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| author | Juan Marín Noguera <juan.marinn@um.es> | 2020-02-20 16:07:37 +0100 |
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</metadata> + <g inkscape:label="Layer 1" inkscape:groupmode="layer" id="layer1" transform="translate(28.677586,72.029423)"> + <g id="g3614" inkscape:label="Layer 1" transform="translate(17.22866,-72.029423)"> + <path sodipodi:nodetypes="cc" id="path3059" d="M 78.126949,25 C 99.218263,25 129.09375,25 129.09375,25" style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:2;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1"/> + <path id="path3061" d="M 31,15 L -20.906246,15" style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:2;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" sodipodi:nodetypes="cc"/> + <g id="g4788" inkscape:label="Layer 1" transform="translate(9.3754e-2,0)"> + <path sodipodi:nodetypes="ccccccsccccsssssccc" id="path2884" d="M 30,5 L 30,6.4285714 L 30,43.571429 L 30,45 L 31.428571,45 L 50.47619,45 C 61.744098,45 70.47619,35.999955 70.47619,25 C 70.47619,14.000045 61.744099,5.0000002 50.47619,5 C 50.47619,5 50.47619,5 31.428571,5 L 30,5 z M 32.857143,7.8571429 C 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style="font-size:16px;font-style:normal;font-variant:normal;font-weight:normal;font-stretch:normal;text-align:end;line-height:100%;writing-mode:lr-tb;text-anchor:end;fill:#000000;fill-opacity:1;stroke:none;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1;font-family:DejaVu Sans;-inkscape-font-specification:DejaVu Sans" x="168.91617" y="33.970577" id="text3732" sodipodi:linespacing="100%"><tspan sodipodi:role="line" id="tspan3734" x="168.91617" y="33.970577">Q</tspan></text> + <path style="opacity:1;fill:#edd400;fill-opacity:1;stroke:#000000;stroke-width:2;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:round;stroke-miterlimit:4;stroke-dasharray:none;stroke-opacity:1" d="M 157.82241,19.970577 L 167.82241,19.970577" id="path3736"/> + <g inkscape:label="Layer 1" id="g3738" transform="translate(-18.677586,-71.529423)"> + <path d="M 15,14.5 A 2.5,2.5 0 1 1 10,14.5 A 2.5,2.5 0 1 1 15,14.5 z" sodipodi:ry="2.5" sodipodi:rx="2.5" sodipodi:cy="14.5" sodipodi:cx="12.5" 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style="font-size:16px;font-style:normal;font-variant:normal;font-weight:normal;font-stretch:normal;text-align:end;line-height:100%;writing-mode:lr-tb;text-anchor:end;fill:#000000;fill-opacity:1;stroke:none;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1;font-family:DejaVu Sans;-inkscape-font-specification:DejaVu Sans" x="-13.052586" y="-51.029423" id="text3750" sodipodi:linespacing="100%"><tspan sodipodi:role="line" id="tspan3752" x="-13.052586" y="-51.029423">S</tspan></text> + <text xml:space="preserve" style="font-size:16px;font-style:normal;font-variant:normal;font-weight:normal;font-stretch:normal;text-align:end;line-height:100%;writing-mode:lr-tb;text-anchor:end;fill:#000000;fill-opacity:1;stroke:none;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1;font-family:DejaVu Sans;-inkscape-font-specification:DejaVu Sans" x="-13.521336" y="43.970577" id="text3754" sodipodi:linespacing="100%"><tspan sodipodi:role="line" id="tspan3756" x="-13.521336" y="43.970577">R</tspan></text> + <path style="opacity:1;fill:#edd400;fill-opacity:1;stroke:#000000;stroke-width:2;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:round;stroke-miterlimit:4;stroke-dasharray:none;stroke-opacity:1" d="M -23.677586,29.970577 L -13.677586,29.970577" id="path4803"/> + <path style="opacity:1;fill:#edd400;fill-opacity:1;stroke:#000000;stroke-width:2;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:round;stroke-miterlimit:4;stroke-dasharray:none;stroke-opacity:1" d="M -23.677586,-65.029423 L -13.677586,-65.029423" id="path4805"/> + </g> +</svg>
\ No newline at end of file diff --git a/etc/n.lyx b/etc/n.lyx new file mode 100644 index 0000000..ef67ce2 --- /dev/null +++ b/etc/n.lyx @@ -0,0 +1,241 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\begin_preamble +\input{../defs} +\end_preamble +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize 10 +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize a5paper +\use_geometry true +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\leftmargin 0.2cm +\topmargin 0.7cm +\rightmargin 0.2cm +\bottommargin 0.7cm +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle empty +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Title +Estructura y Tecnología de Computadores +\end_layout + +\begin_layout Date +\begin_inset Note Note +status open + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +cryear{2018} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "../license.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Bibliografía: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Estructura y Tecnología de Computadores, Manuel Eugenio Acacio Sánchez, + Ricardo Fernández Pascual, Pilar González Férez & Alberto Ros Bardisa. +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Sistemas secuenciales +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n1.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Componentes de un procesador +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n2.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Diseño de un procesador +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n3.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Gestión de caché +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n4.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Memoria virtual +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n5.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Gestión de la E/S +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n6.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +\start_of_appendix +Ensamblador de MIPS +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "na.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/etc/n1.lyx b/etc/n1.lyx new file mode 100644 index 0000000..0dc24aa --- /dev/null +++ b/etc/n1.lyx @@ -0,0 +1,741 @@ +#LyX 2.3 created this file. 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dirigidos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Secuenciales: +\series default + La salida no depende solo de la entrada en ese momento sino también de + su +\series bold +estado +\series default +, que depende de las entradas anteriores. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para representar la evolución en el tiempo de un circuito se emplean +\series bold +cronogramas +\series default +, diagramas con el tiempo en el eje horizontal y el valor lógico (0 ó 1) + de ciertas señales (normalmente las entradas y salidas) en el eje vertical. +\end_layout + +\begin_layout Section + +\emph on +Latches +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +biestable asíncrono +\series default +, +\series bold +cerrojo +\series default + o +\series bold +\emph on +latch +\series default +\emph default + es un circuito básico capaz de almacenar un bit. + Existen dos tipos que se diferencian en su +\series bold +ecuación característica +\series default + o +\series bold +función de transición +\series default +, que define el valor de salida ( +\begin_inset Formula $Q^{*}$ +\end_inset + +) en función de su entrada y la salida anterior ( +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="3" columns="2"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell multicolumn="1" alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Tipo +\series bold +S-R +\series default + ( +\emph on +Set-Reset +\emph default +) +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Tipo +\series bold +D +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multicolumn="1" alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $Q^{*}=S+\overline{R}\cdot Q$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $Q^{*}=D\cdot C+Q\cdot\overline{C}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado1.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado2.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section + +\emph on +Flip-flops +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +biestable síncrono +\series default + o +\series bold +\emph on +flip-flop +\series default +\emph default + también almacena un bit, pero las señales de entrada solo tienen efecto + durante un instante de tiempo. + Este depende de una +\series bold +señal de reloj +\series default +, señal periódica encargada de determinar en qué momento el circuito será + sensible a su entrada. + Llamamos +\series bold +flanco +\series default + a un cambio en la señal de reloj, que puede ser +\series bold +ascendente +\series default + si es de 0 a 1 o +\series bold +descendente +\series default + si es de 1 a 0. + Aunque en los cronogramas representamos estas transiciones con líneas verticale +s, realmente no son instantáneas. + Un +\emph on +flip-flop +\emph default + puede ser activo en flanco ascendente o en flanco descendente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En general, los +\emph on +flip-flops +\emph default + están formados por dos +\emph on +latches +\emph default + en serie, donde el primero se llama +\series bold +maestro +\series default + y el segundo +\series bold +esclavo +\series default +. + La entrada de reloj se indica con un triángulo, que tiene además un círculo + si el +\emph on +flip-flop +\emph default + es activo en flanco descendente. + Tipos: +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tipo +\series bold +D +\series default +: Puede tener o no una señal de control +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + +, dependiendo de si queremos actualizar el valor en cada ciclo de reloj + o no. + +\begin_inset Formula $Q^{*}=D\cdot W+Q\cdot\overline{W}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="2" columns="2"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top" width="0pt"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado3.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado5.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado4.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado6.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tipo +\series bold +S-R +\series default +: +\begin_inset Formula $Q^{*}=S+\overline{R}\cdot Q$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="1" columns="2"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top" width="0pt"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado7.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado8.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="2" columns="2"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top" width="45col%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="45col%"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Tipo +\series bold +J-K +\series default +: +\begin_inset Formula $Q^{*}=J\cdot\overline{Q}+\overline{K}\cdot Q$ +\end_inset + +. + Similar al S-R con +\begin_inset Formula $J\equiv S$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $K\equiv R$ +\end_inset + +, pero si +\begin_inset Formula $J=K=1$ +\end_inset + + el estado se alterna. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Tipo +\series bold +T +\series default +: +\begin_inset Formula $Q^{*}=\overline{Q}\cdot T+Q\cdot\overline{T}$ +\end_inset + +. + Invierte su estado cuando su entrada valga 1. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado9.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado10.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Diseño de un circuito secuencial +\end_layout + +\begin_layout Standard +Está formado por una serie de +\series bold +entradas +\series default + y +\series bold +salidas +\series default + digitales, así como una serie de bits que determinan su +\series bold +estado actual +\series default + y dos funciones combinacionales: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Función de transición +\series default +: Determina el estado siguiente a partir del estado actual y la entrada. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Función de salida +\series default +: Determina la salida a partir del estado del circuito (circuito de +\series bold +Moore +\series default +) y quizá también de las entradas (de +\series bold +Mealy +\series default +). +\end_layout + +\begin_layout Standard +Fases en el diseño: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Especificación verbal +\series default +: Resumen con palabras del funcionamiento deseado. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Especificación del autómata +\series default +: Se crea un diagrama de estados llamado +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +autómata finito determinista +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + (AFD), en el que se representan los posibles estados del sistema, la función + de transición y la función de salida. +\begin_inset Float figure +wide false +sideways false +status open + +\begin_layout Plain Layout +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado11.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Caption Standard + +\begin_layout Plain Layout +Ejemplo de AFD. +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Minimización del autómata +\series default +: Buscar el mismo comportamiento con menos estados, reduciendo la circuitería + necesaria. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Codificación de estados: +\series default + Asignar a cada uno de los +\begin_inset Formula $M$ +\end_inset + + estados una combinación de +\begin_inset Formula $n=\lceil\log_{2}M\rceil$ +\end_inset + + bits, que se almacenan en +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + biestables. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Determinación de las funciones +\series default + de transición y de salida. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Minimización de las funciones +\series default +, por ejemplo, mediante mapas de Karnaugh. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Implementación del circuito +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Debemos tener en cuenta que desde un cambio de señal de reloj hasta el siguiente +, las señales de entrada de los +\emph on +flip-flops +\emph default + deben ser estables, por lo que la frecuencia de esta señal no debe ser + mayor al retardo de los circuitos combinacionales, es decir, la máxima + suma de los retardos de puertas lógicas que se usan en serie dentro de + estos, incluyendo el retardo de otros biestables que son entradas de los + circuitos combinacionales. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/etc/n2.lyx b/etc/n2.lyx new file mode 100644 index 0000000..097f459 --- /dev/null +++ b/etc/n2.lyx @@ -0,0 +1,1105 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +La +\series bold +CPU +\series default + ( +\emph on +Central Processing Unit +\emph default +) es un bloque lógico complejo que ejecuta instrucciones de un programa + escrito de acuerdo a un juego de instrucciones o +\series bold +ISA +\series default + ( +\emph on +Instruction Set Architecture +\emph default +). +\end_layout + +\begin_layout Section +Componentes combinacionales sencillos +\end_layout + +\begin_layout Paragraph + +\series bold +Decodificador +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tiene +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + líneas de entrada y +\begin_inset Formula $2^{n}$ +\end_inset + + de salida, y para cada valor posible de la entrada, una y sólo una línea + de salida tiene el valor 1. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado14.png + +\end_inset + + +\begin_inset Graphics + filename pegado15.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Paragraph + +\series bold +Multiplexor +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tiene +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + líneas de entrada de control y +\begin_inset Formula $2^{n}$ +\end_inset + + de datos, y devuelve en su única línea de salida la línea de datos indicada + por las de control. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado18.png + +\end_inset + + +\begin_inset Graphics + filename pegado19.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Paragraph + +\series bold +Desplazador +\end_layout + +\begin_layout Standard +Recibe una palabra de +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + bits y devuelve otra de +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + bits resultado de desplazar a la izquierda o a la derecha la palabra de + entrada un cierto número de bits, que suele ser fijo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado16.png + width 100text% + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado17.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Paragraph + +\series bold +Extensor de signo +\end_layout + +\begin_layout Standard +Recibe un entero de +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + + bits con signo y devuelve el mismo en +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + bits ( +\begin_inset Formula $n>m$ +\end_inset + +). + En complemento a 2, esto equivale a replicar el bit de signo en los +\begin_inset Formula $n-m$ +\end_inset + + bits más significativos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado20.png + width 100text% + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado21.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Unidad aritmético-lógica +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +ALU +\series default + ( +\emph on +Arithmetic Logic Unit +\emph default +) es un circuito combinacional capaz de realizar operaciones aritméticas + y lógicas sobre operandos de entrada para generar una salida. + La operación a realizar viene dada por unos bits de control. + Como ejemplo mostramos una ALU capaz de realizar las operaciones de conjunción + (AND) y disyunción (OR) bit a bit; suma y resta detectando desbordamientos, + y comparación de dos números (SLT, +\emph on +set less than +\emph default +), comprobando si uno es mayor, menor o igual al otro. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado22.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +semisumador +\series default + ( +\emph on +half adder +\emph default +) recibe dos entradas y devuelve una salida con la suma, mientras que un + +\series bold +sumador completo +\series default + ( +\emph on +full adder +\emph default +), que es lo que utilizamos, recibe tres entradas, dos con los sumandos + y una de acarreo, y devuelve dos salidas para la suma y el acarreo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado23.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para implementar una ALU de 32 bits conectamos 32 ALUs de 1 bit conectando + el acarreo de salida de un sumador con el de entrada del siguiente, obteniendo + un +\series bold +sumador con propagación del acarreo +\series default + ( +\emph on +ripple carry adder +\emph default +). + Esto significa que los bits se calculan uno por uno, lo que es ineficiente, + por lo que en la práctica se usan +\series bold +circuitos con acarreo anticipado +\series default + ( +\emph on +look-ahead carry +\emph default +), que no veremos en este curso. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Restar equivale a sumar el minuendo con el opuesto del sustraendo, que se + obtiene a su vez negando cada bit de este y sumando 1 al resultado (o estableci +endo el acarreo de entrada del sumador menos significativo a 1). + Por su parte, podemos implementar la comparación (SLT) restando ambos números + y comprobando el bit de signo del resultado. + Nos queda por tanto lo siguiente: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado24.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Aquí +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +Menor +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + es cero salvo para el bit menos significativo, que entonces es el resultado + de la suma en el bit más significativo, indicado por +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +Comparación +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +. + Para el desbordamiento, nótese que ocurre si el resultado de la suma es + negativo con ambos operandos positivos o positivo con ambos operandos negativos + (si se trata de una resta, el signo del sustraendo se obtiene una vez éste + ha sido negado), obteniendo el siguiente mapa de Karnaugh: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="4" columns="6"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="1" alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +A,B +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +00 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +01 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +11 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +10 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Res. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La ALU nos queda de la siguiente forma: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado25.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="1" columns="1"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Graphics + filename pegado26.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="6" columns="4"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Op. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $Op_{1}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $Op_{0}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +AND +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +OR +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +ADD +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +SUB +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +SLT +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Registros +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un registro es una concatenación de +\emph on +flip-flops +\emph default + que comparten las señales de reloj y de permiso de escritura. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado27.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado28.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +banco de registros +\series default + es un conjunto de registros que pueden ser leídos y escritos selectivamente + a través de +\series bold +puertos de escritura +\series default + y +\series bold +puertos de lectura +\series default +. + Se usan multiplexores y decodificadores para seleccionar los registros. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado29.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Memoria +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las memorias +\series bold +SRAM +\series default + ( +\emph on +Static Random Access Memory +\emph default +) son +\emph on +arrays +\emph default + de memoria usadas principalmente en caché por tener un tiempo de acceso + muy corto. + Llamamos +\series bold +altura +\series default + al número de posiciones direccionables y +\series bold +anchura +\series default + al número de bits por unidad de memoria. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado30.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como direccionar una SRAM con un multiplexor sería demasiado costoso (por + el tamaño), se usan líneas de salida compartidas ( +\series bold +líneas de bits +\series default +) que permiten que varias fuentes compartan una sola línea de datos, utilizando + un +\series bold +\emph on +buffer +\emph default + triestado +\series default +. + Este tiene dos entradas ( +\emph on +data +\emph default + y +\emph on +enable +\emph default +) y una salida ( +\emph on +out +\emph default +), y la salida es igual a +\emph on +data +\emph default + si +\emph on +enable +\emph default + está activa y en otro caso permanece con alta impedancia permitiendo el + uso de la línea de salida a los otros +\emph on +buffers +\emph default +. + Como todavía se requiere un decodificador a la entrada que sería demasiado + grande, las memorias se organizan de forma bidimensional con decodificación + en dos pasos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado31.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las memorias +\series bold +DRAM +\series default + ( +\emph on +Dynamic Random Access Memory +\emph default +) almacenan cada bit con un único transistor, con lo que son mucho más baratas + y densas. + Como la información se almacena en un condensador, este se va descargando, + con lo que debe ser refrescada periódicamente, normalmente por un circuito + en el propio chip, que lee su contenido y lo vuelve a escribir. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/etc/n3.lyx b/etc/n3.lyx new file mode 100644 index 0000000..14af896 --- /dev/null +++ b/etc/n3.lyx @@ -0,0 +1,2537 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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implementa, y + otros aspectos como el número y tipo de registros, los modos de direccionamient +o y el manejo de excepciones. + MIPS implementa un ISA RISC ( +\emph on +Reduced Instruction Set Computer +\emph default +), que se caracteriza por tener un número de instrucciones relativamente + pequeño, normalmente sencillas, que operan con datos en los registros, + utilizan pocos modos de direccionamiento y se codifican todas con el mismo + número de bits (en el caso de MIPS, 32 bits). + En este capítulo implementamos una versión simplificada del ISA MIPS de + 32 bits con unas pocas instrucciones de cada tipo. +\end_layout + +\begin_layout Section +Codificación de las instrucciones +\end_layout + +\begin_layout Standard +MIPS dispone de 32 registros de propósito general con 32 bits cada uno, + además de algunos específicos como el contador de programa (PC), y ve la + memoria como un conjunto de celdas de 1 byte cada una con una dirección + de 32 bits, permitiendo indexar hasta +\begin_inset Formula $\unit[4]{GiB}$ +\end_inset + + de memoria. + Usa cinco modos de direccionamiento: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Registro: +\series default + El operando se encuentra en un registro, cuyo número está codificado en + la instrucción en un campo de 5 bits ( +\begin_inset Formula $2^{5}=\unit[32]{registros}$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Base más desplazamiento: +\series default + Indica una dirección de memoria a leer o escribir mediante un registro + base (codificado con 5 bits) al que se le suma una constante de 16 bits, + codificada en el código de instrucción como un entero con signo en complemento + a dos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Inmediato: +\series default + Constante en un campo de 16 bits. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Relativo al PC: +\series default + Indica una dirección de destino de un salto mediante un campo de 16 bits + en complemento a dos que indica el número de +\series bold +palabras +\series default + (32 bits o 4 bytes) desde el valor actual del registro PC, que será la + dirección de la instrucción inmediatamente posterior a la que se está ejecutand +o. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Pseudodirecto: +\series default + Indica una dirección de destino mediante un campo de 26 bits. + Como las direcciones de memoria son de 32, a este se le añaden al final + 2 bits a 0 (porque las instrucciones están alineadas a la palabra) y al + principio los 4 bits más significativos del PC. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Formato de instrucción R +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="3" columns="6"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top" width="12text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="10text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="10text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="10text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="10text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="12text%"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +31 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +26 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +25 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +21 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +20 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +16 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +15 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +11 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +10 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +6 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +5 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +op +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +rs +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +rt +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +rd +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +shamt +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +func +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +6 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +6 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Donde +\series bold +op +\series default + es el código de operación, que aparece en todos los formatos de instrucción, + +\series bold +rs +\series default + y +\series bold +rt +\series default + son los registros fuente, +\series bold +rd +\series default + el registro de destino y +\series bold +func +\series default + indica a la ALU qué función debe realizar. + +\series bold +shamt +\series default + es el tamaño de desplazamiento en las instrucciones de desplazamiento y + rotación, y vale 0 en el resto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Este formato se usa para operaciones aritmético-lógicas con modo de direccionami +ento registro ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{op}=0$ +\end_inset + +), cuyo formato es +\family typewriter +func $rd, $rs, $rt +\family default +, y de las cuales implementaremos +\family typewriter +and +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{func}=44|_{8}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +or +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{func}=45|_{8}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +add +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{func}=40|_{8}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +sub +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{func}=42|_{8}$ +\end_inset + +) y +\family typewriter +slt +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{func}=52|_{8}$ +\end_inset + +), que ya implementamos en la ALU del capítulo anterior. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Formato de instrucción I +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="3" columns="4"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top" width="12text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="10text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="10text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="32text%"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +31 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +26 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +25 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +21 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +20 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +16 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +15 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +op +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +rs +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +rt +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +imm +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +6 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +16 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Usado para: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Instrucciones aritmético-lógicas con un operando constante, por direccionamiento + in +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +me +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +dia +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +to. