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Aplicación del "principio de Cavalieri" a la integración aproximada

(Disculpas por hacer otra pregunta basada en "Los Irracionales" de Julian Havil)

En la página 86 de "The Irrationals" de Havil, el autor expone cómo John Wallis aproximó la integración aplicando una variante del "Principio de Cavalieri" (que dos sólidos tienen el mismo volumen si las áreas de sus secciones transversales son iguales en todas partes) aplicado a dos dimensiones.

Lo resume así: para una "función continua de valor positivo $f(x)$ definido en el eje real positivo con el valor máximo de $M_N$ en el intervalo $[0,N]$ ":

$$\int_0^1 f(x)\,dx = \lim_{N\rightarrow \infty} \frac{\sum^N_{r=0} f(r)}{\sum^N_{r=0}M_N} = \lim_{N \rightarrow \infty}\frac{\sum^N_{r=0} f(r)}{M_N(N+1)}$$

Y escribe "En palabras, suma las longitudes de las tiras verticales del $x$ -eje a la curva y luego dividirlo por la aproximación del mismo orden del área del rectángulo circundante".

Lo que me tiene totalmente desconcertado es la idea de que el área bajo la curva de una función entre 0 y 1 está relacionada con su valor en el infinito. Veo que podemos aproximar el valor de la integral sumando los valores de la función y luego dividiendo por el intervalo, pero no la suma presentada aquí: ¿alguien podría explicar el razonamiento aquí, por favor?

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Philip T. Puntos 266

Esta página - http://www.math.wpi.edu/IQP/BVCalcHist/calc1.html - ofrece una excelente explicación del pensamiento de Cavalieri y Wallis.

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OmaL Puntos 106

Creo que el siguiente enlace puede ayudar a responder a su pregunta...

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.196.3331&rep=rep1&type=pdf

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Hoy he tenido exactamente la misma reacción al leer el libro de Havil. Me ha llevado hasta aquí y a los artículos citados anteriormente. Y me hizo pensar...

Creo que el punto clave es que esto es no un método general. El enfoque de la relación de área sólo funciona si la función es autosimilar, en el sentido de que tiene la misma forma característica en el intervalo de 0 a A, independientemente de A. Es evidente que las funciones de potencia simples tienen esta propiedad.

Ese es el sentido en el que (citando la pregunta) "...el área bajo la curva de una función entre 0 y 1 está relacionada con su valor en el infinito".

Por lo tanto, una vez encontrada la relación precisa de áreas (para cualquier A), se aplica a la unidad intervalo de la integral entre 0 y 1 (es decir, cuando A es 1). Si el coeficiente de la potencia en la función es la unidad, entonces el área del rectángulo (en realidad un cuadrado ahora) es 1, y por lo tanto la relación pasa a ser numéricamente igual al área bajo la curva (sólo las unidades han cambiado).

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