; límites del modelo fuera del rango · Pensamiento Matemático V · en menos de 7 minutos

Roadwise Consulting

Firmado y verificado · Fernando Castro

Objetivo: Elegir la familia de funciones adecuada según el patrón de los datos, ajustar un modelo, distinguir interpolación de extrapolación y usar la derivada del modelo como predicción de la tasa de cambio.

7 min Pensamiento Matemático V 15–18 años
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De datos a modelo: ajustar una función y usarla para interpolar y extrapolar

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El cálculo no vive en el aire: modela datos reales

Elegir la familia de funciones correcta

No todos los datos se modelan igual. Si la tasa de cambio es aproximadamente constante, prueba una LINEAL. Si la tasa CRECE proporcionalmente a la cantidad (bacterias, interés), es EXPONENCIAL. Si hay un máximo o una trayectoria con curva, quizá es CUADRÁTICA. Elegir bien la familia es más importante que el cálculo fino: un modelo mal elegido da predicciones inútiles aunque lo derives perfecto.

Modern multipolar generator with interpolar commutating fields (Rankin Kennedy, Electrical Installations, Vol II, 1909).jpg
Imagen libre de Wikimedia Commons (Public domain, autor: Andy Dingley (scanner))
Patrón de los datosFamilia de modeloEjemplo real
crecen a paso parejolineal mx + bsueldo con aumento fijo mensual
crecen en proporción a lo que hayexponencial a·bˣpoblación, virus, interés
suben y luego bajancuadráticaganancia vs precio, trayectoria

Interpolar frente a extrapolar

INTERPOLAR es estimar dentro del rango de datos observados: confiable, porque el modelo está respaldado por mediciones a ambos lados. EXTRAPOLAR es predecir más allá del rango: peligroso, porque fuera de los datos el comportamiento real puede divergir del modelo. Una población que creció exponencialmente 5 años no seguirá así 50 años: recursos y límites la frenarán. Toda predicción fuera del rango lleva un aviso de cautela.

La derivada dentro del modelo: la tasa como predicción

Una vez con el modelo f(x), su derivada f'(x) predice la RAPIDEZ de cambio en cualquier punto del rango. Esto es más útil que el valor mismo: no solo cuánto creció la planta, sino cuán rápido crecía un martes cualquiera. En economía, f' es la "tendencia": dice si la curva sube, baja o se aplana, antes de que lo notes en los niveles.

Extrapolar con un modelo es arriesgado porque…

Interpolar (estimar dentro de los datos observados) es más confiable que extrapolar.

Los costos C(q) de fabricar q piezas se modelan con una recta. ¿Qué representa la derivada C'(q)?

El costo marginal: cuánto cuesta una pieza más

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Elegimos la familia de por el patrón de los datos; dentro del rango es seguro, fuera es arriesgado; la derivada predice la .

¿Modelas y predices con criterio?

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Míralo de otra maneraEl costo marginal, tu modelo favorito

En economía la derivada del costo se llama COSTO MARGINAL: cuánto cuesta producir UNA unidad más. Y la derivada de la ganancia igualada a cero define el punto donde el ingreso marginal iguala al costo marginal, la regla de oro de toda empresa. El cálculo diferencial es literalmente el lenguaje de las decisiones económicas en el margen.

Si C(q) es el costo de fabricar q piezas, ¿qué te dice la derivada de C?

Cuánto cuesta fabricar una pieza adicional.

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