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Instrucciones de acceso a memoria, por direccionamiento base más desplazamiento. + El formato es +\family typewriter +instr $rt, imm($rs) +\family default +, y veremos +\family typewriter +lw +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{op}=35$ +\end_inset + +) y +\family typewriter +sw +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{op}=43$ +\end_inset + +), que cargan una palabra de una dirección de memoria a un registro y viceversa, + respectivamente. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Instrucciones de salto condicional, por direccionamiento relativo a PC. + El formato es +\family typewriter +instr $rs, $rt, label +\family default +, con +\begin_inset Formula $\mathtt{label}=PC+4\boldsymbol{imm}$ +\end_inset + +, y veremos +\family typewriter +beq +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{op}=4$ +\end_inset + +), que salta a una dirección si los dos registros contienen lo mismo. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Formato de instrucción J +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="3" columns="2"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top" width="12text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="52text%"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +31 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +26 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\size scriptsize +25 +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hfill +\end_layout + +\end_inset + +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +op +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +j +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +6 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +26 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Donde +\series bold +j +\series default + almacena la dirección de destino por direccionamiento pseudodirecto. + Lo usa la instrucción de salto incondicional +\family typewriter +j +\family default + ( +\begin_inset Formula $\boldsymbol{op}=2$ +\end_inset + +), cuyo formato es +\family typewriter +j label +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Modelo del tiempo de ejecución +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula +\[ +T_{CPU}=N_{inst}\cdot CPI\cdot T_{ciclo} +\] + +\end_inset + + Donde +\begin_inset Formula $T_{CPU}$ +\end_inset + + es el tiempo que tarda la CPU en ejecutar un programa, +\begin_inset Formula $N_{inst}$ +\end_inset + + es el número de +\series bold +instrucciones dinámicas +\series default + que se ejecutan (cada +\series bold +instrucción estática +\series default + del código se cuenta tantas veces como se ejecuta), +\begin_inset Formula $CPI$ +\end_inset + + es el promedio del número de ciclos que tarda en ejecutarse cada instrucción + y +\begin_inset Formula $T_{ciclo}$ +\end_inset + + es la duración del ciclo de reloj (tiempo entre dos flancos activos), que + debe ser lo suficientemente largo para permitir que se estabilicen todas + las señales de entrada a los elementos secuenciales. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En una implementación +\series bold +monociclo +\series default +, todas las instrucciones tardan exactamente un ciclo en ejecutarse. + El tiempo de ciclo tiene que ser suficiente para ejecutar la instrucción + más larga, por lo que sobrará tiempo para las cortas, reduciendo el rendimiento. + Construiremos un procesador +\series bold +multiciclo +\series default +, en el que las instrucciones se dividen en pasos y cada uno ocupa un ciclo, + y el tiempo de ciclo es el necesario para ejecutar el paso más largo. + También se pueden realizar implementaciones con +\begin_inset Formula $CPI<1$ +\end_inset + + mediante técnicas para ejecutar varias instrucciones a la vez, que no veremos + aquí. +\end_layout + +\begin_layout Section +El camino de datos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un procesador está formado por un +\series bold +camino de datos +\series default +, donde se encuentran los elementos que realizan el trabajo indicado, y + una +\series bold +unidad de control +\series default +, que gestiona el camino de datos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para el camino de datos, tomamos como componentes principales la memoria, + el banco de registros y la ALU, y suponemos que solo estos conllevan un + retardo significativo. + Entonces toda operación con uno de estos componentes consume un ciclo, + y la salida de estos debe almacenarse en registros auxiliares para ser + usada en el ciclo siguiente. + Con esto, nuestro camino de datos tendrá los siguientes componentes: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Memoria: +\series default + Acepta direcciones de 32 bits y permite leer o escribir una palabra de + 4 bytes en cada ciclo. + Tiene dos señales de control para habilitación de lectura y escritura, + así como puertos de entrada para la dirección y el dato a escribir y de + salida para el dato leído. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Banco de registros (Reg): +\series default + Banco de 32 registros capaz de leer dos registros y escribir otro en el + mismo ciclo. + El registro 0 es virtual y contiene siempre el valor 0, por lo que toda + escritura en este es ignorada. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +ALU: +\series default + La que vimos en el capítulo anterior. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Contador de programa (PC): +\series default + De 32 bits, con señal de habilitación de escritura. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Registro de instrucción (IR): +\series default + De 32 bits con habilitación de escritura, almacena la instrucción que se + está ejecutando actualmente, y tiene varios puertos de salida para los + distintos campos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Registro de datos de memoria (MDR): +\series default + De 32 bits sin habilitación de escritura, almacena un valor leído de memoria. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Registros A y B: +\series default + De 32 bits sin habilitación de escritura, almacenan los valores leídos + del banco de registros. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Registro ALUOut: +\series default + De 32 bits sin habilitación de escritura, almacena la salida de la ALU. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Algunos desplazadores y extensores de signo, así como multiplexores para + permitir distintas conexiones entre unidades funcionales. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Veamos ahora la descomposición de instrucciones en pasos. + Para esta parte usaremos +\series bold +lenguaje de transferencia entre registros +\series default + o +\series bold +RTL +\series default + ( +\emph on +Register Transfer Language +\emph default +). + La transferencia de un registro o resultado de una operación a un registro + se escribe como +\family typewriter +A <- B +\family default +, donde +\family typewriter +B +\family default + indica una operación y +\family typewriter +A +\family default + es el registro al que se transfiere el resultado. + Si una sentencia se debe ejecutar sólo bajo cierta condición +\family typewriter +C +\family default +, que puede incluir operadores booleanos, se indica con +\family typewriter +C: A <- B +\family default +. + Finalmente, para indicar que varias sentencias se ejecutan en paralelo, + se separan por comas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los dos primeros pasos son comunes a todas las instrucciones: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Lectura de instrucción desde la memoria (memoria) y cálculo de la dirección + de la ins +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +truc +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +ción siguiente (ALU). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +IR <- Memoria[PC], PC <- PC + 4 +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Decodificación de la instrucción, lectura de operandos (banco de registros) + y cálculo de la dirección de destino de salto condicional (ALU). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +A <- Reg[IR[25-21]], B <- Reg[IR[20-16]], +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +ALUOut <- PC + sign_extend(IR[15-0]) << 2 +\family default + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Como hasta que no acaba el segundo paso no se ha decodificado la instrucción, + el resto de acciones se hacen de manera +\series bold +especulativa +\series default +, por si resultaran útiles luego, pues las unidades funcionales necesarias + están desocupadas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +A continuación, para una instrucción aritmético-lógica: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +3a. +\end_layout + +\end_inset + +Realización de la operación (ALU). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +ALUOut <- A func B +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +4a. +\end_layout + +\end_inset + +Escritura del resultado (banco de registros). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +Reg[IR[15-11]] <- ALUOut +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para +\family typewriter +lw +\family default +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +3b. +\end_layout + +\end_inset + +Cálculo de la dirección de memoria (ALU). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +ALUOut <- A + sign_extend(IR[15-0]) +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +4b. +\end_layout + +\end_inset + +Lectura del dato de memoria (memoria). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +MDR <- Mem[ALUOut] +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +5. +\end_layout + +\end_inset + +Escritura del dato leído (banco de registros). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +Reg[IR[20-16]] <- MDR +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para +\family typewriter +sw +\family default +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +3b. +\end_layout + +\end_inset + +Cálculo de la dirección de memoria (ALU). +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +4c. +\end_layout + +\end_inset + +Escritura del dato en memoria (memoria). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +Mem[ALUOut] <- B +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para +\family typewriter +beq +\family default +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +3c. +\end_layout + +\end_inset + +Comprobación de la condición del salto (ALU) y actualización del contador + de programa si procede. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +A=B: PC <- ALUOut +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para +\family typewriter +j +\family default +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +3d. +\end_layout + +\end_inset + +Actualización del contador de programa. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +PC <- (PC[31-28] << 28) | (IR[25-0] << 2) +\end_layout + +\begin_layout Standard +Nos queda por tanto lo siguiente: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{verbatim} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T1: IR <- Mem[PC], PC <- PC + 4 +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T2: A <- Reg[IR[25-21]], B <- Reg[IR[20-16]], +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + ALUOut <- PC + sign_extend(IR[15-0]) << 2 +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T3 && op=0: ALUOut <- A func B +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T3 && (op=35 || op=43): ALUOut <- A + sign_extend(IR[15-0]) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T3 && (op=4) && (A=B): PC <- ALUOut +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T3 && (op=2): PC <- (PC[31-28] << 28) | (IR[25-0] << 2) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T4 && (op=0): Reg[IR[15-11]] <- ALUOut +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T4 && (op=35): MDR <- Mem[ALUOut] +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T4 && (op=43): Mem[ALUOut] <- B +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +T5 && (op=35): Reg[IR[20-16]] <- MDR +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{verbatim} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las conexiones que necesitamos dependen del ciclo actual y la instrucción + que se esté ejecutando, por lo que tenemos que añadir algunos multiplexores + en algunos puertos de entrada para seleccionar: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="9" columns="9"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Nombre +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Puerto +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Unidad +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +V. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Entrada +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Pasos +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +V. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Entrada +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Pasos +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +IoD +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Dirección +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Memoria +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +PC +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +ALUOut +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +4b,4c +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +DestReg +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Reg. + a escr. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +B. + de regs. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +rt +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +rd +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +4a +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +MemAReg +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Dato a escr. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +B. + de regs. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +ALUOut +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +4a +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +MDR +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +5 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +SelALUA +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $1^{\text{er}}$ +\end_inset + + op. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +ALU +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +PC +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1,2 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +A +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +3a,3b,3c +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +SelALUB +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $2^{\text{o}}$ +\end_inset + + op. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +ALU +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +00 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +B +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +3a +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +01 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Const. + 4 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +10 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +imm +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +3b +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +11 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +imm +\series default +*4 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +2 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +PCSrc +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Entrada +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +PC +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +00 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +ALU +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +01 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +ALUOut +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +3c +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +10 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +... +\series bold +j +\series default +... +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +3d +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="1" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +La unidad de control +\end_layout + +\begin_layout Standard +Debemos asegurar que el valor de las señales de control de los multiplexores + y de todas las unidades funcionales sea el adecuado. + Primero haremos un circuito de control de la ALU, que debe realizar una + suma en los pasos 1, 2 y 3b, una resta en el paso 3c y una función en 3a + que depende de los bits del campo +\series bold +func +\series default +. + Para ello diseñamos un circuito combinacional con dos bits de entrada ( +\family typewriter +ALUOp +\family default +) además de los seis del campo +\series bold +func +\series default + y tres bits de salida correspondientes a +\family typewriter +ALUCtl +\family default +, como se muestra en la figura. + No necesitamos los dos bytes más significativos de +\family typewriter +func +\family default +, pues son iguales en las cinco operaciones. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado32.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Hecho esto, las señales que debe controlar la unidad de control principal + son: las señales de control de los multiplexores indicados, incluyendo + +\family typewriter +ALUOp +\family default +; las señales +\family typewriter +MemR +\family default + y +\family typewriter +MemW +\family default + de habilitación de lectura y escritura de memoria, y la señales de habilitación + de escritura +\family typewriter +WrtIR +\family default +, +\family typewriter +WrtPC +\family default +, +\family typewriter +WrtPCCond +\family default + (similar pero solo escribe si la señal +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +Cero +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + de la ALU está activa, para implementar la condición +\family typewriter +A=B +\family default +) y +\family typewriter +WrtReg +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El valor de las señales de control depende sólo del paso actual, mientras + que la transición de un paso a otro depende de la instrucción en ejecución, + por lo que podemos implementar la unidad de control como un autómata de + Moore cuya entrada es el campo +\series bold +op +\series default + de la instrucción en IR y cuya salida son los valores de las señales de + control. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado33.png + width 100text% + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado34.png + width 100text% + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Metodología para añadir instrucciones +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Análisis +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Especificación semántica precisa: +\series default + Traducir la descripción verbal de la instrucción a notación RTL. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Identificación del trabajo: +\series default + Identificar qué acciones realiza cada unidad funcional. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Establecimiento del orden de precedencia: +\series default + Ver qué relaciones de dependencia existen entre las acciones. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Diseño +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Definición de la codificación: +\series default + Asignar una codificación ajustándose a uno de los tres formatos de instrucción + existentes (salvo que sea imposible), de forma que se pueda diferenciar + la instrucción de las ya existentes. + Para decidir la colocación de los operandos, conviene tener en cuenta el + uso que se va a hacer de ellos y las conexiones ya disponibles, minimizando + el número de cambios a realizar. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +División del trabajo en ciclos: +\series default + Respetando las dependencias, sin usar la misma unidad dos veces en el mismo + ciclo, e intentando aprovechar las instrucciones que ya se realizan en + los dos primeros ciclos. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Extensión del camino de datos: +\series default + Detallar las modificaciones a realizar en este para permitir la realización + de las acciones indicadas. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Extensión del control: +\series default + Indicar los nuevos estados, el paso de uno a otro y el valor de las señales + de control en cada uno. +\end_layout + +\end_deeper +\end_body +\end_document diff --git a/etc/n4.lyx b/etc/n4.lyx new file mode 100644 index 0000000..db7c4de --- /dev/null +++ b/etc/n4.lyx @@ -0,0 +1,662 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +Hoy en día (a precio razonable) podemos construir memorias de gran capacidad + pero lentas, o memorias rápidas pero con poca capacidad. + Para crear la ilusión de que tenemos una memoria con ambas características, + combinamos tipos de memoria con distintas velocidades y tamaños en una + +\series bold +jerarquía de memoria +\series default +, formada normalmente por los siguientes componentes, de mayor a menor cercanía + a la CPU: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Registros de la CPU. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Memoria caché +\series default + (SRAM). + Suele haber 3 niveles (llamados L1–L3), donde el L3 puede estar fuera de + la CPU (los demás están dentro) y L1 es el de menor capacidad pero menor + tiempo de acceso, y por tanto el más cercano a la CPU. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Memoria principal ( +\series bold +SDRAM +\series default +, +\emph on +Synchronous DRAM +\emph default +). +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Almacenamiento secundario local (discos SSD o magnéticos). + Los +\series bold +discos SSD +\series default + ( +\emph on +Solid State Drive +\emph default +) usan memoria flash para almacenar los datos y por tanto son más rápidos + que los +\series bold +discos duros +\series default + o +\series bold +magnéticos +\series default +, pues no presentan limitaciones mecánicas, si bien quedan lejos de las + memorias RAM. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Almacenamiento secundario remoto (sistemas de ficheros distribuidos, servidores, + etc.). +\end_layout + +\begin_layout Standard +El objetivo es proporcionar la máxima capacidad de memoria con la tecnología + más barata pero con un tiempo medio de acceso similar al de la tecnología + más rápida. + Por lo general, los datos solo se transfieren entre niveles adyacentes. +\end_layout + +\begin_layout Section +Funcionamiento +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Principio de localidad +\series default +: en un momento concreto, los programas acceden a una parte relativamente + pequeña de su espacio de direcciones. + Tipos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Localidad temporal +\series default +: Si se consulta un dato, probablemente será consultado próximamente. + En los programas aparecen multitud de bucles, por lo que se accederá repetidame +nte a instrucciones y datos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Localidad espacial +\series default +: Si se consulta un dato, probablemente serán consultados otros cercanos. + A las instrucciones se suele acceder secuencialmente, así como a los elementos + de una tabla. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para aprovechar la localidad espacial, la información se transfiere entre + niveles adyacentes en +\series bold +bloques +\series default +, cuyo tamaño depende de los niveles. + El +\series bold +tamaño de bloque +\series default + es el número de bytes que contiene, y para las cachés suele ser 64. + Decimos que hay un +\series bold +acierto +\series default + ( +\emph on +hit +\emph default +) cuando la información pedida por el procesador se encuentra en el nivel + superior, y un +\series bold +fallo +\series default + ( +\emph on +miss +\emph default +) cuando no. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +tasa de aciertos +\series default + ( +\emph on +hit rate +\emph default +) es la fracción de accesos a memoria que son aciertos, y se usa como medida + del rendimiento, mientras que la +\series bold +tasa de fallos +\series default + ( +\emph on +miss rate +\emph default +) es 1 menos la tasa de aciertos. + El +\series bold +tiempo de acierto +\series default + es el tiempo necesario para acceder al nivel superior de la memoria, incluyendo + el necesario para determinar si el acceso es un acierto o un fallo, y la + +\series bold +penalización por fallo +\series default + es el tiempo necesario para reemplazar un bloque del nivel superior por + otro del nivel inferior. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las direcciones de memoria se asignan a bytes individuales, lo que llamamos + +\series bold +dirección de byte +\series default + ( +\begin_inset Formula $D_{byte}$ +\end_inset + +). + Como las palabras (en general) son de varios bytes, cada palabra tiene + varias direcciones de byte, a las que asignamos una +\series bold +dirección de palabra +\series default + con +\begin_inset Formula $D_{palabra}=\left\lfloor \frac{D_{byte}}{T_{palabra}}\right\rfloor $ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $T_{palabra}$ +\end_inset + + es el número de bytes de la palabra, y el resto de esta división es el + desplazamiento de byte dentro de la palabra. + Igualmente, podemos asignar a cada bloque una +\series bold +dirección de bloque +\series default +, de forma que +\begin_inset Formula $D_{bloque}=\left\lfloor \frac{D_{byte}}{T_{bloque}}\right\rfloor $ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $T_{bloque}$ +\end_inset + + el tamaño del bloque, y el resto de esta división es el desplazamiento + de byte dentro del bloque. + Tanto el tamaño de palabra como el de bloque son potencias de 2, por lo + que el cálculo de las direcciones y desplazamientos es trivial. +\end_layout + +\begin_layout Section +Estructura +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una caché esta organizada en una serie de +\series bold +conjuntos +\series default + de bloques o +\series bold +huecos +\series default +, y una serie de +\series bold +vías +\series default +, que son el número de bloques por conjunto. + Llamamos +\series bold +asociatividad +\series default + de la caché al número de vías que contiene. + A cada bloque le corresponde un conjunto, dado por el resto de la dirección + de bloque entre el número de conjuntos, y dentro de este puede ocupar cualquier +a de los huecos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una mayor asociatividad aumenta la tasa de acierto por tener más libertad + a la hora de elegir qué bloques quitar, pero también aumenta el número + de comparaciones que hay que realizar, por lo que aumenta el coste al necesitar + más comparadores, así como el tiempo de acierto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una caché se dice +\series bold +de correspondencia directa +\series default + si tiene sólo una vía (un bloque por conjunto), y +\series bold +totalmente asociativa +\series default + si sólo tiene un conjunto. + A cada posición de la caché se le añade una +\series bold +etiqueta +\series default + ( +\emph on +tag +\emph default +) dada por +\begin_inset Formula $E=\left\lfloor \frac{D_{bloque}}{N_{S}}\right\rfloor $ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $N_{S}$ +\end_inset + + es el número de conjuntos. + Además, es necesario un +\series bold +bit de validez +\series default + en cada hueco que indique que el bloque tiene información válida. +\end_layout + +\begin_layout Section +Políticas de escritura +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Escritura directa +\series default + ( +\emph on +write through +\emph default +): Las escrituras se hacen a la vez en la caché y en memoria. + Si el bloque no está en caché, se suele escribir directamente la palabra + en memoria principal ( +\emph on +no write allocate +\emph default +), si bien también se puede traer el bloque a la caché ( +\emph on +write allocate +\emph default +), pero esto es mucho menos común. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Esta política es más fácil de implementar y tiene la ventaja de que los + fallos son menos costosos. + Sin embargo, en la práctica es necesario un +\series bold +buffer de escrituras +\series default + que almacene los datos para ser escritos de forma que el procesador no + tenga que detenerse hasta que acabe la escritura, salvo que el buffer esté + lleno. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Postescritura +\series default + ( +\emph on +write back +\emph default +): Las escrituras se hacen sólo en la caché, y sólo se actualiza la información + en memoria al sacar el bloque de la caché. + Es necesario un +\series bold +bit de modificación +\series default + o +\series bold +de sucio +\series default + ( +\emph on +dirty bit +\emph default +) en cada bloque, y si el bloque no está en caché se debe traer a caché. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Esta política tiene la ventaja de que en caso de acierto se puede escribir + más rápidamente, y que múltiples escrituras en un bloque requieren una + sola escritura en memoria, pudiendo hacer uso de +\series bold +escritura en ráfaga +\series default + para conseguir mayor ancho de banda. +\end_layout + +\begin_layout Section +Políticas de reemplazo +\end_layout + +\begin_layout Standard +En una caché asociativa (con más de una vía), al traer un bloque se puede + poner en cualquier hueco del conjunto, y si el conjunto está lleno (como + ocurre normalmente) hay que elegir qué bloque sacar de la cache. + Para ello hay varias políticas: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Aleatoria +\series default +: Se elige un bloque al azar. + Es la más sencilla de construir. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +LRU +\series default + ( +\emph on +Least Recently Used +\emph default +, Menos Recientemente Usado): Se elige el bloque que haya estado más tiempo + sin ser accedido. + Consigue menores tasas de fallo que el aleatorio, pero al aumentar la asociativ +idad se vuelve demasiado costoso, pues necesita mantener mucha información. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Pseudo-LRU +\series default +: Esquemas que +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +imitan +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + al LRU pero con implementación más sencilla. + Por ejemplo, el que utiliza un +\series bold +bit de uso +\series default + o +\series bold +de referencia +\series default + en cada bloque, que se pone a cero al traer el bloque y a 1 cada vez que + se accede a él, volviéndose a poner a cero en todos los bloques periódicamente. + A la hora de elegir un bloque que sustituir, se prefiere uno que tenga + a 0 el bit de uso. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +NRU +\series default + ( +\emph on +Not Recently Used +\emph default +): Para una caché de asociatividad 2, se puede implementar el LRU con un + sólo bit por conjunto. +\end_layout + +\begin_layout Section +Tamaño real y rendimiento +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $N_{S}$ +\end_inset + + es el número de conjuntos de la caché, +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es la asociatividad, +\begin_inset Formula $T_{bloque}$ +\end_inset + + es el tamaño de bloque, +\begin_inset Formula $W_{dir}$ +\end_inset + + el número de bits de las direcciones de memoria y +\begin_inset Formula $N_{bits-control}$ +\end_inset + + el número de bits de control necesarios por bloque (de 1 a 3 según lo visto + y puede que algunos más en una caché real), el tamaño útil de la caché + en bytes será +\begin_inset Formula $T_{útil}=N_{S}AT_{bloque}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por su parte, el tamaño total en bits será +\begin_inset Formula $T_{total}=N_{S}T_{conjunto}$ +\end_inset + +, con +\begin_inset Formula $T_{conjunto}=AT_{entrada}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $T_{entrada}=N_{bits-control}+W_{etiqueta}+8T_{bloque}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W_{etiqueta}=W_{dir}-\log_{2}N_{S}-\log_{2}T_{bloque}$ +\end_inset + +. + En resumen, +\begin_inset Formula +\[ +T_{total}=N_{S}A(8T_{bloque}+N_{bits-control}+W_{dir}-\log_{2}N_{S}-\log_{2}T_{bloque}) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para hallar el rendimiento de la caché usamos que +\begin_inset Formula $T_{ejec}=T_{CPU}+T_{bloqueo}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $T_{CPU}$ +\end_inset + + el tiempo de ejecución normal de CPU, contando aciertos en accesos de memoria, + y +\begin_inset Formula $T_{bloqueo}$ +\end_inset + + el bloqueo debido a fallos de caché. + Así, +\begin_inset Formula $T_{bloqueo}=N_{accesos}T_{F}P_{F}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $N_{accesos}$ +\end_inset + + es el total de accesos, +\begin_inset Formula $T_{F}$ +\end_inset + + la tasa de fallos y +\begin_inset Formula $P_{F}$ +\end_inset + + la penalización por fallos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Ahora bien, normalmente un procesador tiene cachés separadas para datos + e instrucciones para evitar que los datos +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +expulsen +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + instrucciones y viceversa y mejorar así el rendimiento. + Por tanto, si la caché de instrucciones tiene tasa de fallos +\begin_inset Formula $T_{Fi}$ +\end_inset + + y penalización +\begin_inset Formula $P_{Fi}$ +\end_inset + + y la de datos tiene tasa de fallos +\begin_inset Formula $T_{Fd}$ +\end_inset + + y penalización +\begin_inset Formula $P_{Fd}$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $D/I$ +\end_inset + + es la tasa de acceso a datos por instrucción (accesos a datos por número + de instrucciones), nos queda que +\begin_inset Formula +\[ +T_{bloqueo}=N_{instrucciones}(T_{Fi}P_{Fi}+D/I\cdot T_{Fd}P_{Fd}) +\] + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $N_{instrucciones}$ +\end_inset + + es el número de instrucciones que se ejecutan. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/etc/n5.lyx b/etc/n5.lyx new file mode 100644 index 0000000..d673bdf --- /dev/null +++ b/etc/n5.lyx @@ -0,0 +1,315 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +La +\series bold +memoria virtual +\series default + es una técnica consistente en usar la memoria principal como caché para + almacenamiento secundario, normalmente discos duros. + Objetivos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Proporcionar un gran espacio de direcciones: +\series default + Anteriormente, si un programa era demasiado grande, el programador debía + dividir el programa en segmentos independientes ( +\emph on +overlays +\emph default +) cargados y liberados de memoria por el propio programa, lo que dificultaba + la programación. + Además, debía haber un hueco de memoria libre contigua para cargar estos + segmentos, pero esta podía estar fragmentada en varios huecos demasiado + pequeños. + Con memoria virtual, el programador trabaja como si hubiera una gran memoria + sólo para el programa. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Permitir la compartición segura y eficiente de memoria entre varios programas: +\series default + La memoria principal sólo tiene que contener lo que se ejecuta en un momento + dado, por lo que se aprovecha mejor, y consigue que un proceso sólo pueda + leer y escribir la memoria que tiene asignada. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El sistema de memoria virtual crea un +\series bold +espacio de direcciones virtuales +\series default + para cada proceso, de forma que la CPU produce direcciones virtuales y + la +\series bold +MMU +\series default + ( +\emph on +Memory Management Unit +\emph default +) realiza la +\series bold +traducción de direcciones +\series default + ( +\emph on +address translation +\emph default +) a +\series bold +direcciones físicas +\series default +. + Un bloque de memoria virtual es una +\series bold +página +\series default +, un acierto es un +\series bold +acierto de página +\series default + y un fallo es un +\series bold +fallo de página +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las páginas deben ser lo bastante grandes para amortizar el tiempo de acceso + a disco, normalmente +\begin_inset Formula $\unit[4]{KiB}$ +\end_inset + + para páginas pequeñas y tamaños mucho mas grandes (de megabytes) para ciertos + casos. + Como la penalización por fallo es muy alta (de millones de ciclos e incluso + visible al usuario), es muy importante reducir la tasa de fallos, por lo + que se usa un esquema totalmente asociativo, y como los fallos de página + los gestiona el sistema operativo (porque la sobrecarga de usar software + aquí es despreciable) se pueden usar algoritmos de reemplazo más complejos. + Siempre se usa postescritura. +\end_layout + +\begin_layout Section +La tabla de páginas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una página virtual puede estar asociada a cualquier página física o a ninguna, + y esta información se almacena en la +\series bold +tabla de páginas +\series default +, una tabla multinivel manejada por el sistema operativo, almacenada en + memoria principal e indexada por el número de página virtual, que en cada + entrada contiene el número de página física junto con información adicional + como el bit de validez, el bit de sucio, bits de protección (permisos de + lectura, escritura y ejecución) y un bit de uso para políticas de reemplazo + o direcciones de disco, y su tamaño se redondea por exceso al tamaño de + palabra para facilitar el indexado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La MMU incluye una caché especial, el +\series bold +buffer de traducción adelantada de direcciones +\series default + o +\series bold +TLB +\series default + ( +\emph on +Translation Lookaside Buffer +\emph default +) que guarda traducciones de número de página virtual a número de página + física. + Suele emplear postescritura (principalmente para actualizar el bit de uso), + pues se espera una tasa de fallos pequeña. +\end_layout + +\begin_layout Section +Tratamiento de los fallos de página +\end_layout + +\begin_layout Standard +Al producirse un fallo de página se produce una +\series bold +excepción por fallo de página +\series default +, transfiriendo el control de la CPU al sistema operativo que, una vez guardado + el estado del programa en ejecución, debe encontrar la página solicitada + en memoria secundaria y colocarla en la principal, o notificar de un +\series bold +fallo de segmentación +\series default + ( +\emph on +segmentation fault +\emph default +) si la página solicitada no se corresponde con ningún dato del proceso. + El sistema operativo mantiene información de la posición en memoria secundaria + donde se guarda cada página virtual, bien en la propia tabla de páginas + o en una estructura aparte. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Normalmente se usa una política de reemplazo similar a LRU (pseudo-LRU), + pues se quieren minimizar los fallos de página pero un LRU puro es demasiado + caro por requerir actualizar la estructura en cada acceso a memoria. + Por ello algunas MMU proporcionan un +\series bold +bit de uso +\series default + o +\series bold +de referencia +\series default + que se activa por hardware cuando se accede a la página, y periódicamente + el sistema operativo desactiva todos los bits de uso, de forma similar + a como se hacía en las cachés. + Este esquema se puede perfeccionar más si en vez de tener en cuenta el + bit de uso en el último periodo se tiene en cuenta el bit de uso en un + número fijo de periodos anteriores. +\end_layout + +\begin_layout Section +Protección +\end_layout + +\begin_layout Standard +El sistema operativo mantiene separadas las páginas virtuales de programas + distintos para que uno no pueda acceder a los datos de otro, y cuando cambia + de proceso ( +\series bold +cambio de contexto +\series default + o +\series bold + de proceso +\series default +), cambia el valor del registro de tabla de páginas y, si hay TLB, lo vacía. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para que esta protección sea efectiva, la CPU tiene (al menos) dos modos + de funcionamiento: +\series bold +modo usuario +\series default +, para programas de usuario, y +\series bold +modo supervisor +\series default + o +\series bold +núcleo +\series default +, para el sistema operativo. + Desde el modo usuario, la lectura y escritura queda limitada a su espacio + de direcciones virtuales, puede que con ciertas restricciones adicionales, + impidiendo además que escriba en la tabla de páginas, la TLB o el registro + que apunta a la tabla de páginas, o cambie el modo de la CPU. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La CPU cambia de modo usuario a supervisor si se produce una interrupción, + una excepción producida por el programa o una llamada al sistema, basada + en una instrucción especial ( +\emph on +syscall +\emph default +) que transfiere el control al sistema operativo. + El retorno a modo usuario se realiza mediante una +\series bold +instrucción de retorno de excepción +\series default + (RFE). +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/etc/n6.lyx b/etc/n6.lyx new file mode 100644 index 0000000..37bb144 --- /dev/null +++ b/etc/n6.lyx @@ -0,0 +1,717 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +Según el +\series bold +modelo von Neumann +\series default +, un computador está formado por: procesador, memoria y entrada/salida (E/S). + Podemos clasificar los dispositivos de E/S en dispositivos de +\series bold +almacenamiento +\series default +, +\series bold +interfaz con el usuario +\series default +, +\series bold +visualización y multimedia +\series default +, +\series bold +comunicaciones +\series default + y +\series bold +adquisición de datos +\series default +. + También podemos clasificarlos según su ancho de banda. +\end_layout + +\begin_layout Section +Puertos y buses +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los periféricos tienen una serie de +\series bold +puertos +\series default + de E/S, registros externos a la CPU a través de los cuales se comunican + la CPU y los dispositivos, integrados en la +\series bold +controladora +\series default + del dispositivo. + Tipos de puertos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De datos +\series default +: Lectura o escritura del dato a transferir. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De control +\series default +: Donde la CPU escribe las órdenes. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De estado +\series default +: Indica el estado en que se encuentra el dispositivo (por ejemplo, +\emph on +ready +\emph default +/ +\emph on +not ready +\emph default +). +\end_layout + +\begin_layout Standard +La comunicación se realiza por +\series bold +buses +\series default + o +\series bold +canales compartidos +\series default +, canales de comunicación en los que existen puntos de acceso en los que + un dispositivo puede conectarse para formar parte del bus y comunicarse + con el resto de dispositivos conectados. + El hecho de ser compartido implica que las señales transmitidas por un + dispositivo están disponibles para el resto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si se conectan muchos dispositivos a un bus, sus prestaciones disminuyen, + al aumentar la latencia por el tiempo de coordinación, y se forma un +\series bold +cuello de botella +\series default + o +\series bold +congestión +\series default + por estar los dispositivos esperando a su turno para usar el bus. + Este problema se soluciona usando varios buses de distintas velocidades + organizados de forma jerárquica, con los dispositivos más exigentes conectados + a los buses más rápidos y cercanos al procesador. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +control de acceso al bus +\series default + o +\series bold +arbitraje del bus +\series default + es un mecanismo para resolver conflictos en el uso del bus, como que varios + dispositivos intentasen realizar una operación a través del bus a la vez. + Este mecanismo decide qué dispositivo puede tomar control en cada instante. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La forma más simple es establecer un +\series bold +amo +\series default + del bus ( +\emph on +master +\emph default +), normalmente la CPU, que es el único elemento que puede ordenar transferencias +, y el resto de dispositivos deben enviar una señal al amo para realizarlas; + sin embargo esto no suele ser posible. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un bus está formado por: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Líneas de control +\series default +: para gestionar el acceso y uso de las líneas de información. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Líneas de información +\series default +\SpecialChar endofsentence + +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize + +\series bold +Líneas de datos +\series default +: Para transmitir datos entre dispositivos. + El conjunto de estas es el +\series bold +bus de datos +\series default +, y su cardinal es la +\series bold +anchura del bus de datos +\series default +, factor clave para determinar las prestaciones del sistema. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Líneas de dirección +\series default +: Para determinar la fuente o destino del dato. + El conjunto de estas líneas es el +\series bold +bus de direcciones +\series default +, y su cardinal es la +\series bold +anchura del bus de direcciones +\series default +, que determina el número de direcciones disponibles y por tanto el máximo + de memoria y puertos direccionables. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Standard +Las líneas de información pueden ser +\series bold +multiplexadas +\series default +, si se usa el mismo conjunto de líneas para direcciones y datos en instantes + distintos definidos por un protocolo, o +\series bold +dedicadas +\series default +, en las que cada grupo de líneas tiene una función específica. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +anchura del bus +\series default + es el total de líneas de información, y distinguimos entre +\series bold +buses en serie +\series default +, con una sola línea de información, y +\series bold +buses en paralelo +\series default +, con varias líneas transmitiendo bits simultáneamente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +longitud del bus +\series default + es su longitud física, desde menos de un metro hasta cientos de metros. + Los eventos en el bus se coordinan con una +\series bold +temporización +\series default +, que puede ser: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Síncrona +\series default +: Una de las líneas de control es de reloj, y en esta se transmite una secuencia + alterna de unos y ceros a intervalos iguales que marcan cuándo suceden + los eventos. + El tiempo entre dos flancos del mismo tipo es el +\series bold +tiempo de ciclo de reloj +\series default + o +\series bold +ciclo de bus +\series default +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Estos protocolos permiten un elevado ancho de banda, pero a cambio todos + los dispositivos deben funcionar a la misma frecuencia y puede aparecer + un problema por +\series bold +sesgo de reloj +\series default +, la diferencia de tiempo entre que dos elementos ven un flanco de reloj, + por lo que la señal de reloj debe ser encauzada cuidadosamente para minimizar + el sesgo. + Por ello el bus tiene un tamaño limitado. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Asíncrona +\series default +: No hay señal de reloj, por lo que el bus puede ser todo lo largo que que +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +ra +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +mos, y podemos conectar dispositivos con distintas frecuencias de funcionameinto +s. + Sin embargo, son más lentos que los síncronos, necesitan más líneas de + control y puede haber fallos de sincronización. + Se usa un +\series bold +protocolo de presentación +\series default + ( +\emph on +handshaking +\emph default +) con una serie de pasos de modo que emisor y receptor solo proceden al + siguiente paso si están de acuerdo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +frecuencia de funcionamiento +\series default + de un bus síncrono es la de la señal de reloj que rige las transferencias. + El +\series bold +ancho de banda +\series default + ( +\emph on +bandwidth +\emph default +) +\series bold +teórico +\series default + es la cantidad de información que puede ser transmitida por un bus, en + cantidad de información por unidad de tiempo. + Su valor en bytes por segundo es +\begin_inset Formula $\frac{fn}{8}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es la anchura del bus de datos y +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es la frecuencia de funcionamiento en hercios. + Por su parte, el +\series bold +ancho de banda efectivo +\series default + se refiere a la cantidad de información por unidad de tiempo que realmente + se transmite, pues puede ser necesario dedicar varios ciclos para el protocolo + de acceso y el arbitraje del bus. +\end_layout + +\begin_layout Section +Direccionamiento +\end_layout + +\begin_layout Standard +El acceso a los dispositivos se puede hacer de dos formas, que afectan al + bus de direcciones y a la forma de programarlos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +E/S mapeada en memoria +\series default +: Parte del espacio de direcciones de memoria se asocia a los dispositivos + de E/S. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +E/S aislada +\series default +: Cada puerto de un dispositivo tiene un +\series bold +número de puerto +\series default +, al que se accede con instrucciones de la ISA específicas, y estos números + forman un espacio de direcciones de E/S dedicado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La E/S aislada no consume parte del espacio de direcciones de memoria, lo + que era útil en los procesadores de 8 y 16 bits como Intel 8086 que tenían + un espacio de direcciones limitado. + Sin embargo, supone mayor complejidad de la CPU por tener que implementar + instrucciones de E/S adicionales, y resulta en un menor repertorio de instrucci +ones para realizar estas operaciones. +\end_layout + +\begin_layout Section +Manejo de la E/S +\end_layout + +\begin_layout Standard +La técnica más simple es el +\series bold +sondeo +\series default + ( +\emph on +polling +\emph default +), +\series bold +encuesta +\series default + o +\series bold +escrutinio +\series default +, en la el procesador +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +sondea +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + los puertos para, una vez detectado un cambio de estado, actuar en consecuencia. + La encuesta puede ser: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Continua +\series default + ( +\series bold +espera activa +\series default +): El procesador se dedica exclusivamente a esto para detectar un cambio + de estado. + Sólo es permisible en dispositivos dedicados (sistemas empotrados). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Periódica +\series default +: Se sondea cada cierta cantidad de tiempo. + Lo habitual es usarla sólo para algunos dispositivos como el ratón. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El sondeo es la técnica con menor latencia, pero también supone una gran + pérdida de tiempo de CPU, por lo que en la práctica los dispositivos se + manejan por +\series bold +interrupciones +\series default +: La CPU encarga al dispositivo una transferencia y continúa haciendo otras + cosas, y cuando la tarea termina, el dispositivo avisa a la CPU mediante + una interrupción externa. + Entonces la CPU: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Deja automáticamente lo que esté haciendo. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Identifica qué dispositivo ha enviado la interrupción. + Para ello, bien existe una línea de interrupción dedicada para cada dispositivo +, como ocurre en MIPS, o se activa una línea de interrupción única y el + dispositivo se identifica insertando un +\series bold +número de interrupción +\series default + en el bus de datos de la CPU, como ocurre en IA32. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Salta a la +\series bold +rutina de servicio de la interrupción +\series default + ( +\series bold +RSI +\series default +) o +\series bold +manejador +\series default +\SpecialChar endofsentence + Este puede estar en una dirección de memoria fija, como ocurre en MIPS, + y contener código para comprobar qué interrupción concreta se ha producido, + o puede saltar a una dirección variable indicada en una tabla de direcciones + indexada por el número de interrupción, como ocurre en IA32, lo que se + conoce como +\series bold +interrupciones vectorizadas +\series default +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Antes de saltar a esta rutina es necesario guardar, como mínimo, el contador + de programa y posiblemente el registro de estado para las condiciones ( +\emph on +flags +\emph default +). + El resto de registros los puede guardar la propia rutina. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Una vez ejecutada la RSI, recupera el estado y reanuda el proceso interrumpido. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Este método, si bien puede mejorar el rendimiento respecto al sondeo, también + puede incluso empeorarlo, por lo que normalmente se usa junto con DMA. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +acceso directo a memoria +\series default + o +\series bold +DMA +\series default + ( +\emph on +Direct Memory Access +\emph default +) es un mecanismo que permite la transferencia de datos desde un dispositivo + a memoria, o viceversa, sin intervención del procesador. + Para ello se una una +\series bold +controladora de DMA +\series default + (normalmente varias), circuito especializado en transferir datos entre + dispositivos y memoria. + Esto conlleva que el bus tenga varios amos (CPU y DMA), por lo que es necesario + un sistema de arbitraje. + Para realizar una transferencia DMA: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La CPU inicializa la controladora de DMA con datos como origen y destino + de datos, número de bytes a transferir y sentido del desplazamiento (direccione +s crecientes, decrecientes o fijas para origen y destino). +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La controladora de DMA pide el bus, y cuando lo consigue va realizando las + operaciones solicitadas. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Finalmente, la controladora de DMA genera una interrupción indicando fin + de trans +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +fe +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +ren +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +cia o error. +\end_layout + +\begin_layout Section +El sistema operativo +\end_layout + +\begin_layout Standard +Cuando arranca el ordenador, se realizan algunas comprobaciones y operaciones + iniciales y a continuación se carga el sistema operativo, que a su vez + carga los +\emph on +drivers +\emph default + de los dispositivos, es decir, las rutinas de petición de E/S y las posibles + RSI asociadas. + Sólo el sistema operativo tiene conocimiento de los puertos, órdenes, etc., + y por seguridad es el único que puede acceder a E/S, mientras que el resto + de programas deben solicitar sus servicios mediante +\series bold +llamadas al sistema +\series default + ( +\emph on +syscalls +\emph default +). +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/etc/na.lyx b/etc/na.lyx new file mode 100644 index 0000000..44a9476 --- /dev/null +++ b/etc/na.lyx @@ -0,0 +1,2030 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +Número +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +Nombre ABI +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +Uso +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$0 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$zero +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Conectado al valor 0. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$at +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Para uso temporal por el ensamblador. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$2 +\family default +, +\family typewriter +$3 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$v0 +\family default +, +\family typewriter +$v1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Resultados de llamadas a procedimiento. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$4 +\family default +– +\family typewriter +$7 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$a0 +\family default +– +\family typewriter +$a3 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Parámetros de las llamadas a procedimiento. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$8 +\family default +– +\family typewriter +$15 +\family default +, +\family typewriter +$24 +\family default +, +\family typewriter +$25 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$t0 +\family default +– +\family typewriter +$t9 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Valores temporales. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$16 +\family default +– +\family typewriter +$23 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$s0 +\family default +– +\family typewriter +$s7 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Variables locales, preservadas entre llamadas. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$26 +\family default +, +\family typewriter +$27 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$k0 +\family default +, +\family typewriter +$k1 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Reservados para su uso por el sistema operativo. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$28 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$gp +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Puntero al segmento de datos (no us. + en práct.). +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$29 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$sp +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Puntero de pila. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$30 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$fp +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Puntero de marco (no usado en prácticas). +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$31 +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\family typewriter +$ra +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Dirección de retorno, preservada entre llamadas. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Además: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +El coprocesador 0, de manejo de excepciones, posee los registros +\family typewriter +$8 +\family default + ( +\family typewriter +vaddr +\family default +), +\family typewriter +$12 +\family default + ( +\family typewriter +status +\family default +), +\family typewriter +$13 +\family default + ( +\family typewriter +cause +\family default +) y +\family typewriter +$14 +\family default + ( +\family typewriter +epc +\family default +), de 32 bits cada uno. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +El coprocesador 1, de punto flotante, posee los registros +\family typewriter +$f0 +\family default +– +\family typewriter +$f31 +\family default +, de 32 bits cada uno, que representan un entero de simple precisión o se + combinan en parejas (nombradas como el registro de menor número, que será + par) para representar enteros de doble precisión. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +El registro +\family typewriter +pc +\family default + contiene la +\emph on +siguiente +\emph default + instrucción a ejecutar. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Los registros +\family typewriter +hi +\family default + y +\family typewriter +lo +\family default + se combinan para representar un entero de 64 bits, usado en multiplicaciones. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Al inicio de un procedimiento, se disminuye +\family typewriter +$sp +\family default + tanto como sea necesario y se guardan, en las direcciones +\family typewriter +0($sp) +\family default +, +\family typewriter +4($sp) +\family default +, etc., si es necesario, el valor del registro +\family typewriter +$ra +\family default + y el de los re +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +gis +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +tros +\family typewriter +$s +\emph on +x +\family default +\emph default + que vayamos a utilizar. + Al final, se vuelven a cargar estos valores en los registros correspondientes, + se aumenta +\family typewriter +$sp +\family default + y se salta a la dirección apuntada por +\family typewriter +$ra +\family default +\SpecialChar endofsentence + +\end_layout + +\begin_layout Section +Instrucciones +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Aritmético-lógicas: +\series default + +\family typewriter +add[i][u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}+Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +and[i] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}\land Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +div[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $LO\leftarrow\left\lfloor \frac{R_{s}}{R_{t}}\right\rfloor $ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $HI\leftarrow R_{s}-R_{t}LO$ +\end_inset + +), +\family typewriter +madd[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $HI:LO\leftarrow HI:LO+R_{s}\cdot R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +msub[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $HI:LO\leftarrow HI:LO-R_{s}\cdot R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mul +\family default + ( +\begin_inset Formula $HI:LO\leftarrow R_{s}\cdot R_{t}$ +\end_inset + +, seguido de +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow LO$ +\end_inset + +, sin desbordamiento), +\family typewriter +mult[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $HI:LO\leftarrow R_{s}\cdot R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +nor +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow\neg(R_{s}\lor R_{t})$ +\end_inset + +), +\family typewriter +or[i] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}+R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +slt[i][u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow\begin{cases} +1 & \text{si }R_{s}<Op2\\ +0 & \text{si }R_{s}\geq Op2 +\end{cases}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +sub[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}-R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +xor[i] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}\text{ XOR }R_{t}$ +\end_inset + +). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Parámetros: +\begin_inset Formula $R_{d}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $R_{s}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Op2$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $Op2$ +\end_inset + + es un inmediato si se añade +\family typewriter +i +\family default + o un registro si no. + La +\family typewriter +u +\family default + indica que se ignora el posible desbordamiento, salvo en instrucciones + de multiplicación, en cuyo caso indica que la multiplicación es sin signo. + Las operaciones lógicas son bit a bit. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De desplazamiento de bits: +\series default + +\family typewriter +sll[v] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}<<Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +sra[v] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}>>Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +srl[v] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow(unsigned)R_{s}>>Op2$ +\end_inset + +). + Parámetros: +\begin_inset Formula $R_{d}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $R_{s}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Op2$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $Op2$ +\end_inset + + es un registro si se añade +\family typewriter +v +\family default + o un inmediato si no. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De punto flotante: +\series default + +\family typewriter +abs.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow|R_{s}|$ +\end_inset + +), +\family typewriter +add.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}+R_{t}$ +\end_inset + +), +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family typewriter +c.[eq|le|lt].[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $coproc1.cond[l]\leftarrow R_{s}[=|\leq|<]R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +ceil.w.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $((int)R_{d})\leftarrow\lceil R_{s}\rceil$ +\end_inset + +), +\family typewriter + cvt.[d.[s|w]|s.[d|w]|w.[d.s]] +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family default +( +\begin_inset Formula $((double|float|int)R_{d})\leftarrow((double|float|int)R_{s})$ +\end_inset + +, +\family typewriter + div.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow\frac{R_{s}}{R_{t}}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +floor.w.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $((int)R_{d})=\lfloor R_{s}\rfloor$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mul.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}\cdot R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +round.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $((int)R_{d})\leftarrow round(R_{s})$ +\end_inset + +), +\family typewriter +sqrt.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow\sqrt{R_{s}}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +sub.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}-R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +trunc.w.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $((int)R_{d})\leftarrow\lfloor R_{s}\rfloor$ +\end_inset + +). + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Parámetros: +\begin_inset Formula $l$ +\end_inset + + opcional para +\family typewriter +c.[eq|le|lt].[d|s] +\family default + (por defecto 0), seguido de +\begin_inset Formula $R_{d}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $R_{s}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $R_{t}$ +\end_inset + + (sólo los que se indican en la descripción de instrucción). + Estos corresponden a los registros del coprocesador 1, tratados como de + simple precisión, si la instrucción termina en +\family typewriter +.s +\family default +, o parejas de estos, tratados como de doble precisión, si termina en +\family typewriter +.d +\family default +; sin embargo, el indicar +\begin_inset Formula $float$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $double$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $int$ +\end_inset + + junto a estos indica que se trata de números en punto flotante de simple + precisión, de doble precisión (mediante parejas de registros) o enteros + de 32 bits (en los tres casos registros del coprocesador 1). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De salto: +\series default + +\family typewriter +bc1f +\family default + ( +\begin_inset Formula $coproc1.cond[l]=0$ +\end_inset + +), +\family typewriter +bc1t +\family default + ( +\begin_inset Formula $coproc1.cond[l]=1$ +\end_inset + +), +\family typewriter +beq +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}=R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +bgez[al] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\geq0$ +\end_inset + +), +\family typewriter +bgtz +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}>0$ +\end_inset + +), +\family typewriter +blez +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\leq0$ +\end_inset + +), +\family typewriter +bltz[al] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}<0$ +\end_inset + +), +\family typewriter +bne +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\neq R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +j[al] +\family default + (siempre). + Entre paréntesis se indica la condición necesaria para +\begin_inset Formula $PC\leftarrow label$ +\end_inset + +. + +\family typewriter +al +\family default + además hace antes +\begin_inset Formula $\mathtt{\$ra}\leftarrow PC$ +\end_inset + +. + Parámetros: +\begin_inset Formula $l$ +\end_inset + + opcional para +\family typewriter +bc1f +\family default + o +\family typewriter +bc1t +\family default + (por defecto 0) o uno o dos registros ( +\family typewriter +\emph on +Rs +\emph default +[, +\emph on +Rt +\emph default +] +\family default +) según requiera la condición, seguidos de +\begin_inset Formula $label$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +También, +\family typewriter +jr Rs +\family default + para +\begin_inset Formula $PC\leftarrow R_{s}$ +\end_inset + +, o +\family typewriter +jalr [Rd, ]Rs +\family default + (por defecto +\begin_inset Formula $R_{d}=\mathtt{\$ra}$ +\end_inset + +) para antes hacer +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow PC$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De excepción: +\series default + +\family typewriter +teq[i] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}=Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +tge[i][u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\geq Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +tlt[i][u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}<Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +tne[i] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\neq Op2$ +\end_inset + +). + Entre paréntesis se indica la condición para provocar una excepción de + software. + Parámetros: +\begin_inset Formula $R_{s}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Op2$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $Op2$ +\end_inset + + es un inmediato si se añade +\family typewriter +i +\family default + o un registro si no. + La comparación es con signo salvo si se especifica +\family typewriter +u +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De acceso a memoria: +\series default + +\family typewriter +l[b][u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow(s16|u16)Mem)$ +\end_inset + +), +\family typewriter +l[d|w]c1 +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\family default +( +\begin_inset Formula $((double|float)R_{d})\leftarrow Mem$ +\end_inset + +), +\family typewriter +lh[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow(s16|u16)Mem$ +\end_inset + +), +\family typewriter +lw +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow(int)Mem$ +\end_inset + +), +\family typewriter + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +sb +\family default + ( +\begin_inset Formula $(s8|u8)Mem\leftarrow R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +s[d|w]c1 +\family default + ( +\begin_inset Formula $(double|float)Mem\leftarrow((double|float)R_{t})$ +\end_inset + +), +\family typewriter + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +sh +\family default + ( +\begin_inset Formula $(s16|u16)Mem\leftarrow R_{t}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +sw +\family default + ( +\begin_inset Formula $(int)Mem\leftarrow R_{t}$ +\end_inset + +). + Parámetros: +\family typewriter + +\begin_inset Formula $R_{t}$ +\end_inset + +, [ +\begin_inset Formula $despl.$ +\end_inset + +][( +\begin_inset Formula $R_{s}$ +\end_inset + +)] +\family default + (por defecto, +\begin_inset Formula $despl.=0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $R_{s}=\mathtt{\$0}$ +\end_inset + +), con +\begin_inset Formula $Mem=*(despl.+R_{s})$ +\end_inset + +. +\family typewriter + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +ll +\family default + es como +\family typewriter +lw +\family default + pero, en sistemas multinúcleo funciona con +\family typewriter +sc +\family default +, similar a +\family typewriter +sw +\family default +, para lectura-modificación-escritura atómica. + +\family typewriter +lwl +\family default + y +\family typewriter +lwr +\family default + cargan de 1 a 4 bytes, justificados respectivamente a izquierda o derecha, + desde la dirección dada hasta el byte, respectivamente, menos o más significati +vo de la palabra. + +\family typewriter +swl +\family default + y +\family typewriter +swr +\family default + hacen lo mismo pero al revés (almacenan). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De transferencia: +\series default + +\family typewriter +lui +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow2^{16}\cdot imm$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mfc0 +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow E_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mfc1 +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow F_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mfhi +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow HI$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mflo +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow LO$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mov.d +\family default + ( +\begin_inset Formula $D_{d}\leftarrow D_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mov.s +\family default + ( +\begin_inset Formula $F_{d}\leftarrow F_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +movf[|.d|.s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $coproc1.cond[l]=0:G_{d}\leftarrow G_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +movt[|.d|.s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $coproc1.cond[l]=1:G_{d}\leftarrow G_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +movn[|.d|.s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{t}\neq0:G_{d}\leftarrow G_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +movz[|.d|.s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{t}=0:G_{d}\leftarrow G_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mtc0 +\family default + ( +\begin_inset Formula $E_{t}\leftarrow R_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mtc1 +\family default + ( +\begin_inset Formula $F_{t}\leftarrow R_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mthi +\family default + ( +\begin_inset Formula $HI\leftarrow R_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +mtlo +\family default + ( +\begin_inset Formula $LO\leftarrow R_{s}$ +\end_inset + +). + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Parámetros: En orden, +\begin_inset Formula $X_{d}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $X_{s}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $X_{t}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $imm$ +\end_inset + + (de estos sólo los que aparezcan en la des +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +crip +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +ción), más +\family typewriter +l +\family default + opcional (por defecto 0) para +\family typewriter +movf[|.d|.s] +\family default + y +\family typewriter +movt[|.d|.s] +\family default +. + En la descripción, la +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + aparece como una +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + para registros del procesador, +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + + si son del coprocesador 0, +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + si son del 1 y +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + + si son parejas de registros del 1 para doble precisión, y +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + indica +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + cuando la instrucción acaba en +\family typewriter +.s +\family default +, +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + + cuando acaba en +\family typewriter +.d +\family default + o +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + en caso contrario. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Miscelánea: +\series default + +\family typewriter +break [imm] +\family default + (termina la ejecución con una excepción, con código especificado opcionalmente + por +\family typewriter +imm +\family default +), +\family typewriter +clo Rd, Rs +\family default + (establece +\begin_inset Formula $R_{d}$ +\end_inset + + como el número de 1s desde el bit más significativo de +\begin_inset Formula $R_{s}$ +\end_inset + +), +\family typewriter +clz Rd, Rs +\family default + (igual pero con 0s), +\family typewriter +eret +\family default + (vuelve de una excepción, +\begin_inset Formula $PC\leftarrow\mathtt{epc}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\mathtt{status}[1]\leftarrow0$ +\end_inset + +), +\family typewriter +nop +\family default + (no hace nada), +\family typewriter +syscall +\family default + (realiza una llamada al sistema). +\end_layout + +\begin_layout Section +Pseudoinstrucciones +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Aritmético-lógicas +\series default +: Poder omitir +\begin_inset Formula $R_{d}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $R_{d}=R_{s}$ +\end_inset + +. + Poder especificar un inmediato mayor que +\begin_inset Formula $2^{16}-1$ +\end_inset + + (o fuera del rango +\begin_inset Formula $[-2^{15},2^{15}-1]$ +\end_inset + + si es con signo). + +\family typewriter +abs Rd, Rs +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow|R_{s}|$ +\end_inset + +). + +\family typewriter +div[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow\left\lfloor \frac{R_{s}}{R_{t}}\right\rfloor $ +\end_inset + +). + +\family typewriter +mulo[u] +\family default + (como +\family typewriter +mul[u] +\family default + pero con detección de desbordamiento). + +\family typewriter +neg[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow-R_{s}$ +\end_inset + +, la +\family typewriter +u +\family default + indica que no se detectan desbordamientos). + +\family typewriter +not +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow\neg R_{s}$ +\end_inset + +). + +\family typewriter +rem[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow R_{s}-R_{t}\left\lfloor \frac{R_{s}}{R_{t}}\right\rfloor $ +\end_inset + +). + +\family typewriter +seq +\family default +, +\family typewriter +sge[u] +\family default +, +\family typewriter +sgt[u] +\family default +, +\family typewriter +sle[u] +\family default +, +\family typewriter +sne +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}=\begin{cases} +1 & \text{si }R_{s}[=|\geq|>|\leq|\neq]Op2\\ +0 & \text{si }R_{s}[\neq|<|\leq|>|=]Op2 +\end{cases}$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De desplazamiento de bits +\series default +: +\family typewriter +ro[l|r] Rd, Rs, Op2 +\family default + (rota los bits de +\begin_inset Formula $R_{s}$ +\end_inset + +, respectivamente a izquierda o derecha, en un número de bits indicado por + +\begin_inset Formula $Op2$ +\end_inset + +, que puede ser registro o inmediato). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De salto +\series default +: Poder comparar con inmediatos y de tamaño arbitrario. + +\family typewriter +b label +\family default + (incondicional). + +\family typewriter +bge[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\geq Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +bgt[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}>Op2$ +\end_inset + +), +\family typewriter +ble[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\leq Op2$ +\end_inset + +) y +\family typewriter +blt[u] +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}<Op2$ +\end_inset + +), donde la +\family typewriter +u +\family default + indica que la comparación es sin signo. + +\family typewriter +beqz +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}=0$ +\end_inset + +) y +\family typewriter +bnez +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{s}\neq0$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De acceso a memoria +\series default +: Poder especificar un desplazamiento fuera del rango +\begin_inset Formula $[-2^{15},2^{15}-1]$ +\end_inset + +, o una etiqueta, o la suma de +\begin_inset Formula $etiqueta\mathtt{+}despl.$ +\end_inset + +. +\family typewriter + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +l.[d|s] +\family default + ( +\begin_inset Formula $((double|float)R_{d})\leftarrow(double|float)Mem$ +\end_inset + +). + +\family typewriter +ld +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d+1}:R_{d}\leftarrow(long)Mem$ +\end_inset + +). + Análogamente se definen +\family typewriter +s.[d|s] +\family default + y +\family typewriter +sd +\family default +. + También +\family typewriter +ulh[u] +\family default +, +\family typewriter +ulw +\family default +, +\family typewriter +ush +\family default +, +\family typewriter +usw +\family default + (similares, respectivamente, a +\family typewriter +lh[u] +\family default +, +\family typewriter +lw +\family default +, +\family typewriter +sh +\family default + y +\family typewriter +sw +\family default + pero no requieren que la dirección dada sea múltiplo del tamaño del dato + a mover). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De transferencia +\series default +: +\family typewriter +la +\family default + (similar a +\family typewriter +lb +\family default + pero carga la +\emph on +dirección +\emph default + dada en vez de su contenido). + +\family typewriter +li +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d}\leftarrow imm$ +\end_inset + +, con +\begin_inset Formula $imm$ +\end_inset + + de tamaño arbitrario). + +\family typewriter +mfc1.d +\family default + ( +\begin_inset Formula $R_{d+1}:R_{d}\leftarrow D_{s}$ +\end_inset + +). + +\family typewriter +mtc1.d +\family default + ( +\begin_inset Formula $D_{s}\leftarrow R_{t+1}:R_{t}$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/etc/pegado1.png b/etc/pegado1.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..e082650 --- /dev/null +++ b/etc/pegado1.png diff --git a/etc/pegado10.png b/etc/pegado10.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..e7fe543 --- /dev/null +++ b/etc/pegado10.png diff --git a/etc/pegado11.png b/etc/pegado11.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..deb255a --- /dev/null +++ b/etc/pegado11.png diff --git a/etc/pegado12.png b/etc/pegado12.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4aba998 --- /dev/null +++ b/etc/pegado12.png diff --git 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/dev/null +++ b/etc/pegado19.png diff --git a/etc/pegado2.png b/etc/pegado2.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..16b592a --- /dev/null +++ b/etc/pegado2.png diff --git a/etc/pegado20.png b/etc/pegado20.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..1a0576c --- /dev/null +++ b/etc/pegado20.png diff --git a/etc/pegado21.png b/etc/pegado21.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..fae9c4c --- /dev/null +++ b/etc/pegado21.png diff --git a/etc/pegado22.png b/etc/pegado22.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..b83750d --- /dev/null +++ b/etc/pegado22.png diff --git a/etc/pegado23.png b/etc/pegado23.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..c8ee106 --- /dev/null +++ b/etc/pegado23.png diff --git a/etc/pegado24.png b/etc/pegado24.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..8322367 --- /dev/null +++ b/etc/pegado24.png diff --git a/etc/pegado25.png b/etc/pegado25.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..be728d1 --- /dev/null +++ b/etc/pegado25.png diff --git a/etc/pegado26.png b/etc/pegado26.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..f2c318f --- /dev/null +++ b/etc/pegado26.png diff --git a/etc/pegado27.png b/etc/pegado27.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..5919338 --- /dev/null +++ b/etc/pegado27.png diff --git a/etc/pegado28.png b/etc/pegado28.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..8265520 --- /dev/null +++ b/etc/pegado28.png diff --git a/etc/pegado29.png b/etc/pegado29.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..8e38d87 --- /dev/null +++ b/etc/pegado29.png diff --git a/etc/pegado3.png b/etc/pegado3.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..1f1a8e5 --- /dev/null +++ b/etc/pegado3.png diff --git a/etc/pegado30.png b/etc/pegado30.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..c0d7714 --- /dev/null +++ b/etc/pegado30.png diff --git a/etc/pegado31.png b/etc/pegado31.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4b68285 --- /dev/null +++ b/etc/pegado31.png diff --git a/etc/pegado32.png b/etc/pegado32.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..2b6aa45 --- /dev/null +++ b/etc/pegado32.png diff --git a/etc/pegado33.png b/etc/pegado33.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4fb20f2 --- /dev/null +++ b/etc/pegado33.png diff --git a/etc/pegado34.png b/etc/pegado34.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..173d636 --- /dev/null +++ b/etc/pegado34.png diff --git a/etc/pegado35.png b/etc/pegado35.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..b1170e8 --- /dev/null +++ b/etc/pegado35.png diff --git a/etc/pegado36.png b/etc/pegado36.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..ae92763 --- /dev/null +++ b/etc/pegado36.png diff --git a/etc/pegado37.png b/etc/pegado37.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..c5c5950 --- /dev/null +++ b/etc/pegado37.png diff --git a/etc/pegado38.png b/etc/pegado38.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..cdd0e06 --- /dev/null +++ b/etc/pegado38.png diff --git a/etc/pegado39.png b/etc/pegado39.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..ba8d4dd --- /dev/null +++ b/etc/pegado39.png diff --git a/etc/pegado4.png b/etc/pegado4.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..6ec2ae1 --- /dev/null +++ b/etc/pegado4.png diff --git a/etc/pegado40.png b/etc/pegado40.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4ed2b75 --- /dev/null +++ b/etc/pegado40.png diff --git a/etc/pegado41.png b/etc/pegado41.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..5ae2c6d --- /dev/null +++ b/etc/pegado41.png diff --git a/etc/pegado42.png b/etc/pegado42.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..14ec3a0 --- /dev/null +++ b/etc/pegado42.png diff --git a/etc/pegado43.png b/etc/pegado43.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..dc9a751 --- /dev/null +++ b/etc/pegado43.png diff --git a/etc/pegado44.png b/etc/pegado44.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..3861a71 --- /dev/null +++ b/etc/pegado44.png diff --git a/etc/pegado5.png b/etc/pegado5.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..9687f75 --- /dev/null +++ b/etc/pegado5.png diff --git a/etc/pegado6.png b/etc/pegado6.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..37cee54 --- /dev/null +++ b/etc/pegado6.png diff --git a/etc/pegado7.png b/etc/pegado7.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..69b5307 --- /dev/null +++ b/etc/pegado7.png diff --git a/etc/pegado8.png b/etc/pegado8.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..2a17519 --- /dev/null +++ b/etc/pegado8.png diff --git a/etc/pegado9.png b/etc/pegado9.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..3aa281d --- /dev/null +++ b/etc/pegado9.png diff --git a/ffi/n.lyx b/ffi/n.lyx new file mode 100644 index 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For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\begin_preamble +\usepackage{circuitikz} +\usepackage{tikz} +\end_preamble +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize 10 +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize a5paper +\use_geometry true +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\leftmargin 0.2cm +\topmargin 0.7cm +\rightmargin 0.2cm +\bottommargin 0.7cm +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle empty +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Title +Fundamentos físicos de la informática +\end_layout + +\begin_layout Date +\begin_inset Note Note +status open + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +cryear{2018} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "../license.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Bibliografía: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Electronics and Communication for Scientists and Engineers, Martin Plonus. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Diapositivas de D. + Miguel Ángel Zamora Izquierdo, Universidad de Murcia. +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Circuitos de corriente continua +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n1.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Circuitos de corriente alterna +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n2.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Diodos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n3.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Transistores +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n4.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Amplificadores operacionales +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n5.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/ffi/n1.lyx b/ffi/n1.lyx new file mode 100644 index 0000000..2f65529 --- /dev/null +++ b/ffi/n1.lyx @@ -0,0 +1,1474 @@ +#LyX 2.3 created this file. 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+draw (0,0) to[#1] (2,0); +\backslash +end{circuitikz}} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +show#1{ +\backslash +begin{center} +\backslash +represent{#1} +\backslash +end{center}} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Magnitudes y conceptos básicos +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +carga eléctrica +\series default + ( +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + +) se mide en +\series bold +culombios +\series default + ( +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + +) y será siempre múltiplo de +\begin_inset Formula $|e|=\unit[1.602\cdot10^{-19}]{C}$ +\end_inset + +, pues los electrones, protones y neutrones tienen una carga respectiva + de +\begin_inset Formula $-|e|$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $|e|$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +fuerza +\series default + es +\begin_inset Formula $F=ma$ +\end_inset + +, y se mide en +\series bold +newtons +\series default + ( +\begin_inset Formula $N$ +\end_inset + +). + La +\series bold +ley de Coulomb +\series default + afirma que entre dos cargas eléctricas +\begin_inset Formula $Q_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Q_{2}$ +\end_inset + +, que medimos en culombios ( +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + +), existe una fuerza +\begin_inset Formula +\[ +F=k\frac{Q_{1}Q_{2}}{r^{2}} +\] + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $r$ +\end_inset + + es la distancia entre ambas y +\begin_inset Formula $k=\unit[8.9875\cdot10^{9}]{N\cdot m^{2}/C^{2}}$ +\end_inset + + es la +\series bold +constante de Coulomb +\series default +, que también podemos expresar en función de la +\series bold +permitividad en el vacío +\series default + ( +\begin_inset Formula $\varepsilon_{0}$ +\end_inset + +) como +\begin_inset Formula $k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_{0}}$ +\end_inset + +. + Esta fuerza es repulsiva si las cargas son del mismo signo y atractiva + en otro caso. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La intensidad del +\series bold +campo eléctrico +\series default + en un punto es +\begin_inset Formula $E=\frac{F}{Q}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + la fuerza a la que estaría sometida la carga +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + en dicho punto. + El campo eléctrico puede representarse mediante +\series bold +líneas de campo +\series default +, que parten de las cargas positivas (o del infinito) y van a las cargas + negativas (o al infinito). + La dirección y el sentido son en cada punto los de +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +, y la densidad de líneas es proporcional al módulo. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +El +\series bold +trabajo +\series default + es +\begin_inset Formula $W=\int_{a}^{b}F\,dl$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $l$ +\end_inset + + es el recorrido y +\begin_inset Formula $a$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $b$ +\end_inset + + los puntos de partida y de llegada (se tiene +\begin_inset Formula $dW=F\cdot dl$ +\end_inset + +). + Se mide en +\series bold +julios +\series default + ( +\begin_inset Formula $J$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Itemize +El +\series bold +voltaje +\series default + o +\series bold +diferencia de potencial +\series default + es +\begin_inset Formula $V=\int E\,dl$ +\end_inset + + (se tiene +\begin_inset Formula $dV=E\cdot dl=\frac{dW}{Q}$ +\end_inset + +), y se mide en +\series bold +voltios +\series default + ( +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +). + Así, +\begin_inset Formula $E=\frac{dV}{dl}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +intensidad de corriente +\series default + es +\begin_inset Formula $I=\frac{dQ}{dt}$ +\end_inset + +, y se mide en amperios ( +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + +). + Benjamin Franklin creía que las cargas que fluían en los circuitos eléctricos + eran positivas, por lo que el sentido de la corriente es en el que fluirían + las cargas positivas sujetas al campo eléctrico dado. + Hoy sabemos que la corriente en un cable conductor se debe al movimiento + de electrones, de modo que el sentido de la corriente es opuesto al del + movimiento de electrones. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +potencia +\series default + es +\begin_inset Formula $P=\frac{dW}{dt}$ +\end_inset + + y se mide en vatios ( +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + +). + Se tiene que +\begin_inset Formula $P=\frac{dW}{dt}=\frac{dW}{dQ}\frac{dQ}{dt}=VI$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Cuando un electrón fluye a través de un material, colisiona con los átomos, + decelerando, y debe pues ser acelerado de nuevo por el campo eléctrico. + La +\series bold +resistividad +\series default + ( +\begin_inset Formula $\rho$ +\end_inset + +) es una propiedad de los materiales relacionada con el tiempo medio entre + colisiones, y es muy baja en materiales conductores y muy alta en aislantes. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +resistencia +\series default + ( +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + +) es una propiedad de los elementos de un circuito, y viene dada por la + +\series bold +ley de Ohm +\series default +, que afirma que +\begin_inset Formula $V=RI$ +\end_inset + +. + Se mide en ohmios ( +\begin_inset Formula $\Omega$ +\end_inset + +), y para un cable de sección +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + y longitud +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + +, viene dada por +\begin_inset Formula $R=\rho\frac{\ell}{A}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $\rho$ +\end_inset + + la +\series bold +resistividad +\series default +. + Un material conductor tiene muy baja resistividad, mientras que uno aislante + tiene resistividad muy alta. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +conductancia +\series default + es +\begin_inset Formula $G=R^{-1}$ +\end_inset + +, y se mide en siemens ( +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las colisiones de electrones con los átomos del metal transfieren energía + a estos haciendo que la temperatura del metal aumente. + El ratio de conversión es +\begin_inset Formula $P=VI=I^{2}R$ +\end_inset + +, lo que se conoce como +\series bold +ley de Joule +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un circuito está formado por una serie de elementos +\series bold +activos +\series default + (fuentes, transistores) y +\series bold +pasivos +\series default + (resistencias, condensadores, inductores), interconectados por cables de + resistencia despreciable. + En los elementos pasivos, el potencial eléctrico en el terminal por donde + +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +sale +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + la corriente es menor que por el que entra (lo llamamos pues terminal negativo, + y al otro terminal positivo). +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +ley de Kirchhoff para el voltaje +\series default + afirma que la suma de voltajes alrededor de cualquier bucle es cero ( +\begin_inset Formula $\sum V_{n}=0$ +\end_inset + +), es decir, las +\series bold +caídas de potencial +\series default + deben sumar lo mismo que las subidas de potencial. + La +\series bold +ley de Kirchhoff para la intensidad +\series default + afirma que la suma de las intensidades de corriente entrando a cualquier + nodo (punto de conexión entre al menos dos elementos del circuito) es cero + ( +\begin_inset Formula $\sum I_{n}=0$ +\end_inset + +), es decir, la misma cantidad de cargas que entran debe salir. +\end_layout + +\begin_layout Section +Elementos del circuito +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Resistencias +\end_layout + +\begin_layout Standard +Se caracterizan por tener una resistencia determinada. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show R +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Condensadores +\end_layout + +\begin_layout Standard +Acumulan una carga +\begin_inset Formula $q$ +\end_inset + + al aplicárseles un voltaje +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, y la mantienen si se desconecta de la fuente de voltaje. + La carga acumulada viene dada por +\begin_inset Formula $q=Cv$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + es la +\series bold +capacidad +\series default + o +\series bold +capacitancia +\series default + del condensador, que se mide en +\series bold +faradios +\series default + ( +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + +). + En general usamos letras mayúsculas para constantes y las correspondientes + minúsculas para valores que pueden variar con el tiempo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show C +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +En general están formados por dos placas conductoras paralelas separadas + por un pequeño hueco de material aislante en el que existe un campo eléctrico + uniforme. + Entonces +\begin_inset Formula $C=\frac{\varepsilon A}{\ell}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + el área, +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + + la separación entre las placas y +\begin_inset Formula $\varepsilon$ +\end_inset + + la +\series bold +permitividad +\series default + del medio entre ambas placas, con +\begin_inset Formula $\varepsilon\geq\varepsilon_{0}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Ahora bien, si se reduce demasiado el espacio entre las placas, la fuerza + de atracción entre ambas es muy alta y se produce la +\series bold +ruptura del dieléctrico +\series default +, convirtiendo el material aislante en conductor y arruinando el condensador. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Derivando a ambos lados de +\begin_inset Formula $q=Cv$ +\end_inset + +, nos queda +\begin_inset Formula +\[ +i=C\frac{dv}{dt} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La potencia instantánea en el condensador +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + es pues +\begin_inset Formula $p=vi=Cv\frac{dv}{dt}$ +\end_inset + +, de modo que la energía almacenada es +\begin_inset Formula +\[ +w=\int p\,dt=\int Cv\frac{dv}{dt}\,dt=\int Cv\,dv=\frac{1}{2}Cv^{2} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Inductores +\end_layout + +\begin_layout Standard +Almacenan energía en su campo magnético. + En general un inductor es una bobina, y tiene una cierta +\series bold +inductancia +\series default + o +\series bold +autoinducción +\series default +, medida en +\series bold +henrios +\series default + ( +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + +) y definida como +\begin_inset Formula $L=\frac{\Phi}{i}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $\Phi$ +\end_inset + + el flujo magnético. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show L +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +ley de Faraday +\series default + afirma que +\begin_inset Formula $v=\frac{d\Phi}{dt}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula +\[ +v=\frac{d\Phi}{dt}=L\frac{di}{dt} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La potencia instantánea es +\begin_inset Formula $p=vi=Li\frac{di}{dt}$ +\end_inset + +, de modo que la energía almacenada es +\begin_inset Formula +\[ +w=\int p\,dt=\int Li\frac{di}{dt}\,dt=\int Li\,di=\frac{1}{2}Li^{2} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Fuentes de voltaje +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + +Proporcionan un voltaje que puede variar con el tiempo (como ondas sinusoidales + o cua +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +dra +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +das) o ser constante. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{american voltage source} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +pila +\series default + o +\series bold +batería +\series default + es una fuente de voltaje basada en reacciones químicas que proporciona + un voltaje idealmente constante +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + +, al que también llamamos +\series bold +fuerza electromotriz +\series default + (emf). + Una pila ideal es una +\series bold +fuente independiente +\series default +, es decir, el voltaje suministrado no depende de otros elementos del circuito. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{battery1} +\backslash +show{battery} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +En la práctica, las pilas tienen una cierta +\series bold +resistencia interna +\series default +, que aumenta conforme la pila se descarga. + Así, si la resistencia interna es +\begin_inset Formula $R_{i}$ +\end_inset + + y la pila se conecta a una carga con resistencia +\begin_inset Formula $R_{L}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula ${\cal E}=iR_{i}+iR_{L}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $i=\frac{{\cal E}}{R_{i}+R_{L}}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $v_{L}=iR_{L}={\cal E}\frac{R_{L}}{R_{i}+R_{L}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Fuentes de intensidad +\end_layout + +\begin_layout Standard +Proporcionan una intensidad de corriente constante, si bien en la práctica + tienen cierta resistencia interna, que se representa conectada en paralelo. + Una fuente de intensidad ideal tiene resistencia interna infinita. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{american current source} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Circuitos en serie y en paralelo +\end_layout + +\begin_layout Standard +Vemos a continuación dos circuitos de resistencias, el primero en serie + y el segundo en paralelo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) to[american voltage source, l=$v$] (3,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) -- (0,1) to[R=$R_1$] (1.5,1) to[R=$R_2$] (3,1) -- (3,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hspace{1in} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) to[american voltage source, l=$v$] (2,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) -- (0,2) to[R=$R_1$] (2,2) -- (2,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,1) to[R=$R_2$] (2,1); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +En el circuito en serie, +\begin_inset Formula $v=v_{1}+v_{2}=iR_{1}+iR_{2}=i(R_{1}+R_{2})$ +\end_inset + +, de modo que la resistencia equivalente a la combinación de ambas es +\begin_inset Formula $R_{eq}=R_{1}+R_{2}$ +\end_inset + +. + De forma general, dadas +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + resistencias en serie, +\begin_inset Formula $R_{eq}=\sum_{i=1}^{n}R_{i}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En el circuito en paralelo, +\begin_inset Formula $i=i_{1}+i_{2}=v\left(\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}\right)$ +\end_inset + +, de modo que la resistencia equivalente es tal que +\begin_inset Formula $\frac{1}{R_{eq}}=\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}$ +\end_inset + +. + De forma general, dadas +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + resistencias en paralelo, +\begin_inset Formula $\frac{1}{R_{eq}}=\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{R_{i}}$ +\end_inset + +. + En particular definimos +\begin_inset Formula $R_{1}\parallel R_{2}:=\frac{1}{\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}}=\frac{R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para condensadores ocurre lo contrario: +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + condensadores en serie equivalen a un condensador con +\begin_inset Formula $\frac{1}{C_{eq}}=\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{C_{i}}$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + condensadores en paralelo equivalen a uno con +\begin_inset Formula $C_{eq}=\sum_{i=1}^{n}C_{i}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Vemos a continuación un divisor de voltaje o +\series bold +potenciómetro +\series default + y un divisor de corriente: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,2) to[short, o-] (1,2) to[pR] (1,0) to[short, -o] (0,0) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (1,0) to[short, -o] (2,0) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (1.2,1) to[short, -o] (2,1) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (1,1.3) node[right]{$R_1$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (1,0.7) node[right]{$R_2$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (0,1) node{$v$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (2,0.5) node{$v^ +\backslash +prime$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +hspace{1in} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,2) to[short, o-] (2,2) to[R=$R_2$] (2,0) to[short, -o] (0,0) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (1,2) to[R=$R_1$] (1,0) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + (0,1) node{$v$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +En el divisor de voltaje, la corriente es +\begin_inset Formula $i=\frac{v}{R_{1}+R_{2}}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $v'=iR_{2}=v\frac{R_{2}}{R_{1}+R_{2}}$ +\end_inset + +. + En el divisor de corriente, +\begin_inset Formula $i=\frac{v}{R_{1}\parallel R_{2}}=v\frac{R_{1}+R_{2}}{R_{1}R_{2}}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $i_{1}=\frac{v}{R_{1}}=i\frac{R_{2}}{R_{1}+R_{2}}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $i_{2}=\frac{v}{R_{2}}=i\frac{R_{1}}{R_{1}+R_{2}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Simplificación +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si dos fuentes, o circuitos en general, producen el mismo voltaje e intensidad + en una cierta carga +\begin_inset Formula $R_{L}$ +\end_inset + +, se dice que son +\series bold +equivalentes +\series default +. + Una fuente de intensidad +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + con resistencia interna +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + equivale a una fuente de voltaje +\begin_inset Formula $V=IR$ +\end_inset + + con resistencia interna +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Superposición +\end_layout + +\begin_layout Standard +Cuando un circuito tiene varias fuentes, el voltaje o la intensidad en cualquier + punto del circuito puede obtenerse sumando, para cada una de las fuentes, + el voltaje o intensidad que habría en un circuito igual pero con sólo dicha + fuente. + Para obtener dicho circuito +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +apagamos +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + o +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +matamos +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + el resto de fuentes, cortocircuitando las fuentes de voltaje ( +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +convirtiéndolas +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + en parte del cable) y abriendo el circuito en las fuentes de intensidad + ( +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +eliminando +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + la fuente sin reconectar el circuito). +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Teorema de Thevenin +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si tomamos un circuito con dos terminales (por ejemplo, un circuito cerrado + en el que desconectamos una resistencia +\begin_inset Formula $R_{L}$ +\end_inset + +), podemos sustituirlo por una fuente ideal de voltaje +\begin_inset Formula $V_{th}$ +\end_inset + + y una resistencia +\begin_inset Formula $R_{th}$ +\end_inset + + en serie. + +\begin_inset Formula $V_{th}$ +\end_inset + + es la diferencia de voltaje entre ambos terminales, y la intensidad se + obtiene mediante cortocircuito, uniendo ambos terminales. + Cuando calcular la intensidad no es práctico, podemos obtener +\begin_inset Formula $R_{th}$ +\end_inset + + directamente matando todas las fuentes del circuito y calculando la resistencia + resultante. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Teorema de Norton +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si tomamos un circuito con dos terminales, también podemos representarlo + como una fuente de corriente +\begin_inset Formula $I_{n}$ +\end_inset + + conectada en paralelo a una resistencia +\begin_inset Formula $R_{n}$ +\end_inset + +, con +\begin_inset Formula $R_{n}=R_{th}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $I_{n}=\frac{V_{th}}{R_{n}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Ecuaciones de mallas y nudos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Son una forma de analizar circuitos complicados. + Un +\series bold +nudo +\series default + es la unión de tres o más cables, y una +\series bold +rama +\series default + es cualquier conexión entre dos nudos. + Los métodos de análisis por mallas y por nudos permiten obtener un sistema + de ecuaciones con +\begin_inset Formula $b-n+1$ +\end_inset + + incógnitas, siendo +\begin_inset Formula $b$ +\end_inset + + el número de ramas y +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + el de nudos. + Para el método por mallas: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Reemplazamos las fuentes de corriente por fuentes de voltaje. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Contamos el número de mallas (bucles +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +representados sin nada dentro +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +), que debe ser +\begin_inset Formula $b-n+1$ +\end_inset + + y dibujamos una flecha, habitualmente en sentido horario, en cada malla, + con una variable indicando la intensidad que circula por esta. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Aplicamos la ley de Kirchhoff del voltaje a cada malla. + Ponemos todas las fuentes de voltaje a un lado de la ecuación y todas las + caídas de voltaje en el otro, teniendo en cuenta que la intensidad que + pasa por un elemento pasivo del circuito es la suma de la intensidad en + cada malla en la que se encuentra, con signo positivo si la flecha de dicha + malla indica el mismo sentido que el de la malla sobre la que estamos aplicando + la ley de Kirchhoff, y negativo si va en sentido contrario. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Obtenemos un sistema de ecuaciones, una por malla, que podemos resolver, + por ejemplo, por Cramer. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El método por nudos es similar, pero utiliza la ley de Kirchhoff de la corriente + sobre cada nudo para obtener un sistema de ecuaciones donde las incógnitas + son el voltaje en cada nudo. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/ffi/n2.lyx b/ffi/n2.lyx new file mode 100644 index 0000000..3f2163c --- /dev/null +++ b/ffi/n2.lyx @@ -0,0 +1,875 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\begin_preamble +\usepackage{circuitikz} +\usepackage{tikz} +\end_preamble +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +represent#1{ +\backslash +begin{circuitikz} +\backslash +draw (0,0) to[#1] (2,0); +\backslash +end{circuitikz}} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +show#1{ +\backslash +begin{center} +\backslash +represent{#1} +\backslash +end{center}} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +corriente alterna +\series default + es aquella que cambia de sentido periódicamente, en contraste con la +\series bold +corriente continua +\series default +, en la que la intensidad y el voltaje son constantes. + La forma de oscilación más típica es la +\series bold +oscilación senoidal +\series default +, dada por +\begin_inset Formula +\[ +v_{s}=V_{p}\cos(\omega t+\theta) +\] + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $V_{p}$ +\end_inset + + es la +\series bold +amplitud +\series default +, +\begin_inset Formula $\omega$ +\end_inset + + es la +\series bold +velocidad angular +\series default + en +\begin_inset Formula $\unit{rad/s}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + + es la +\series bold +fase +\series default +. + Llamamos +\series bold +voltaje pico-pico +\series default + o +\series bold +pico-valle +\series default + a la máxima diferencia de voltaje en el tiempo, que para una oscilación + senoidal es +\begin_inset Formula $V_{pp}=2V_{p}$ +\end_inset + +. + La +\series bold +frecuencia +\series default + es +\begin_inset Formula $f:=\frac{\omega}{2\pi}$ +\end_inset + + y se mide en hercios ( +\begin_inset Formula $\text{Hz}=\text{s}^{-1}$ +\end_inset + +), y el +\series bold +periodo +\series default + es +\begin_inset Formula $T:=\frac{1}{f}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un circuito con una fuente de voltaje senoidal tendrá en cualquier punto + un voltaje con oscilación senoidal de igual velocidad angular, si bien + la amplitud y la fase pueden variar. + Dos oscilaciones senoidales que van una delante o detrás de la otra se + dice que están +\series bold +desfasadas +\series default +, mientras que si la diferencia de fase es 0, están +\series bold +en fase +\series default +. + Otras oscilaciones típicas son las ondas cuadradas y las triangulares. + Una fuente de corriente alterna se representa con +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{sV} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Análisis fasorial +\end_layout + +\begin_layout Standard +Se trata de una forma práctica de analizar circuitos donde la fuente de + voltaje es alterna senoidal. + Un circuito de resistencias (R), inductores (L) y condensadores (C) se + suele denominar circuito RLC. + Tomemos el siguiente ejemplo sencillo: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +newcommand*{ +\backslash +equal}{=} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (4.5,0) to[sV=$v +\backslash +equal V_p +\backslash +cos( +\backslash +omega t)$] (0,0) -- (0,2) to[R=$R$] (1.5,2) to[L=$L$] (3,2) to[C=$C$] (4.5,2) + -- (4.5,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Aplicando mallas, +\begin_inset Formula +\[ +v(t)=Ri(t)+L\frac{di(t)}{dt}+\frac{1}{C}\int i(t)\,dt +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Estamos ante una ecuación diferencial lineal con coeficientes constantes. + Las soluciones naturales para este tipo de ecuaciones son exponenciales, + pues la derivada de una exponencial es la misma exponencial. + La identidad de Euler o de De Moivre nos dice que +\begin_inset Formula $e^{jx}=\cos x\pm j\sin x$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $j:=\sqrt{-1}$ +\end_inset + +. + Tenemos que +\begin_inset Formula $V_{p}\cos(\omega t)=\text{Re}V_{p}e^{j\omega t}$ +\end_inset + +, y como la ecuación es lineal, podemos representar la fuente con +\begin_inset Formula $V_{p}e^{j\omega t}$ +\end_inset + +, omitiendo el operador +\begin_inset Formula $\text{Re}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +parte real +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La intensidad es +\begin_inset Formula $i(t)=\text{Re}I_{p}e^{j\omega t+\theta}=\text{Re}I_{p}e^{\theta}e^{j\omega t}:=\text{Re}Ie^{j\omega t}$ +\end_inset + +, por tanto basta encontrar el +\series bold +fasor +\series default + +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + para resolver el problema. + Sustituyendo +\begin_inset Formula $v(t)$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $V_{p}e^{j\omega t}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $i(t)$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $Ie^{j\omega t}$ +\end_inset + + y despejando, obtenemos +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +V_{p}e^{j\omega t}=RIe^{j\omega t}+L\frac{d}{dt}\left(Ie^{j\omega t}\right)+\frac{1}{C}\int Ie^{j\omega t}\,dt\implies\\ +\implies V_{p}=RI+j\omega LI+\frac{I}{j\omega C}=\left(R+j\left(\omega L-\frac{1}{\omega C}\right)\right)I=:ZI +\end{multline*} + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $Z$ +\end_inset + + es la +\series bold +impedancia +\series default +, una cantidad compleja +\begin_inset Formula $Z=R+jX$ +\end_inset + + medida en ohmios, en la que +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + es la resistencia y +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + es la +\series bold +reactancia +\series default +. + Todos los resultados obtenidos en el anterior capítulo para circuitos de + corriente continua sirven igualmente para corriente alterna sinoidal sin + más que reemplazar la resistencia por la impedancia. + Nos quedamos con que +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +Z_{R}=R\text{, } & Z_{L}=j\omega L\text{, } & Z_{C}=-\frac{1}{\omega C}j +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +El inverso de la impedancia es la +\series bold +admitancia +\series default +, +\begin_inset Formula $Y=G+jB:=\frac{1}{Z}$ +\end_inset + +, medida en siemens, donde +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es la conductancia y +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + es la +\series bold +susceptancia +\series default +. + Ahora solo queda despejar +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + y obtener +\begin_inset Formula $i(t)=\text{Re}Ie^{j\omega t}$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $I=I_{p}e^{j\theta}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +i(t)=\text{Re}I_{p}e^{j\theta}e^{j\omega t}=I_{p}\cos(\omega t+\theta) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Potencia en circuitos de corriente alterna +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si un voltaje senoidal +\begin_inset Formula $v(t)=V_{p}\cos(\omega t)$ +\end_inset + + resulta en una corriente +\begin_inset Formula $i(t)=I_{p}\cos(\omega t+\theta)$ +\end_inset + +, la potencia instantánea es +\begin_inset Formula $p(t)=v(t)i(t)=V_{p}I_{p}\cos(\omega t)\cos(\omega t+\theta)=\frac{V_{p}I_{p}}{2}(\cos\theta+\cos(2\omega t+\theta))$ +\end_inset + +. + La potencia media +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + la podemos obtener como +\begin_inset Formula +\[ +P=\frac{1}{T}\int p\,dt +\] + +\end_inset + +u observando que el primer término de la suma en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + es constante respecto al tiempo mientras que el segundo es un sinusoide + cuya media es cero, luego +\begin_inset Formula +\[ +P=\frac{V_{p}I_{p}}{2}\cos\theta +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si el circuito es sólo resistivo, la diferencia de fase entre +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + es 0 y +\begin_inset Formula $P=\frac{V_{p}I_{p}}{2}=\frac{1}{2}RI_{p}^{2}$ +\end_inset + +, mientras que si el circuito es sólo capacitivo o inductivo entonces +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + + es respectivamente +\begin_inset Formula $\unit[90]{\mathring{}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\unit[-90]{\mathring{}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $P=0$ +\end_inset + +. + En términos de fasores, +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +p(t) & = & \frac{1}{2}\text{Re}\left(V\overline{I}+VIe^{2j\omega t}\right)\\ +P & = & \frac{1}{2}\text{Re}V\overline{I} +\end{eqnarray*} + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $V=V_{p}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $I=I_{p}e^{j\theta}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $\overline{I}$ +\end_inset + + es el conjugado de +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + +. + Despejando +\begin_inset Formula $V=IZ$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +P=\frac{1}{2}\text{Re}|I|^{2}Z=\frac{1}{2}|I|^{2}R=\frac{1}{2}|I_{p}|^{2}R +\] + +\end_inset + +O bien, despejando +\begin_inset Formula $I=\frac{V}{Z}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +P=\frac{1}{2}\text{Re}V\frac{\overline{V}}{\overline{Z}}=\frac{1}{2}\text{Re}\frac{|V|^{2}}{\overline{Z}}=\frac{1}{2}\text{Re}\frac{|V|^{2}Z}{|Z|^{2}}=\frac{1}{2}\frac{|V|^{2}R}{R^{2}+X^{2}} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Valores efectivos o RMS +\end_layout + +\begin_layout Standard +Vemos que definiendo +\begin_inset Formula $I_{eff}=\frac{I_{p}}{\sqrt{2}}$ +\end_inset + +, obtenemos +\begin_inset Formula $P=I_{eff}^{2}R$ +\end_inset + +, similar a la fórmula de la potencia en corriente continua. + Así, podemos definir +\begin_inset Formula $I_{eff}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $P=I_{eff}^{2}R$ +\end_inset + + para corrientes de forma arbitraria. + Dado que +\begin_inset Formula $P=\frac{1}{T}\int_{0}^{T}i^{2}R\,dt=\frac{R}{T}\int_{0}^{T}i^{2}\,dt$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula +\[ +I_{eff}=\sqrt{\frac{1}{T}\int_{0}^{T}i^{2}\,dt} +\] + +\end_inset + +lo que en inglés se conoce como +\emph on +root mean square +\emph default +, por lo que escribimos +\begin_inset Formula $I_{rms}:=I_{eff}$ +\end_inset + +. + Así pues, +\begin_inset Formula +\[ +P=\frac{V_{rms}^{2}}{R}=I_{rms}^{2}R +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Factor de potencia +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado que +\begin_inset Formula $P=VI\cos\theta$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $V=V_{rms}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $I=I_{rms}$ +\end_inset + +, podemos definir el factor de potencia como +\begin_inset Formula +\[ +\text{pf}=\frac{P}{VI}=\cos\theta +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Este valor será 1 para cargas puramente resistivas y 0 para cargas puramente + reactivas. + +\end_layout + +\begin_layout Section +Transformadores +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node[transformer core]{}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Son dispositivos de una frecuencia (normalmente +\begin_inset Formula $\unit[60]{Hz}$ +\end_inset + +) con eficiencia cercana al +\begin_inset Formula $\unit[100]{\%}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $W_{out}\cong W_{in}$ +\end_inset + +) formados por un núcleo de material ferromagnético, normalmente hierro + blando (se magnetiza y desmagnetiza fácilmente), en el que se enrollan + dos bobinas, como se muestra en la figura. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado1.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si conectamos la bobina primaria a una fuente de voltaje +\begin_inset Formula $v_{s}=V_{p}\cos(\omega t)$ +\end_inset + + y dejamos la segunda sin conectar, se producirá una pequeña corriente en + la primaria que inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro produciendo + a su vez un voltaje inducido en la misma bobina, lo que se conoce como + +\series bold +autoinducción +\series default +. + Este voltaje viene dado por la ley de Faraday como +\begin_inset Formula $v_{1}=-N_{1}\frac{d\psi}{dt}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $N$ +\end_inset + + el número de vueltas de la bobina y +\begin_inset Formula $\psi$ +\end_inset + + el flujo magnético inducido. + También se producirá una diferencia de potencial en la bobina secundaria, + dada por +\begin_inset Formula $v_{2}=-N_{2}\frac{d\psi}{dt}$ +\end_inset + +. + Despejando, +\begin_inset Formula $\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si ahora conectamos la bobina secundaria a una carga +\begin_inset Formula $R_{L}$ +\end_inset + +, se produce +\series bold +inducción mutua +\series default +: la corriente producida por la diferencia de voltaje en el circuito secundario + induce un flujo magnético en el núcleo de hierro, induciendo a su vez un + voltaje en el circuito primario, y viceversa. + Entonces, en un transformador ideal, +\begin_inset Formula $V_{1}I_{1}=W_{1}=W_{2}=V_{2}I_{2}$ +\end_inset + +, y en un transformador real esta es una buena aproximación. + Así, +\begin_inset Formula +\[ +\frac{I_{1}}{I_{2}}=\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por tanto +\begin_inset Formula +\[ +\frac{Z_{1}}{Z_{2}}=\frac{\frac{V_{1}}{I_{1}}}{\frac{V_{2}}{I_{2}}}=\frac{V_{1}I_{2}}{V_{2}I_{1}}=\left(\frac{N_{1}}{N_{2}}\right)^{2} +\] + +\end_inset + +luego si +\begin_inset Formula $N_{1}>N_{2}$ +\end_inset + +, una impedancia pequeña +\begin_inset Formula $Z_{2}$ +\end_inset + + aparece en el circuito primario como una impedancia más grande +\begin_inset Formula $Z_{1}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/ffi/n3.lyx b/ffi/n3.lyx new file mode 100644 index 0000000..283dc35 --- /dev/null +++ b/ffi/n3.lyx @@ -0,0 +1,1166 @@ +#LyX 2.3 created this file. 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+\backslash +end{circuitikz}} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +show#1{ +\backslash +begin{center} +\backslash +represent{#1} +\backslash +end{center}} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +semiconductor +\series default + es un material que conduce o no la electricidad dependiendo de su estado. + Para fabricar dispositivos electrónicos con semiconductores podemos usar + silicio, germanio o arseniuro de galio. + Tipos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Intrínseco +\series default + o +\series bold +puro +\series default +: Cada par de átomos forma un enlace covalente con los 4 átomos cercanos + (disposición tetraédrica). + La concentración de huecos ( +\begin_inset Formula $n_{p}$ +\end_inset + +) (zonas sin electrón con carga +\begin_inset Formula $+|e|$ +\end_inset + +) es igual a la de electrones libres ( +\begin_inset Formula $n_{i}$ +\end_inset + +), y ambos contribuyen al flujo de corriente. + A +\begin_inset Formula $\unit[0]{K}$ +\end_inset + + no hay electrones libres, pero a +\begin_inset Formula $\unit[300]{K}$ +\end_inset + + los electrones libres permiten flujo de corriente si se aplica una diferencia + de potencial, y así a mayor temperatura más rápido se generan electrones + libres y huecos. + La +\series bold +recombinación +\series default + consiste en que el hueco y el electrón libre se combinan en un enlace covalente. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Extrínseco +\series default + o +\series bold +impurificado +\series default +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize +Tipo +\series bold +N +\series default +: Con impurezas donantes de electrones. + Los portadores +\series bold +mayoritarios +\series default + son los electrones y los +\series bold +minoritarios +\series default + los huecos. + +\begin_inset Formula $n_{i}=n_{p}+N_{D}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $N_{D}$ +\end_inset + + es la concentración de átomos donantes. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Tipo +\series bold +P +\series default +: Con impurezas que aceptan electrones (aportan huecos). + Los portadores mayoritarios son los huecos y los minoritarios los electrones. + +\begin_inset Formula $n_{p}=n_{i}+N_{A}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $N_{A}$ +\end_inset + + es la concentración de átomos aceptadores. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Standard +Una +\series bold +unión pn +\series default + es un cristal semiconductor con impurezas con las que se obtiene una zona + P y una N, de modo que, por el elevado gradiente, en la unión se forma + una +\series bold +zona de deplexión +\series default + o +\series bold +de carga espacial +\series default + en la que los átomos están cargados negativamente al lado de la zona P + y positivamente al lado de la zona N. + El efecto de esta zona es una barrera de potencial que impide la circulación + de electrones. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{tikz}[scale=.7] +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (1,0) -- (5,0) -- (5,2.5) -- (1,2.5) -- (1,0) (3,2.5) -- (3,0) (0,1.25) + -- (1,1.25) (5,1.25) -- (6,1.25) (1.5,1.25) node{P} (2.5,0.4) node{$-$} (2.5,1.25) + node{$-$} (2.5,2.1) node{$-$} (4.5,1.25) node{N} (3.5,0.4) node{$+$} (3.5,1.25) + node{$+$} (3.5,2.1) node{$+$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{tikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +El diodo +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +diodo +\series default + es un dispositivo semiconductor con dos terminales, +\series bold +ánodo +\series default + y +\series bold +cátodo +\series default +, y que, mediante una unión pn, ofrece una baja resistencia cuando los electrone +s van del ánodo (N) al cátodo (P) (polarización +\series bold +directa +\series default +) y una alta resistencia en la otra polarización ( +\series bold +inversa +\series default +). +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{Do} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Cuando el diodo se conecta en polarización directa, la zona de carga espacial + se estrecha y permite el flujo de portadores mayoritarios. + Los electrones pasan de la zona n a la p, donde pasan a ser minoritarios + y se combinan con los huecos existentes, y la corriente total corresponde + a la suma de la corriente debida a los electrones y la debida a los huecos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si se conecta en polarización inversa, la tensión aumenta la zona de carga + espacial y la corriente está formada por portadores minoritarios, que como + son pocos dan lugar a una co +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +rrien +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +te pequeña, independiente de la tensión aplicada. + Sin embargo, como la concentración de minoritarios depende de la temperatura, + conforme esta aumenta también aumenta el valor de la corriente inversa. + Si la tensión inversa es suficientemente alta el campo eléctrico puede + romper los enlaces covalentes, produciendo gran cantidad de pares hueco-electró +n y por tanto un gran flujo de corriente inversa, a partir de lo que llamamos + la +\series bold +zona de ruptura +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Modelos +\end_layout + +\begin_layout Standard +La gráfica V-I de un diodo típico es la siguiente: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado2.png + scale 50 + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\begin_inset Formula $V_{r}$ +\end_inset + + a la +\series bold +tensión de ruptura +\series default + (negativa), a partir de la cual está la +\series bold +zona de ruptura +\series default + o +\series bold +de avalancha +\series default +, y llamamos +\begin_inset Formula $V_{f}$ +\end_inset + + a la +\series bold +tensión umbral +\series default +, donde está la asíntota vertical en la zona de polarización directa de + la gráfica. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +ecuación de Shockley +\series default + del diodo es +\begin_inset Formula $i_{D}=I_{S}(e^{\frac{v_{D}}{nV_{T}}}-1)$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $I_{S}$ +\end_inset + + es la +\series bold +corriente de saturación inversa +\series default +, +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es el +\series bold +coeficiente de emisión +\series default +, entre 1 y 2, y +\begin_inset Formula $V_{T}=\frac{kT}{q}$ +\end_inset + + es la +\series bold +tensión térmica +\series default +, donde +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + es una constante, +\begin_inset Formula $T$ +\end_inset + + es la temperatura y +\begin_inset Formula $q$ +\end_inset + + no sé lo que es. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +diodo ideal +\series default + es aquel que en polarización directa actúa como un cortocircuito ( +\begin_inset Formula $R=0$ +\end_inset + +) y en polarización inversa actúa como un circuito abierto ( +\begin_inset Formula $R=+\infty$ +\end_inset + +). + Para análisis con diodos ideales, primero suponemos cuáles están en corte + y en conducción, y si +\begin_inset Formula $i_{D}$ +\end_inset + + es positiva en los diodos en conducción y +\begin_inset Formula $V_{D}$ +\end_inset + + negativa en aquellos en corte, la suposición es correcta, y de lo contrario + hay que cambiarla. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Otro modelo similar al del diodo ideal es modelo con caída de potencial, + que se diferencia del diodo ideal en que en polarización directa se produce + una caída de potencial fija, normalmente alrededor de +\begin_inset Formula $\unit[0.7]{V}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +modelo completo +\series default + del diodo es como sigue: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) -- (1,0) to[R=$R_f$] (2.5,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (4,0) to[battery, l=$V_{0n}$,mirror] (2.5,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (4,0) to[D*, l=Ideal] (5.5,0) -- (6.5,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (5.5,0) -- (5.5,2) to[R=$R_r$] (1,2) -- (1,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Tipos +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +LED +\series default + ( +\emph on +Light-Emitting Diode +\emph default +): Al ser atravesado por una corriente emite una cantidad de luz proporcional + a la cantidad de corriente que circula, cuya longitud de onda depende del + material. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{leDo} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Fotodiodos +\series default +: Si se polarizan en inversa y reciben luz, la intensidad de corriente es + proporcional a la cantidad de luz incidente. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{pDo} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Diodos +\series bold +Schottky +\series default +: Conmutación rápida, usada en aplicaciones de alta frecuencia. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{sDo} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Diodos +\series bold +Zener +\series default +: Capaces de trabajar en la zona de ruptura inversa. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{zzDo} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Circuitos rectificadores +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +circuito rectificador +\series default + o +\series bold +convertidor AC-DC +\series default + +\begin_inset Foot +status open + +\begin_layout Plain Layout +Viva el +\emph on +rock 'n' roll +\emph default +. +\end_layout + +\end_inset + + es aquel que convierte corriente alterna en corriente continua. + Está formado por un transformador, que reduce el voltaje de la corriente + alterna, un trafo, que hace que el sentido de la corriente resultante sea + siempre el mismo, y un condensador, paralelo a la carga, que +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +suaviza +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + la salida del trafo para obtener una corriente prácticamente continua. + Tipos de rectificador según el trafo (se muestra la imagen del trafo): +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De media onda +\series default +. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) to[sI=$V_p +\backslash +sin( +\backslash +omega t)$] (0,1.5) to[Do] (2,1.5) to[R=$R_L$] (2,0) -- (0,0); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + +El valor medio de la tensión es +\begin_inset Formula $V_{out(DC)}=\frac{V_{p}}{\pi}$ +\end_inset + +, la tensión eficaz resultante es +\begin_inset Formula $V_{out(rms)}=\frac{1}{2}V_{m}$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $\omega_{out}=\omega_{in}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De onda completa con trafo de toma intermedia +\series default +. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node[transformer core](T){} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(T.A2) -- ($(T.A2)+(-1,0)$) to[sI] ($(T.A1)+(-1,0)$) -- (T.A1) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(T.B2) to[Do] ($(T.B2)+(3,0)$) to ($(T.B1)+(3,0)$) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(T.B1) to[Do] ($(T.B1)+(3,0)$) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($0.5*(T.B1)+0.5*(T.B2)+(-0.5,0)$) to ($0.5*(T.B1)+0.5*(T.B2)+(0.5,0)$) node[ground]{} + to[R=$R_L$] ($0.5*(T.B1)+0.5*(T.B2)+(3,0)$); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + +El valor medio de la tensión es +\begin_inset Formula $V_{out(DC)}=\frac{2V_{p}}{\pi}$ +\end_inset + +, la tensión eficaz resultante es +\begin_inset Formula $V_{out(rms)}=\frac{1}{\sqrt{2}}V_{m}$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $\omega_{out}=2\omega_{in}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De onda completa con puente de diodos +\series default +. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (3.5,0) -- (0,0) to[sI] (0,3) -- (3.5,3) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(1,1.5) (1,1.5) node[ground]{} -- (2,1.5) to[Do] (3.5,3) to[Do] (5,1.5) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(2,1.5) to[Do] (3.5,0) to[Do] (5,1.5) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(5,1.5) to[R=$R_L$] (2,1.5); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + +Similar al de onda completa con trafo de toma intermedia, pero la corriente + soportada por cada diodo es aproximadamente la mitad y el transformador + usado es más barato, por lo que se reduce el precio del sistema. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El diodo sólo conduce cuando la tensión de entrada sea superior a la mantenida + por el condensador. + Obtenemos una componente continua y sobre ella una componente alterna, + cuyo rizado máximo es +\begin_inset Formula $Q=V_{r}C=It\implies V_{r}=\frac{I}{f_{out}C}$ +\end_inset + +, y en valor eficaz, +\begin_inset Formula $V_{r(ef.)}=\frac{I}{2\sqrt{2}Cf_{out}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Circuitos recortadores +\end_layout + +\begin_layout Standard +Recortan una porción de la señal de entrada cuando la tensión es mayor o + menor que un límite, que depende de la diferencia de potencial producida + por cada batería más diodo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,3) to[american voltage source,l=$v_{in}$] (0,0) (0,3) to[R=$R$] + (2,3) to[short,-o] (4,3) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(0,0) to[short,-o] (4,0) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(2,3) to[Do] (2,1.5) (2,0) to[battery] (2,1.5) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(3,3) to[battery] (3,1.5) (3,0) to[Do] (3,1.5) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(4,1.5) node{$v_{out}$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para analizar circuitos recortadores, comprobamos qué condición se tiene + que cumplir para que el primero conduzca, el segundo conduzca y no conduzca + ninguno. + Para ello vemos que, si no hay nada conectado, +\begin_inset Formula $v_{in}=v_{out}$ +\end_inset + +. + A continuación, para cada caso, obtenemos +\begin_inset Formula $v_{out}$ +\end_inset + + en el circuito. +\end_layout + +\begin_layout Section +Diodos Zener +\end_layout + +\begin_layout Standard +Estos trabajan entre +\begin_inset Formula $I_{mín}$ +\end_inset + +, la intensidad correspondiente a +\begin_inset Formula $V_{r}$ +\end_inset + +, e +\begin_inset Formula $I_{máx}$ +\end_inset + +, la intensidad correspondiente a la +\series bold +ruptura Zener +\series default +, +\begin_inset Formula $V_{z}<V_{r}$ +\end_inset + +. + Por seguridad nos mantenemos entre +\begin_inset Formula $0.9\cdot I_{mín}+0.1\cdot I_{máx}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $0.1\cdot I_{mín}+0.9\cdot I_{máx}$ +\end_inset + +. + Podemos modelarlo como sigue: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,1) -- (1,1) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(1,0) -- (1,2) to[D*] (2.5,2) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(4,0) -- (4,2) to[battery] (2.5,2) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(4,0) to[D*] (1,0) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(5,1) -- (4,1); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Estos diodos se usan para mantener una tensión prácticamente constante en + un punto, y funcionan consumiendo la energía sobrante. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/ffi/n4.lyx b/ffi/n4.lyx new file mode 100644 index 0000000..7eed60a --- /dev/null +++ b/ffi/n4.lyx @@ -0,0 +1,1545 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\begin_preamble +\usepackage{circuitikz} +\end_preamble +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 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+\backslash +end{circuitikz}} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +show#1{ +\backslash +begin{center} +\backslash +represent{#1} +\backslash +end{center}} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +representnode#1{ +\backslash +begin{circuitikz} +\backslash +draw (0,0) node[#1]{}; +\backslash +end{circuitikz}} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +shownode#1{ +\backslash +begin{center} +\backslash +representnode{#1} +\backslash +end{center}} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +transistor +\series default + ( +\emph on +transfer resistor +\emph default +) es un dispositivo semiconductor con tres terminales en el que una pequeña + corriente (en los +\series bold +BJT +\series default +, transistores de unión bipolar) o tensión (en los +\series bold +FET +\series default +, transistores de efecto de campo) modula la corriente entre los otros dos + terminales. + Se usan como +\series bold +amplificadores +\series default + o como +\series bold +conmutadores +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +El transistor BJT +\end_layout + +\begin_layout Standard +Consta de tres terminales ( +\series bold +emisor +\series default +, +\series bold +base +\series default + y +\series bold +colector +\series default +) y equivale a dos diodos unidos en sentido opuesto, donde la unión base-emisor + se polariza en directa y la base-colector en inversa. + El emisor emite portadores de carga hacia la base, donde se gobiernan los + portadores hacia el colector. + Este recoge los portadores que no pueden acaparar la base, que son la mayoría. + Dos tipos: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +vspace{12px} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="2" columns="2"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top" width="40text%"> +<column alignment="center" valignment="top" width="40text%"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +NPN +\series default +. + La base está conectada al cátodo de los diodos. + El emisor emite electrones. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +PNP +\series default +. + La base está conectada al ánodo de los diodos. + El emisor emite huecos. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(npn)[npn]{} (npn.B) node[left]{Base} (npn.E) node[right]{Emisor} + (npn.C) node[right]{Colector}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(pnp)[pnp,yscale=-1]{} (pnp.B) node[left]{Base} (pnp.E) node[right] +{Emisor} (pnp.C) node[right]{Colector}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un transistor BJT puede estar en 3 +\series bold +zonas de trabajo +\series default +: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Activa +\series default +: +\begin_inset Formula $i_{C}=\beta i_{B}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $i_{C}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $i_{B}$ +\end_inset + + son las intensidades de corriente respectivas en colector y base y +\begin_inset Formula $\beta$ +\end_inset + + depende del transistor concreto y la temperatura. + Se da cuando la unión emisor-base está en polarización directa y la colector-ba +se en inversa. + La +\series bold +recta de carga estática +\series default + indica todos los puntos de funcionamiento (V-I) que pueden darse por la + ecuación de malla de colector. + El +\series bold +punto de trabajo +\series default + o +\series bold +reposo +\series default +, sobre esta, es +\begin_inset Formula $(V_{CE},I_{C})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Corte +\series default +: +\begin_inset Formula $i_{E}=i_{C}=i_{B}=0$ +\end_inset + +. + Se da cuando tanto la unión emisor-base como la colector-base están en + polarización inversa. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Saturación +\series default +: +\begin_inset Formula $V_{CE}=V_{CE_{SAT}}\approx\unit[0.2]{V}$ +\end_inset + +. + Se da cuando tanto la unión emisor-base como la colector-base están en + polarización directa. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un BJT disipa una potencia de +\begin_inset Formula $P_{BE}+P_{CE}=V_{BE}I_{B}+V_{CE}I_{C}$ +\end_inset + +, que se puede simplificar a +\begin_inset Formula $V_{CE}I_{C}$ +\end_inset + + por ser +\begin_inset Formula $V_{BE}$ +\end_inset + + mucho menor que +\begin_inset Formula $V_{CE}$ +\end_inset + +. + Esta potencia causa un aumento de la temperatura de la unión, y debe ser + menor que +\begin_inset Formula $P_{máx}$ +\end_inset + + dada por el fabricante. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para resolver un problema de polarización con BJT, obtenemos las ecuaciones + de las mallas de colector y base y consideramos que el transistor está + en zona activa para poder añadir +\begin_inset Formula $I_{C}=\beta I_{B}$ +\end_inset + +. + Resuelta la ecuación y hallado el punto de trabajo, si +\begin_inset Formula $I_{C}\leq0$ +\end_inset + + el transistor estará en corte, si +\begin_inset Formula $V_{CE}\leq V_{CE_{SAT}}\approx\unit[0.2]{V}$ +\end_inset + + estará en saturación, y en ambos casos debemos sustituir la hipótesis de + zona activa por la ecuación de corte ( +\begin_inset Formula $I_{C}=0$ +\end_inset + +) o saturación ( +\begin_inset Formula $V_{CE}=V_{CE_{SAT}}$ +\end_inset + +) y recalcular el punto de trabajo. + De lo contrario el transistor está en zona activa y los resultados son + correctos. +\end_layout + +\begin_layout Section +El transistor FET +\end_layout + +\begin_layout Standard +En este la corriente colector-emisor es controlada por una tensión, lo que + resulta en un apagado y encendido más fácil que por corriente, y son más + fáciles de fabricar. + Tipos: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="5" columns="4"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="left" valignment="top" width="19text%"> +<column alignment="left" valignment="top" width="22text%"> +<column alignment="center" valignment="middle" width="22text%"> +<column alignment="center" valignment="middle" width="22text%"> +<row> +<cell alignment="left" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="left" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Canal N +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Canal P +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multicolumn="1" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +De unión ( +\series bold +JFET +\series default +) +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +shownode{njfet} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +shownode{pjfet,yscale=-1} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="3" alignment="left" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +De metal-óxido ( +\series bold +MOSFET +\series default +) +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="3" alignment="left" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +De +\series bold +acumulación +\series default + o +\series bold +enriquecimiento +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +shownode{nigfete} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +shownode{pigfete,yscale=-1} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="4" alignment="left" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell multirow="4" alignment="left" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +NMOS +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\series bold +PMOS +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell multirow="4" alignment="left" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="left" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +De +\series bold +deplexión +\series default + o +\series bold +empobrecimiento +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +shownode{nigfetd} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +shownode{pigfetd,yscale=-1} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +vspace{12px} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un JFET consiste en un canal de semiconductor tipo N o P (dependiendo del + tipo de JFET) con contactos óhmicos (no rectificadores) en cada extremo, + llamados +\series bold +fuente +\series default + o +\series bold +surtidor +\series default + ( +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +) y +\series bold +drenador +\series default + ( +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + +). + A los lados de este hay regiones de material semiconductor del tipo contrario + al del canal, que forman el terminal +\series bold +puerta +\series default + ( +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Standard +En la unión pn, al polarizar en inversa +\begin_inset Formula $V_{GS}$ +\end_inset + +, una capa del canal adyacente a la puerta, la zona de carga espacial, se + convierte en no conductora. + Zonas de trabajo: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Óhmica +\series default +: Para valores de +\begin_inset Formula $V_{DS}$ +\end_inset + + pequeños, +\begin_inset Formula $I_{D}$ +\end_inset + + es proporcional a +\begin_inset Formula $V_{DS}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Saturación +\series default +: A mayores valores de +\begin_inset Formula $V_{DS}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $I_{D}$ +\end_inset + + aumenta cada vez más lentamente, llegando a un punto en que +\begin_inset Formula $I_{D}$ +\end_inset + + es casi constante para incrementos de +\begin_inset Formula $V_{DS}$ +\end_inset + +. + En esta zona, +\begin_inset Formula $I_{D}=I_{DSS}\left(1-\frac{V_{GS}}{V_{GS_{off}}}\right)^{2}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $I_{DSS}$ +\end_inset + + la intensidad de saturación. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Corte +\series default +: Si +\begin_inset Formula $V_{GS}<V_{GS_{off}}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $V_{GS_{off}}$ +\end_inset + + es la tensión umbral de corte. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un MOSFET consta de cuatro terminales: +\series bold +Drenador +\series default + ( +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + +); +\series bold +fuente +\series default + ( +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +); +\series bold +sustrato +\series default + ( +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + +), debajo del drenador y la fuente, y +\series bold +puerta +\series default + ( +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +), de aluminio o silicio policristalino, separada de drenador y fuente por + una fina capa aislante de dióxido de silicio. + +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + están hechos de semiconductor del tipo del canal, mientras que +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + + está compuesto por semiconductor de tipo contrario. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En los MOSFET de acumulación, +\begin_inset Formula $I_{D}=\frac{K}{2}(V_{GS}-V_{T})^{2}$ +\end_inset + +. + En un transistor NMOS, al aplicar en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + una tensión positiva respecto a +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +, los electrones se ven atraídos a la región situada bajo +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, induciéndose un canal de material de tipo n entre +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + +. + Si se aplica entonces una tensión entre ambos, fluirá una corriente de + electrones de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En los MOSFET de deplexión, ya existe un pequeño canal de semiconductor + entre +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + +, y la puerta puede +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +anular +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + dicho canal. + Se aplican las ecuaciones del JFET. +\end_layout + +\begin_layout Section +Amplificadores +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un transistor BJT se dice que trabaja en +\series bold +amplificación +\series default + si se mantiene en zona activa, y que trabaja en +\series bold +conmutación +\series default + si alterna entre las zonas corte y saturación. + De igual modo, un transistor FET trabaja en amplificación si se mantiene + en zona de saturación, y en conmutación si alterna entre las zonas corte + y óhmica. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +amplificador +\series default + es un +\series bold +cuadripolo +\series default +, es decir, un dispositivo con dos terminales de entrada y dos de salida, + en el que la salida tiene una potencia proporcional a la entrada. + La salida se representa como +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +show{american controlled voltage source} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +impedancia de entrada +\series default + a +\begin_inset Formula $Z_{in}=\frac{\boldsymbol{V}_{in}}{\boldsymbol{I}_{in}}$ +\end_inset + +, e +\series bold +impedancia de salida +\series default + a +\begin_inset Formula $Z_{out}=\frac{\boldsymbol{V}_{out}}{\boldsymbol{I}_{out}}$ +\end_inset + +. + La +\series bold +ganancia de tensión en circuito abierto +\series default + es +\begin_inset Formula $A_{V_{0}}=\frac{V_{out}}{V_{in}}$ +\end_inset + + cuando +\begin_inset Formula $I_{out}=0$ +\end_inset + +, y la +\series bold +ganancia de potencia +\series default + es +\begin_inset Formula $G=\frac{P_{s}}{P_{e}}=\frac{V_{s}I_{s}}{V_{e}I_{e}}=A_{V}A_{I}$ +\end_inset + +. + La potencia que necesitan los circuitos internos la proporciona una fuente + de alimentación, y el +\series bold +rendimiento +\series default + o +\series bold +eficiencia +\series default + es +\begin_inset Formula $\eta=\frac{P_{out}}{P_{in}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La ganancia se suele expresar en +\series bold +decibelios +\series default + (dB), siendo +\begin_inset Formula $G_{\text{dB}}=10\log G=10\log\frac{P_{s}}{P_{e}}$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +amplificador +\series default + como tal a aquel con +\begin_inset Formula $G_{\text{dB}}>0$ +\end_inset + +, y +\series bold +atenuador +\series default + a aquel con +\begin_inset Formula $G_{\text{dB}}<0$ +\end_inset + +. + En amplificadores en cascada (uno detrás de otro), +\begin_inset Formula $G=G_{1}\cdots G_{n}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $G_{1},\dots,G_{n}$ +\end_inset + + las ganancias de los amplificadores implicados y +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + la ganancia resultante. + La ganancia en tensión en decibelios es +\begin_inset Formula $A_{V_{\text{dB}}}=20\log|A_{V}|$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Transistores en conmutación +\end_layout + +\begin_layout Standard +En BJT, un circuito de conmutación es aquel en que el paso de bloqueo a + saturación se considera inmediato (el transistor no permanece en zona activa). + En corte, +\begin_inset Formula $I_{B}=0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $I_{C}$ +\end_inset + + es igual a la corriente de fugas, +\begin_inset Formula $V_{CE}=V_{cc}$ +\end_inset + + si se desprecia la caída de tensión producida por la corriente de fugas, + y el transistor se comporta como un interruptor abierto. + En saturación, +\begin_inset Formula $V_{CE}\approx\unit[0.2]{V}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $I_{C}\cong\frac{V_{cc}}{\sum R}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $\sum R$ +\end_inset + + la suma de resistencias en la malla colector-emisor, y el transistor se + comporta como un interruptor cerrado. + El +\series bold +tiempo de conmutación +\series default + limita la frecuencia máxima de trabajo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En FET, se trabaja entre zona de corte y óhmica. + La +\series bold +razón conexión-desconexión +\series default + es aquella entre la señal de salida a nivel alto (1) y la de salida a nivel + bajo (0), y cuanto mayor sea más fácil es distinguir entre ambos estados. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El NMOS es ideal para su uso en computadoras. + Tres tipos de inversor: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Inversor con +\series bold +carga pasiva +\series default +: Si +\begin_inset Formula $V_{in}<V_{T}$ +\end_inset + +, estará en corte y +\begin_inset Formula $V_{out}=V_{dd}$ +\end_inset + +, y si +\begin_inset Formula $V_{in}>V_{T}$ +\end_inset + + estará en conducción, y +\begin_inset Formula $V_{out}$ +\end_inset + + cae a un valor muy pequeño. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Inversor con +\series bold +carga activa +\series default +: El MOS inferior actúa como conmutador y el superior sustituye a la resistencia. + Mejor integración en el chip, pues no necesita una resistencia. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Inversor +\series bold +CMOS +\series default +: MOS complementarios. + Cuando uno conduce el otro está en corte. + Tiene un consumo extremadamente bajo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="2" columns="3"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="middle" width="29text%"> +<column alignment="center" valignment="middle" width="29text%"> +<column alignment="center" valignment="middle" width="29text%"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(T)[nigfete]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(T.G) node[left]{$V_{in}$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(T.S) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(T.D) -- (T.D) to[R] ($(T.D)+(0,2)$) node[above]{$V_{dd}$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(T.D) -- ($(T.D)+(0.5,0)$) node[right]{$V_{out}$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(A)[nigfete]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($(A)+(A.D)-(A.S)$) node(B)[nigfete]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(A.S) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(A.G) node[left]{$V_{in}$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(A.D) -- ($(A.D)+(0.5,0)$) node[right]{$V_{out}$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(B.G) -- (B.G |- B.D) -- (B.D) -- ($(B.D)+(0,0.5)$) node[above]{$V_{dd}$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(A)[nigfete]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($(A)+(A.D)-(A.S)$) node(B)[pigfete,yscale=-1]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(A.G) -- (B.G) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($0.5*(A.G)+0.5*(B.G)+(-0.5,0)$) node[left]{$V_{in}$} -- ($0.5*(A.G)+0.5*(B.G)$) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(B.D) node[above]{$V_{dd}$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(A.S) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(A.D) -- ($(A.D)+(0.5,0)$) node[right]{$V_{out}$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Con carga pasiva +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Con carga activa +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +CMOS +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/ffi/n5.lyx b/ffi/n5.lyx new file mode 100644 index 0000000..5b5a503 --- /dev/null +++ b/ffi/n5.lyx @@ -0,0 +1,1246 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\begin_preamble +\usepackage{circuitikz} +\end_preamble +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +representnode#1{ +\backslash +begin{circuitikz} +\backslash +draw (0,0) node[#1]{}; +\backslash +end{circuitikz}} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +shownode#1{ +\backslash +begin{center} +\backslash +representnode{#1} +\backslash +end{center}} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +amplificador operacional +\series default + es un tipo de amplificador diferencial usado junto con componentes pasivos + para sumar, restar, integrar, derivar, etc. + Tiene dos terminales de entrada, una no inversora y otra inversora; un + terminal de salida, y dos terminales para alimentación +\begin_inset Formula $+V_{cc}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $-V_{cc}$ +\end_inset + +. + La tensión en cada uno debe ser constante y de signo opuesto al otro, pero + no tienen por qué ser tensiones opuestas. + Si lo son decimos que la alimentación es +\series bold +simétrica +\series default +, y de lo contrario es +\series bold +asimétrica +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(oa)[op amp]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(oa.+) node[left]{$v_+$} (oa.-) node[left]{$v_-$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(oa.up) node[vcc]{$+V_{cc}$} (oa.down) node[vee]{$-V_{cc}$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(oa.out) node[right]{$v_{out}$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dos zonas de funcionamiento: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Lineal +\series default +: +\begin_inset Formula $-V_{cc}<V_{out}<+V_{cc}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Saturación +\series default +: +\begin_inset Formula $V_{out}=+V_{cc}$ +\end_inset + + ó +\begin_inset Formula $V_{out}=-V_{cc}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Su función es +\begin_inset Formula $v_{out}=A_{V}(v_{+}-v_{-})$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $v_{+}$ +\end_inset + + es la entrada no inversora y +\begin_inset Formula $v_{-}$ +\end_inset + + la inversora. + Llamamos +\series bold +tensión de entrada diferencial +\series default + a +\begin_inset Formula $v_{in}:=v_{+}-v_{-}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $v_{out}=A_{V}\cdot v_{in}$ +\end_inset + +; +\series bold +ganancia diferencial +\series default + a +\begin_inset Formula $A_{d}:=A_{V}$ +\end_inset + +, y +\series bold +tensión de entrada de modo común +\series default + a +\begin_inset Formula $v_{icm}:=\frac{v_{+}+v_{-}}{2}$ +\end_inset + +. + La variación de la tensión de salida en el tiempo está limitada por el + +\series bold +\emph on +slew-rate +\series default +\emph default +, +\begin_inset Formula $SR:=\max\left\{ \frac{dv_{out}}{dt}\right\} $ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los AO contienen circuitos de entrada acoplados en continua, y la corriente + entra y sale de los terminales de entrada del AO. + En el caso real, las corrientes de polarización (?) no son iguales, lo + que crea una +\series bold +corriente de desviación +\series default + +\begin_inset Formula $I_{off}:=I_{B^{+}}-I_{B^{-}}$ +\end_inset + +. + También puede haber una tensión de salida distinta de cero para una tensión + de entrada nula ( +\series bold +\emph on +offset voltage +\series default +\emph default +). +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +realimentación +\series default + es la conexión de una señal de salida con alguna de las entradas. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Realimentación positiva +\series default +: Cuando se hace a la entrada no inversora. + Resulta en circuitos inestables que rápidamente se saturan. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Realimentación negativa +\series default +: Cuando se hace a la entrada inversora. + La ganancia se reduce respecto al valor en lazo abierto y el circuito es + más estable. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un AO (amplificador operacional) ideal tiene +\begin_inset Formula $Z_{in}=+\infty$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $A_{V_{0}}=+\infty$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $G=0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $Z_{out}=0$ +\end_inset + +, ancho de banda +\begin_inset Formula $W_{D}=+\infty$ +\end_inset + + y ausencia de desviación de características con la temperatura. + Con esto se facilitan los cálculos, pues como +\begin_inset Formula $Z_{in}=+\infty$ +\end_inset + +, las corrientes de entrada se pueden considerar nulas, y si existe realimentaci +ón negativa podemos considerar que, siempre que no se llegue a la zona de + saturación, las dos entradas se encuentran al mismo potencial, situación + a la que llamamos +\series bold +cortocircuito virtual +\series default +. + Esto se debe a que la ganancia es tan elevada que una pequeña tensión diferenci +al entre las entradas saturaría la salida, y al realimentar negativamente, + si las tensiones se desequilibran, la realimentación negativa compensa + esta diferencia. +\end_layout + +\begin_layout Section +Circuitos con AO +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Amplificador inversor +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(OA)[op amp]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) -- ++(0,-1) node(G)[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) to[R=$R_1$] ++(-2,0) to[american voltage source,l=$v_{in}$] ($(OA.- + |- G) + (-2,0)$) -- (G) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ++(0,1) to[R=$R_2$] ($(OA.out |- OA.-) + (0,1)$) -- (OA.out) -- ($(OA.out)+ +(.5,0)$) to[R=$R_L$] ($(OA.out |- G) + (.5,0)$) -- (G); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tenemos en cuenta que +\begin_inset Formula $V_{+}=V_{-}=0$ +\end_inset + + y las leyes de Kirchhoff. + Como +\begin_inset Formula $I_{-}=0$ +\end_inset + +, toda la corriente pasa por +\begin_inset Formula $R_{2}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $i_{1}=i_{2}$ +\end_inset + +, es decir, +\begin_inset Formula $\frac{v_{in}-v_{-}}{R_{1}}=\frac{v_{-}-v_{out}}{R_{2}}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $v_{-}=0$ +\end_inset + +, y por tanto +\begin_inset Formula $v_{out}=-v_{in}\frac{R_{2}}{R_{1}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A_{V}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Amplificador no inversor +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(OA)[op amp,yscale=-1]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ++(0,-1) to[R=$R_1$] ++(0,-2) node(G)[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) -- ++(-2,0) to[american voltage source,l=$v_{in}$] ($(OA.+ |- G) + + (-2,0)$) -- (G) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.out) -- ($(OA.out |- OA.-)+(0,-1)$) to[R=$R_2$] ($(OA.-)+(0,-1)$) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.out) -- ($(OA.out)+(1,0)$) to[R=$R_L$] ($(OA.out |- G)+(1,0)$) -- (G); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tenemos que +\begin_inset Formula $v_{-}=v_{+}=v_{in}$ +\end_inset + +, y que +\begin_inset Formula $i_{-}=i_{+}=0$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $i_{1}=i_{2}$ +\end_inset + +. + Pero +\begin_inset Formula $i_{1}=\frac{v_{-}}{R_{1}}=\frac{v_{in}}{R_{1}}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $v_{out}=i_{1}(R_{1}+R_{2})=v_{in}\left(1+\frac{R_{2}}{R_{1}}\right)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A_{V}=\frac{V_{out}}{V_{in}}=1+\frac{R_{2}}{R_{1}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Seguidor de tensión +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(OA)[op amp,yscale=-1]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) -- ++(-2,0) to[american voltage source,l=$v_{in}$] ($(OA.+ |- OA.out)+(-2,-2 +)$) node(G)[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ++(0,-1) -- ($(OA.out |- OA.-)+(0,-1)$) -- (OA.out) -- ++(1,0) to[R=$R_L$] + ($(OA.out |- G) + (1,0)$) node[ground]{}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tenemos +\begin_inset Formula $v_{out}=v_{in}$ +\end_inset + + (por tanto +\begin_inset Formula $A_{V}=1$ +\end_inset + +). + Esto se usa principalmente como etapa de adaptación de la entrada al sistema, + proporcionando una elevada resistencia de entrada. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Sumador inversor +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(OA)[op amp]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ++(-1,0) -- ++(0,1) to[R=$R_A$] ++(-4,0) to[american voltage source,l=$ +v_A$] ++(0,-4) node(G)[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($(OA.-)+(-1,0)$) -- ++(0,-1) to[R=$R_B$] ++(-2,0) to[american voltage source,l=$ +v_B$] ++(0,-2) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ++(0,1) to[R=$R_f$] ($(OA.out |- OA.-) + (0,1)$) -- (OA.out) -- ++(1,0) + to[R=$R_L$] ($(OA.out |- G) + (1,0)$) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) to[R=$R_{bias}$] (OA.+ |- G) node[ground]{}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Aquí, como +\begin_inset Formula $i_{-}=i_{+}=0$ +\end_inset + +, se tiene +\begin_inset Formula $v_{+}=R_{bias}i_{+}=0$ +\end_inset + +, y como hay realimentación negativa, +\begin_inset Formula $v_{-}=v_{+}=0$ +\end_inset + +. + Ahora bien, +\begin_inset Formula $\frac{v_{A}-v_{-}}{R_{A}}+\frac{v_{B}-v_{-}}{R_{B}}=\frac{v_{-}-v_{out}}{R_{f}}$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $v_{-}=0$ +\end_inset + +, nos queda que +\begin_inset Formula $v_{out}=-R_{f}\left(\frac{v_{A}}{R_{A}}+\frac{v_{B}}{R_{B}}\right)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Amplificador diferencial +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(OA)[op amp]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) to[R=$R_A$] ++(-4,0) to[american voltage source,l=$v_A$] ++(0,-3) + node(G)[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) to[R=$R_B$] ++(-2,0) to[american voltage source,l=$v_B$] ($(OA.+ |- + G) + (-2,0)$) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) to[R=$R_C$] (OA.+ |- G) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ++(0,1) to[R=$R_f$] ($(OA.out |- OA.-)+(0,1)$) -- (OA.out) -- ++(1,0) + to[R=$R_L$] ($(OA.out |- G)+(1,0)$) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(1,-2) node{$ +\backslash +frac{R_C}{R_B}= +\backslash +frac{R_f}{R_A}$}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\begin_inset Formula $i_{+}=0$ +\end_inset + +, toda la corriente que sale de +\begin_inset Formula $R_{B}$ +\end_inset + + va a +\begin_inset Formula $R_{C}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v_{B}=i_{B}(R_{B}+R_{C})$ +\end_inset + +, y se tiene +\begin_inset Formula $v_{-}=v_{+}=i_{B}R_{C}=v_{B}\frac{R_{C}}{R_{B}+R_{C}}$ +\end_inset + +. + Ahora bien, como +\begin_inset Formula $i_{-}=0$ +\end_inset + +, nos queda +\begin_inset Formula $v_{-}=v_{A}-i_{A}R_{A}=i_{A}R_{f}+v_{out}$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $i_{A}=\frac{v_{A}-v_{out}}{R_{A}+R_{f}}$ +\end_inset + +. + Sustituyendo e igualando, +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +v_{B}\frac{R_{C}}{R_{B}+R_{C}}=\frac{v_{A}-v_{out}}{R_{A}+R_{f}}R_{f}+v_{out}=v_{A}\frac{R_{C}}{R_{B}+R_{C}}+v_{out}\frac{R_{B}}{R_{B}+R_{C}}\implies\\ +\implies v_{B}R_{C}-v_{A}R_{C}=v_{out}R_{B}\implies v_{out}=\frac{R_{C}}{R_{B}}(v_{B}-v_{A})=\frac{R_{f}}{R_{A}}(v_{B}-v_{A}) +\end{multline*} + +\end_inset + +Para minimizar los efectos de la corriente de polarización (?) se deben + seleccionar +\begin_inset Formula $R_{A}=R_{B}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $R_{C}=R_{f}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Integrador +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(OA)[op amp]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) -- ++(0,-2) node(G)[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) to[R=$R$] ++(-2,0) to[american voltage source,l=$v_{in}$] ($(OA.- |- + G)+(-2,0)$) -- (G) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ($(OA.-)+(0,2.5)$) to[ospst,l=Reset] ($(OA.out |- OA.-)+(0,2.5)$) -- + (OA.out) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($(OA.-)+(0,1)$) to[C=$C$] ($(OA.out |- OA.-)+(0,1)$) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.out) -- ++(1,0) to[R=$R_L$] ($(OA.out |- G)+(1,0)$) -- (G); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La tensión de salida es +\begin_inset Formula $v_{out}=-\frac{1}{RC}\int_{0}^{t}v_{in}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Derivador +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,0) node(OA)[op amp]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.out) -- ++(1,0) to[R=$R_L$] ++(0,-2) node(H){} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.+) -- (OA.+ |- H) node(G)[ground]{} -- (H) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) -- ++(0,1) to[R=$R$] ($(OA.out |- OA.-)+(0,1)$) -- (OA.out) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(OA.-) to[C=$C$] ++(-2,0) to[american voltage source,l=$v_{in}$] ($(OA.- |- + G)+(-2,0)$) -- (G); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La tensión de salida es +\begin_inset Formula $v_{out}=-RC\frac{dv_{in}}{dt}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Conversión digital a analógica (DAC) +\end_layout + +\begin_layout Standard +Consiste en reconstruir una señal analógica a partir de una serie de muestras + en código binario. + La señal reconstruida no es la misma que la original, pues está retrasada + en el tiempo respecto a esta y los códigos no contienen información sobre + el valor de la señal entre dos muestras ni representan las amplitudes exactas + de estas. + La diferencia entre el valor de muestreo y la amplitud reconstruida se + denomina +\series bold +error +\series default + o +\series bold +ruido de cuantificación +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una posible implementación de DAC es aquella basada en una red de resistencias + pon +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +de +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +ra +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +das y un amplificador operacional. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{center} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +newcommand*{ +\backslash +equal}{=} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +draw (0,3) node(sa)[spdt,rotate=-90]{} node[left]{$d_0$} (2,3) node(sb)[spdt,rot +ate=-90]{} node[left]{$d_1$} (4,3) node(sc)[spdt,rotate=-90]{} node[left]{$d_2$} + (7,3) node(sn)[spdt,rotate=-90]{} node[left]{$d_{n-1}$} (9,1) node(oa)[op + amp]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(sa.out 1) node[ground]{} (sb.out 1) node[ground]{} (sc.out 1) node[ground]{} + (sn.out 1) node[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(sa.in) to[R=$R$] ++(0,2) (sb.in) to[R=$2R$] ++(0,2) (sc.in) to[R=$4R$] ++(0,2) + (sn.in) to[R=$ +\backslash +cdots +\backslash + +\backslash + +\backslash + 2^{n-1}R$] ++(0,2) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +%($0.5*(sc.in)+0.5*(sn.in)+(0,1)$) node{$ +\backslash +cdots$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($0.5*(sa.in)+0.5*(sn.in)+(0,2)$) -- ++(0,1) node[right]{$V_{ref}$} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +($(sa.in)+(0,2)$) -- ++(7,0) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(sa.out 2) -- (sa.out 2 |- oa.-) -- (oa.-) (sb.out 2) -- (sb.out 2 |- oa.-) (sc.out + 2) -- (sc.out 2 |- oa.-) (sn.out 2) -- (sn.out 2 |- oa.-) +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(oa.-) -- ++(0,1) to[R=$R_f +\backslash +equal +\backslash +frac R2$] ($(oa.out |- oa.-)+(0,1)$) -- (oa.out) -- ++(1,0) to[R=$R_L$] ++(0,-2) + node(G)[ground]{} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +(oa.+) -- (oa.+ |- G) node[ground]{}; +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{circuitikz} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{center} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/ffi/pegado1.png b/ffi/pegado1.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..8bf26d5 --- /dev/null +++ b/ffi/pegado1.png diff --git a/ffi/pegado2.png b/ffi/pegado2.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..4aa54a1 --- /dev/null +++ b/ffi/pegado2.png diff --git a/fuvr2/n.lyx b/fuvr2/n.lyx new file mode 100644 index 0000000..49459e8 --- /dev/null +++ b/fuvr2/n.lyx @@ -0,0 +1,190 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize 10 +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize a5paper +\use_geometry true +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\leftmargin 0.2cm +\topmargin 0.7cm +\rightmargin 0.2cm +\bottommargin 0.7cm +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle empty +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Title +Funciones de una variable real II +\end_layout + +\begin_layout Date +\begin_inset Note Note +status open + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +cryear{2018} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "../license.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Bibliografía: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Análisis Matemático I, J. + M. + Mira & S. + Sánchez-Pedreño. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Funciones reales de una variable real: Notas de clase, B. + Cascales, L. + Oncina & S. + Sánchez-Pedreño (Curso 2017–18). +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Cálculo diferencial +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n1.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Cálculo integral +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n2.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Series de potencias +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n3.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/fuvr2/n1.lyx b/fuvr2/n1.lyx new file mode 100644 index 0000000..a8766da --- /dev/null +++ b/fuvr2/n1.lyx @@ -0,0 +1,4028 @@ +#LyX 2.3 created this file. 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+\end_inset + + si existe +\begin_inset Formula +\[ +f'(c):=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)-f(c)}{h} +\] + +\end_inset + +y se dice derivable en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si es derivable en cada punto de +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + +. + Al valor +\begin_inset Formula $f'(c)$ +\end_inset + + lo llamamos +\series bold +derivada +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, y llamamos +\series bold +cociente incremental +\series default + a la expresión +\begin_inset Formula $\frac{f(c+h)-f(c)}{h}$ +\end_inset + +. + Otra definición de derivada es +\begin_inset Formula +\[ +f'(c):=\lim_{x\rightarrow c}\frac{f(x)-f(c)}{x-c} +\] + +\end_inset + + Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +derivada de la función +\series default + +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + a la función +\begin_inset Formula $f':I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + que a cada +\begin_inset Formula $x\in I$ +\end_inset + + le hace corresponder +\begin_inset Formula $f'(x)$ +\end_inset + +. + Podemos definir la +\series bold +derivada por la izquierda +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $f'(c^{-}):=f'_{-}(c):=\lim_{h\rightarrow0^{-}}\frac{f(c+h)-f(c)}{h}$ +\end_inset + +, y la +\series bold +derivada por la derecha +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $f'(c^{+}):=f'_{+}(c):=\lim_{h\rightarrow0^{+}}\frac{f(c+h)-f(c)}{h}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +recta tangente +\series default + a la curva +\begin_inset Formula $y=f(x)$ +\end_inset + + en el punto +\begin_inset Formula $(c,f(c))$ +\end_inset + + a la función dada por +\begin_inset Formula $g(x)=f(c)+f'(c)(x-c)$ +\end_inset + +. + Podemos formular que +\begin_inset Formula $f'(c)=m$ +\end_inset + + diciendo que +\begin_inset Formula +\[ +f(c+h)=f(c)+mh+h\phi(h) +\] + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $\phi:(-\delta,\delta)\backslash\{0\}\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es una función tal que +\begin_inset Formula $\lim_{h\rightarrow0}\phi(h)=0$ +\end_inset + +. + Equivalentemente, podemos hacer uso de la +\series bold + +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +o +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + pequeña de Landau +\series default +, que representa una función cualquiera definida en un entorno reducido + o perforado del origen, +\begin_inset Formula $(-\delta,\delta)\backslash\{0\}$ +\end_inset + +, y cumple que +\begin_inset Formula $\lim_{h\rightarrow0}\frac{o(h)}{h}=0$ +\end_inset + +. + Así, +\begin_inset Formula +\[ +f(c+h)=f(c)+mh+o(h) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es +\series bold +diferenciable +\series default + en +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + + si existe una aplicación +\emph on +lineal +\emph default + +\begin_inset Formula $L:\mathbb{R}\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + llamada +\series bold +diferencial +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, denotada +\begin_inset Formula $df(c)$ +\end_inset + +, tal que +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)-f(c)-L(h)}{h}=0 +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Se tiene que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es diferenciable en +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + + si y sólo si es derivable en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, y entonces +\begin_inset Formula $df(c)(x)=f'(c)x$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $\alpha(h):=\frac{f(c+h)-f(c)-L(h)}{h}=\frac{f(c+h)-f(c)}{h}-L\left(\frac{h}{h}\right)=\frac{f(c+h)-f(c)}{h}-L(1)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +f'(c)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)-f(c)}{h}=\lim_{h\rightarrow0}\alpha(h)+L(1)=L(1) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)-f(c)}{h}-f'(c)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)-f(c)-f'(c)h}{h}=0 +\] + +\end_inset + +por lo que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f'(c)=L(1)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:I\subseteq\mathbb{R}\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Se tiene que +\begin_inset Formula $f(c+h)-f(c)=(f'(c)+\phi(h))h$ +\end_inset + +, luego dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\delta'>0$ +\end_inset + + tal que todo +\begin_inset Formula $|h|<\delta'$ +\end_inset + + cumple que +\begin_inset Formula $|\phi(h)|<1$ +\end_inset + +, y tomando +\begin_inset Formula $\delta:=\min\{\delta',\frac{\varepsilon}{|f'(c)|+1}\}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $|h|<\delta$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $|f(c+h)-f(c)|=|f'(c)+\phi(h)||h|\leq(|f'(c)+|\phi(h)|)|h|<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Cálculo de derivadas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $f,g:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + un intervalo abierto, derivables en +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $(f+g)'(c)=f'(c)+g'(c)$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{h\rightarrow0}\frac{(f+g)(c+h)-(f+g)(c)}{h}=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)-f(c)+g(c+h)-g(c)}{h}=f'(c)+g'(c) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $(fg)'(c)=f'(c)g(c)+f(c)g'(c)$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\begin{gather*} +(fg)'(c)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)g(c+h)-f(c)g(c)}{h}=\\ +=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)g(c+h)-f(c)g(c+h)+f(c)g(c+h)-f(c)g(c)}{h}=\\ +=\lim_{h\rightarrow0}g(c+h)\frac{f(c+h)-f(c)}{h}+\lim_{h\rightarrow0}f(c)\frac{g(c+h)-g(c)}{h}=g(c)f'(c)+f(c)g'(c) +\end{gather*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $g(x)\neq0\forall x\in I\implies\left(\frac{f}{g}\right)'(c)=\frac{f'(c)g(c)-f(c)g'(c)}{g(c)^{2}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{gathered}\lim_{h\rightarrow0}\frac{\frac{f(c+h)}{g(c+h)}-\frac{f(c)}{g(c)}}{h}=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)g(c)-f(c)g(c+h)}{hg(c)g(c+h)}=\\ +=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(c+h)g(c)-f(c)g(c)+f(c)g(c)-f(c)g(c+h)}{hg(c)g(c+h)}=\\ +=\lim_{h\rightarrow0}g(c)\frac{f(c+h)-f(c)}{hg(c)g(c+h)}+f(c)\frac{g(c)-g(c+h)}{hg(c)g(c+h)}=\frac{f'(c)g(c)}{g(c)^{2}}-\frac{f(c)g'(c)}{g(c)^{2}} +\end{gathered} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $(\alpha f)'(c)=\alpha f'(c)\forall\alpha\in\mathbb{R}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $g(x)=\alpha$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x\in I$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +g'(c)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{g(c+h)-g(c)}{h}=\lim_{h\rightarrow0}\frac{\alpha-\alpha}{h}=0 +\] + +\end_inset + +luego +\begin_inset Formula +\[ +(\alpha f)'(c)=(fg)'(c)=f'(c)g(c)+f(c)g'(c)=f'(c)g(c)=\alpha f'(c) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Regla de la cadena: +\series default + Sean +\begin_inset Formula $I,J$ +\end_inset + + intervalos abiertos de +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g:J\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\text{Im}f\subseteq J$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + lo es en +\begin_inset Formula $f(c)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $g\circ f$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula +\[ +(g\circ f)'(c)=g'(f(c))f'(c) +\] + +\end_inset + +Para demostrarlo usamos que +\begin_inset Formula $f(c+h)=f(c)+hf'(c)+h\phi(h)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g(f(c)+k)=g(f(c))+kg'(f(c))+k\psi(k)$ +\end_inset + +. + Así, +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +g(f(c+h)) & = & g(f(c)+hf'(c)+h\phi(h))\\ + & = & g(f(c))+(hf'(c)+h\phi(h))g'(f(c))+(hf'(c)+h\phi(h))\psi(hf'(c)+h\phi(h))\\ + & = & g(f(c))+hf'(c)g'(f(c))+\\ + & & +h(\phi(h)g'(f(c))+(f'(c)+\phi(h))\psi(hf'(c)+h\phi(h))) +\end{eqnarray*} + +\end_inset + +Si llamamos +\begin_inset Formula $\gamma(h)$ +\end_inset + + al último sumando, vemos que +\begin_inset Formula $(g\circ f)(c+h)=(g\circ f)(c)+hf'(c)g'(f(c))+h\gamma(h)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\lim_{h\rightarrow0}\gamma(h)=0$ +\end_inset + +, lo que prueba el teorema. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow J$ +\end_inset + + es una biyección derivable entre los intervalos +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $J$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f^{-1}$ +\end_inset + + continua y +\begin_inset Formula $f'(x)\neq0\forall x\in I$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f^{-1}$ +\end_inset + + es derivable y +\begin_inset Formula +\[ +(f^{-1})'(y)=\frac{1}{f'(f^{-1}(y))} +\] + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $y=f(x),y_{0}=f(x_{0})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{y\rightarrow y_{0}}\frac{f^{-1}(y)-f^{-1}(y_{0})}{y-y_{0}}=\lim_{y\rightarrow y_{0}}\frac{1}{\frac{y-y_{0}}{f^{-1}(y)-f^{-1}(y_{0})}}=\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{1}{\frac{f(x)-f(x_{0})}{x-x_{0}}}=\frac{1}{f'(f^{-1}(y_{0}))} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Veamos algunas derivadas importantes. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $f(x)=\sin x$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f'(x)=\cos x$ +\end_inset + +. + Si es +\begin_inset Formula $g(x)=\cos x$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $g'(x)=-\sin x$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Se tiene que +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +\sin x=\sin\left(\frac{x+c}{2}+\frac{x-c}{2}\right)=\cos\frac{x+c}{2}\sin\frac{x-c}{2}+\sin\frac{x+c}{2}\cos\frac{x-c}{2}\\ +\sin c=\sin\left(\frac{x+c}{2}-\frac{x-c}{2}\right)=-\cos\frac{x+c}{2}\sin\frac{x-c}{2}+\sin\frac{x+c}{2}\cos\frac{x-c}{2} +\end{array} +\] + +\end_inset + +Por tanto, +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{x\rightarrow c}\frac{\sin x-\sin c}{x-c}=\lim_{x\rightarrow c}\frac{\cos\frac{x+c}{2}\sin\frac{x-c}{2}}{\frac{x-c}{2}}=\lim_{x\rightarrow c}\cos\frac{x+c}{2}\cdot1=\cos c +\] + +\end_inset + +La derivada del coseno se obtiene de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f(x)=\tan x$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f'(x)=1+\tan^{2}x=\frac{1}{\cos^{2}x}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Como +\begin_inset Formula $f(x)=\frac{\sin x}{\cos x}$ +\end_inset + +, partiendo de la derivada del seno y del coseno, +\begin_inset Formula +\[ +f'(x)=\frac{\cos x\cdot\cos x-\sin x\cdot(-\sin x)}{\cos^{2}x}=\frac{\cos^{2}x+\sin^{2}x}{\cos^{2}x}=1+\tan^{2}x=\frac{1}{\cos^{2}x} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $f(x)=e^{x}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f'(x)=e^{x}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{h\rightarrow0}\frac{e^{x+h}-e^{x}}{h}=\lim_{h\rightarrow0}e^{x}\frac{e^{h}-1}{h}=e^{x} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $f:I\subseteq(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $f(x)=\log x$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f'(x)=\frac{1}{x}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +El logaritmo es la inversa de +\begin_inset Formula $g(x)=e^{x}$ +\end_inset + +, con +\begin_inset Formula $g'(x)=e^{x}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula +\[ +f'(x)=\frac{1}{e^{\log x}}=\frac{1}{x} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $f:I\subseteq(-1,1)\rightarrow(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2})$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $f(x)=\arcsin x$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f'(x)=\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $g:I\subseteq(-1,1)\rightarrow(0,\pi)$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $g(x)=\arccos x$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $g'(x)=\frac{-1}{\sqrt{1-x^{2}}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Al ser +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + la inversa del seno y +\begin_inset Formula $\sin'(x)=\cos x$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +f'(x)=\frac{1}{\cos(\arcsin x)}=\frac{1}{\sqrt{1-\sin^{2}(\arcsin x)}}=\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}} +\] + +\end_inset + +La derivada del arcocoseno se hace de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2})$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $f(x)=\arctan x$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f'(x)=\frac{1}{1+x^{2}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Esta función es la inversa de la tangente, y como +\begin_inset Formula $\tan'(x)=1+\tan^{2}x$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +f'(x)=\frac{1}{1+\tan^{2}(\arctan x)}=\frac{1}{1+x^{2}} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Dado +\begin_inset Formula $\alpha\in\mathbb{R}$ +\end_inset + +, la derivada de +\begin_inset Formula $f(x)=x^{\alpha}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $f'(x)=\alpha x^{\alpha-1}$ +\end_inset + +. + Para demostrarlo usamos +\series bold +derivación logarítmica +\series default +: Tomamos logaritmos en la definición de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y derivamos la expresión resultante. +\begin_inset Formula +\[ +\log(f(x))=\log(x^{\alpha})=\alpha\log x\implies\log(f(x))'=\frac{f'(x)}{f(x)}=\frac{\alpha}{x}\implies f'(x)=f(x)\frac{\alpha}{x}=\alpha x^{\alpha-1} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Derivabilidad en un intervalo +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una función +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + definida en un intervalo +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + es +\series bold +creciente +\series default +, +\series bold +estrictamente creciente +\series default +, +\series bold +decreciente +\series default + o +\series bold +estrictamente decreciente +\series default + en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si para cualesquiera +\begin_inset Formula $x,y\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x<y$ +\end_inset + + se tiene, respectivamente, que +\begin_inset Formula $f(x)\leq f(y)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(x)<f(y)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(x)\geq f(y)$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $f(x)>f(y)$ +\end_inset + +. + Es creciente, estrictamente creciente, decreciente o estrictamente decreciente + en un punto +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + + si existe un entorno perforado +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + tal que para +\begin_inset Formula $x\in I\cap V$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $m:=\frac{f(x)-f(c)}{x-c}$ +\end_inset + + es, respectivamente, +\begin_inset Formula $m\geq0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $m>0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $m\leq0$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $m<0$ +\end_inset + +. + Se tiene que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es creciente o decreciente en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si y sólo si lo es en cada punto de +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Trivial. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + creciente en cada +\begin_inset Formula $x\in I$ +\end_inset + +, es menester demostrar que, dados +\begin_inset Formula $x<y$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $f(x)\leq f(y)$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $A:=\{z\in(x,y]:f(x)\leq f(z)\}$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $A\neq\emptyset$ +\end_inset + + porque +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es creciente en +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es acotado superiormente, podemos definir +\begin_inset Formula $\alpha:=\sup A$ +\end_inset + +, y basta probar que +\begin_inset Formula $\alpha=y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(x)\leq f(\alpha)$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es creciente en +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\delta>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(z)\leq f(\alpha)$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $z\in(\alpha-\delta,\alpha)$ +\end_inset + +. + Pero por definición de +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + + para alguno de esos valores es +\begin_inset Formula $f(x)\leq f(z)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f(x)\leq f(\alpha)$ +\end_inset + +. + Si fuera +\begin_inset Formula $\alpha<y$ +\end_inset + + existiría +\begin_inset Formula $z\in(\alpha,y]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(\alpha)\leq f(z)$ +\end_inset + + por el crecimiento de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + +, pero entonces se tendría que +\begin_inset Formula $f(x)\leq f(\alpha)\leq f(z)$ +\end_inset + +, contradiciendo la definición de +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + tiene un +\series bold +máximo relativo +\series default + o +\series bold +local +\series default + en +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + + si existe un entorno +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f(x)\leq f(c)\forall x\in I\cap V$ +\end_inset + +, tiene un +\series bold +mínimo relativo +\series default + o +\series bold +local +\series default + en +\begin_inset Formula $c\in I$ +\end_inset + + si existe un entorno +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f(x)\geq f(c)\forall x\in I\cap V$ +\end_inset + +, y tiene un +\series bold +extremo relativo +\series default + o +\series bold +local +\series default + en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + si tiene un máximo o mínimo relativo en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f'(c)>0$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es estrictamente creciente en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +f'(c)=\lim_{x\rightarrow c}\frac{f(x)-f(c)}{x-c}>0 +\] + +\end_inset + +por lo que existe un entorno reducido +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\forall x\in I\cap V,\frac{f(x)-f(c)}{x-c}>0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f'(c)<0$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es estrictamente decreciente en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + es un punto interior del intervalo +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + (no es un extremo) y +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable y tiene un extremo relativo en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f'(c)=0$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Supongamos que el extremo es un máximo. + Existe un entorno +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\forall x\in I\cap V,f(x)\leq f(c)$ +\end_inset + +, luego para +\begin_inset Formula $x\in I\cap V$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\left\{ \begin{array}{ccccc} +x<c & \implies & \frac{f(x)-f(c)}{x-c}\geq0 & \implies & f'(c^{-})=\lim_{x\rightarrow c^{-}}\frac{f(x)-f(c)}{x-c}\geq0\\ +x>c & \implies & \frac{f(x)-f(c)}{x-c}\leq0 & \implies & f(c^{+})=\lim_{x\rightarrow c^{+}}\frac{f(x)-f(c)}{x-c}\leq0 +\end{array}\right. +\] + +\end_inset + +Pero como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $0\leq f'(c^{-})=f'(c)=f'(c^{+})\leq0$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f'(c)=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f:(a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + derivable, +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + + es un +\series bold +punto crítico +\series default + o +\series bold +estacionario +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $f'(c)=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Teoremas del valor medio +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema de Rolle: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continua en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + y derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(a)=f(b)$ +\end_inset + + entonces existe +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f'(c)=0$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es constante, tomamos +\begin_inset Formula $c:=\frac{a+b}{2}$ +\end_inset + +. + Si no, supongamos por ejemplo que existe +\begin_inset Formula $x_{0}\in[a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(x_{0})>f(a)=f(b)$ +\end_inset + +. + Por el teorema de Weierstrass, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + alcanza su máximo absoluto en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, y por lo anterior debe alcanzarse en un punto interior +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + +. + Pero por ser máximo absoluto es también máximo relativo y por tanto +\begin_inset Formula $f'(c)=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema del valor medio de Cauchy: +\series default + Sean +\begin_inset Formula $f,g:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continuas en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + y derivables en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + +, entonces existe +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $(f(b)-f(a))g'(c)=(g(b)-g(a))f'(c)$ +\end_inset + + (si +\begin_inset Formula $g(b)\neq g(a)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g'(c)\neq0$ +\end_inset + + podemos expresar esto como +\begin_inset Formula $\frac{f(b)-f(a)}{g(b)-g(a)}=\frac{f'(c)}{g'(c)}$ +\end_inset + +). + +\series bold +Demostración: +\series default + Aplicamos el teorema de Rolle a +\begin_inset Formula $h(x):=f(x)(g(b)-g(a))-g(x)(f(b)-f(a))$ +\end_inset + +, pues +\begin_inset Formula $h(a)=h(b)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema del valor medio de Lagrange: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continua en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + y derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\theta\in(a,b)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f'(\theta)(b-a)=f(b)-f(a)$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Es un caso particular del teorema del valor medio de Cauchy tomando +\begin_inset Formula $g(x):=x$ +\end_inset + +. + El teorema de Rolle es un caso particular de este, por lo que estos tres + teoremas son equivalentes. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema de los incrementos finitos: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continua en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + y derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $|f'(x)|\leq M\forall x\in(a,b)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $|f(x)-f(y)|\leq M|x-y|$ +\end_inset + + para cualesquiera +\begin_inset Formula $x,y\in[a,b]$ +\end_inset + +. + A efectos prácticos, esto significa que si +\begin_inset Formula $f'$ +\end_inset + + es acotada entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es uniformemente continua. + +\series bold +Demostración: +\series default + Basta aplicar el teorema del valor medio de Lagrange a +\begin_inset Formula $f|_{[x,y]}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + continuas en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + y derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + + se cumplen las siguientes propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\forall x\in(a,b),f'(x)=0\implies\exists k\in\mathbb{R}:\forall x\in(a,b),f(x)=k$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Aplicando el teorema de Lagrange en +\begin_inset Formula $[a,x]$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $c\in(a,x)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\frac{f(x)-f(a)}{x-a}=f'(c)=0$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f(x)=f(a)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\forall x\in(a,b),f'(x)=g'(x)\implies\exists k\in\mathbb{R}:\forall x\in(a,b),f(x)=g(x)+k$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $h(x):=f(x)-g(x)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $h'(x)=f'(x)-g'(x)=0$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $h(x)$ +\end_inset + + es constante. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si para todo +\begin_inset Formula $x\in(a,b)$ +\end_inset + + se tiene que +\begin_inset Formula $f'(x)\geq0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f'(x)>0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f'(x)\leq0$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $f'(x)<0$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es, respectivamente, creciente, estrictamente creciente, decreciente o + estrictamente decreciente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f:(a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + derivable y +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f'(c)=0$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $\exists\delta>0:(\forall x\in(c-\delta,c)\subseteq(a,b),f'(x)\leq0\land\forall x\in(c,c+\delta)\subseteq(a,b),f'(x)\geq0)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + posee un mínimo relativo en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. + Análogamente, si +\begin_inset Formula $\exists\delta>0:(\forall x\in(c-\delta,c)\subseteq(a,b),f'(x)\geq0\land\forall x\in(c,c+\delta)\subseteq(a,b),f'(x)\leq0)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + posee un máximo relativo en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Para el primer caso, si +\begin_inset Formula $y\in(c-\delta,c)$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\eta\in(y,c)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f(c)-f(y)=f'(\eta)(c-y)\leq0$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $f(c)\leq f(y)$ +\end_inset + +, mientras que si +\begin_inset Formula $y\in(c,c+\delta)$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\beta\in(c,y)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f(y)-f(c)=f'(\beta)(y-c)\geq0$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $f(c)\leq f(y)$ +\end_inset + +; luego si +\begin_inset Formula $y\in(c-\delta,c+\delta)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f(y)\geq f(c)$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + tiene un mínimo relativo en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. + El segundo caso se prueba de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Con esto podemos probar la +\series bold +desigualdad de Bernouilli +\series default + de forma más general: dados +\begin_inset Formula $x>0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\alpha>1$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $(1+x)^{\alpha}>1+\alpha x$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + definida por +\begin_inset Formula $f(x)=(1+x)^{\alpha}-1-\alpha x$ +\end_inset + + para un cierto +\begin_inset Formula $\alpha>1$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $f(0)=0$ +\end_inset + +, basta probar que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es estrictamente creciente si +\begin_inset Formula $\alpha>1$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $f'(x)=\alpha((1+x)^{\alpha-1}-1)>0$ +\end_inset + +, probando la desigualdad. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Teorema de la función inversa +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +propiedad de los valores intermedios +\series default + afirma que, sea +\begin_inset Formula $f:(a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + derivable y +\begin_inset Formula $x,y\in(a,b)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x<y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f'(x)<\eta<f'(y)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\exists z\in(x,y):f'(z)=\eta$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $g:[x,y]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $g(t)=f(t)-\eta t$ +\end_inset + + continua y derivable, que por el teorema de Weierstrass (que usamos en + lugar del de Bolzano porque +\begin_inset Formula $g'$ +\end_inset + + no tiene por qué ser continua), tiene un mínimo absoluto en un +\begin_inset Formula $z\in[x,y]$ +\end_inset + +. + Pero como +\begin_inset Formula $g'(x)<0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g'(y)>0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + + no puede ser +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + ni +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $z\in(x,y)$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $g'(z)=0$ +\end_inset + +, o dicho de otra forma, +\begin_inset Formula $f'(z)=\eta$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí deducimos el +\series bold +teorema de la función inversa: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continua en el intervalo +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + y derivable en su interior con derivada no nula, entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es una biyección de +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + sobre un intervalo +\begin_inset Formula $J$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f^{-1}:J\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es continua y derivable en el interior de +\begin_inset Formula $J$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula +\[ +(f^{-1})'(y)=\frac{1}{f'(f^{-1}(y))} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Demostración: +\series default + Por la propiedad anterior, bien +\begin_inset Formula $f'(x)>0$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $f'(x)<0$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es estrictamente monótona, de modo que es biyectiva de +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + sobre un intervalo +\begin_inset Formula $J$ +\end_inset + + siendo +\begin_inset Formula $f^{-1}$ +\end_inset + + estrictamente monótona y continua. + Sean entonces +\begin_inset Formula $y,y_{0}\in J,x=f^{-1}(y),x_{0}=f^{-1}(y_{0})$ +\end_inset + +: +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{y\rightarrow y_{0}}\frac{f^{-1}(y)-f^{-1}(y_{0})}{y-y_{0}}=\lim_{y\rightarrow y_{0}}\frac{1}{\frac{y-y_{0}}{f^{-1}(y)-f^{-1}(y_{0})}}=\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{1}{\frac{f(x)-f(x_{0})}{x-x_{0}}}=\frac{1}{f'(f^{-1}(y_{0}))} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Regla de L'Hospital +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + derivables en +\begin_inset Formula $I=(a,b)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $-\infty\leq a<b\leq+\infty$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g'$ +\end_inset + + no tienen ceros en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + y se cumple que o bien +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow b^{-}}f(x)=\lim_{x\rightarrow b^{-}}g(x)=0$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow b^{-}}g(x)=\pm\infty$ +\end_inset + +, entonces, si existe +\begin_inset Formula $L:=\lim_{x\rightarrow b^{-}}\frac{f'(x)}{g'(x)}\in\overline{\mathbb{R}}$ +\end_inset + +, es también +\begin_inset Formula $L=\lim_{x\rightarrow b^{-}}\frac{f(x)}{g(x)}$ +\end_inset + +. + Por supuesto, esto también se cumple para límites por la derecha y por + tanto también para límites ordinarios. +\end_layout + +\begin_layout Section +Desarrollos de Taylor +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es derivable en el intervalo abierto +\begin_inset Formula $\Omega$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f'$ +\end_inset + + también lo es, se dice que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es dos veces derivable en +\begin_inset Formula $\Omega$ +\end_inset + + y la derivada de +\begin_inset Formula $f'$ +\end_inset + + se denota por +\begin_inset Formula $f^{(2)}:=f''$ +\end_inset + +, y por inducción, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + veces derivable y +\begin_inset Formula $f^{(n-1)}$ +\end_inset + + es derivable, se dice que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + veces derivable y llamamos +\begin_inset Formula $f^{(n)}:=(f^{(n-1)})'$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es de clase +\begin_inset Formula ${\cal C}^{n}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\Omega$ +\end_inset + + si existe +\begin_inset Formula $f^{(n)}$ +\end_inset + + y es continua, y es de clase +\begin_inset Formula ${\cal C}^{\infty}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\Omega$ +\end_inset + + si es de clase +\begin_inset Formula ${\cal C}^{n}$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + +. + Por ejemplo, los polinomios son funciones de clase +\begin_inset Formula ${\cal C}^{\infty}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + +, de modo que conociendo el valor de +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + y sus derivadas en un cierto punto es posible reconstruir el polinomio. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dividiendo +\begin_inset Formula $P(x)=a_{n}x^{n}+\dots+a_{0}$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $(x-x_{0})^{n}$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $P(x)=b_{n}(x-x_{0})^{n}+Q_{n-1}(x)$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $Q_{n-1}(x)$ +\end_inset + + es de grado +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + +. + Por inducción se obtiene +\begin_inset Formula $P(x)=b_{n}(x-x_{0})^{n}+\dots+b_{0}$ +\end_inset + +, pero entonces +\begin_inset Formula $b_{0}=P(x_{0})$ +\end_inset + +, y derivando sucesivamente: +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{ccccc} +P(x)=b_{n}(x-x_{0})^{n}+\dots+b_{0} & & P(x_{0})=b_{0}\\ +P'(x)=nb_{n}(x-x_{0})^{n-1}+\dots+b_{1} & & P'(x_{0})=b_{1} & & b_{1}=\frac{P'(x_{0})}{1!}\\ +P''(x)=n(n-1)(x-x_{0})^{n-2}+\dots+2b_{2} & & P''(x_{0})=2b_{2} & & b_{2}=\frac{P''(x_{0})}{2!}\\ +P'''(x)=n(n-1)(n-2)(x-x_{0})^{n-3}+\dots+6b_{3} & & P'''(x_{0})=6b_{3} & & b_{3}=\frac{P'''(x_{0})}{3!}\\ +\vdots & & \vdots & & \vdots\\ +P^{(n)}(x)=n!b_{n} & & P^{(n)}(x_{0})=n!b_{n} & & b_{n}=\frac{P^{(n)}(x_{0})}{n!} +\end{array} +\] + +\end_inset + +Con lo que +\begin_inset Formula $P(x)=P(x_{0})+\frac{P'(x_{0})}{1!}(x-x_{0})+\dots+\frac{P^{(n)}(x_{0})}{n!}(x-x_{0})^{n}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +polinomio de Taylor +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + de grado +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + a la siguiente expresión: +\begin_inset Formula +\[ +P_{n}(f,x;x_{0})=f(x_{0})+\frac{f'(x_{0})}{1!}(x-x_{0})+\dots+\frac{f^{(n)}(x_{0})}{n!}(x-x_{0})^{n} +\] + +\end_inset + +El +\series bold +resto del polinomio +\series default + es la diferencia entre la función y su polinomio de Taylor: +\begin_inset Formula $R_{n}(x;x_{0}):=f(x)-P_{n}(f,x;x_{0})$ +\end_inset + +. + Una función +\begin_inset Formula $g:(x_{0}-\delta,x_{0}+\delta)\backslash\{0\}\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + definida en un entorno reducido de +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + es una +\series bold + +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +o +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + pequeña +\series default + de +\begin_inset Formula $|x-x_{0}|^{n}$ +\end_inset + +, escrito +\begin_inset Formula $g(x)=o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + + o informalmente +\begin_inset Formula $o(x-x_{0})^{n}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{|g(x)|}{|x-x_{0}|^{n}}=0$ +\end_inset + +. + Así, si +\begin_inset Formula $g(x)=o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $g(x)=o(|x-x_{0}|^{k})$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $1\leq k\leq n$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{|g(x)|}{|x-x_{0}|^{k}}=\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{|g(x)|}{|x-x_{0}|^{n}}|x-x_{0}|^{n-k}=0\cdot0=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Resto de Landau y desarrollos limitados +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:(a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + veces derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + + y existe la derivada +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + +-ésima en +\begin_inset Formula $x_{0}\in(a,b)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f(x)=P_{n}(f,x;x_{0})+o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Aplicando la regla de L'Hospital +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + veces y la definición de derivada +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + +-ésima de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{f(x)-P_{n}(x)}{(x-x_{0})^{n}}=\dots=\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{f^{(n-1)}(x)-P_{n}^{(n-1)}(x)}{n(n-1)\cdots2(x-x_{0})} +\] + +\end_inset + +pero, al derivar +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + veces +\begin_inset Formula $P_{n}(x)$ +\end_inset + +, desaparecen todos los términos salvo los de grado +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $P_{n}^{(n-1)}(x)=(n-1)!\frac{f^{(n-1)}(x_{0})}{(n-1)!}+n!\frac{f^{(n)}(x_{0})}{n!}(x-x_{0})=f^{(n-1)}(x_{0})+f^{(n)}(x_{0})(x-x_{0})$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{f(x)-P_{n}(x)}{(x-x_{0})^{n}} & = & \lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{f^{(n-1)}(x)-f^{(n-1)}(x_{0})-f^{(n)}(x_{0})(x-x_{0})}{n!(x-x_{0})}\\ + & = & \frac{1}{n!}\left(\lim_{x\rightarrow x_{0}}\frac{f^{(n-1)}(x)-f^{(n-1)}(x_{0})}{(x-x_{0})}-f^{(n)}(x_{0})\right)\\ + & = & 0 +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +A una expresión como la de arriba la llamamos +\series bold +desarrollo limitado +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + de grado +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + +, y cuando existe es única. + +\series bold +Demostración: +\series default + Supongamos que una expresión admite dos desarrollos limitados de orden + +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + +: +\begin_inset Formula $f(x)=a_{0}+a_{1}(x-x_{0})+\dots+a_{n}(x-x_{0})^{n}+o(|x-x_{0}|^{n})=b_{0}+b_{1}(x-x_{0})+\dots+b_{n}(x-x_{0})^{n}+o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. + Igualando, +\begin_inset Formula $(b_{0}-a_{0})+(b_{1}-a_{1})(x-x_{0})+\dots+(b_{n}-a_{n})(x-x_{0})^{n}=o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. + Tomando límites cuando +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + tiende a +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $a_{0}=b_{0}$ +\end_inset + +. + Eliminando este sumando, dividiendo por +\begin_inset Formula $(x-x_{0})$ +\end_inset + + y tomando límites de nuevo, queda +\begin_inset Formula $a_{1}=b_{1}$ +\end_inset + +, y así sucesivamente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para calcular desarrollos limitados, muy útiles en el cálculo de límites + de cocientes sustituyendo a la regla de L'Hospital, sean +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + funciones de clase +\begin_inset Formula ${\cal C}^{n}$ +\end_inset + + definidas en entornos de +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y_{0}$ +\end_inset + +, respectivamente, y derivables +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + veces en dichos puntos: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $x_{0}=y_{0}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $(f+g)(x)=P_{n}(f,x;x_{0})+P_{n}(g,x;x_{0})+o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $x_{0}=y_{0}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $(fg)(x)=P_{n}(f,x;x_{0})P_{n}(g,x;x_{0})+o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. + Aquí hay que agrupar los términos convenientemente teniendo en cuenta que + los términos de grado mayor a +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + son +\begin_inset Formula $o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $x_{0}=y_{0}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\left(\frac{f}{g}\right)(x)=\frac{P_{n}(f,x;x_{0})}{P_{n}(g,x;x_{0})}+o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. + Aquí hay que considerar la +\emph on +fracción continua +\emph default + de polinomios, que es igual que la división normal de polinomios pero tomando + los términos de menor grado del divisor y el dividendo en vez de los de + mayor grado, y terminando cuando el grado del término resultante del cociente + sea mayor que +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + +, pues a partir de ahí el resto de términos son +\begin_inset Formula $o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f(x)=P_{n}(f,x;x_{0})+o(|x-x_{0}|^{n})$ +\end_inset + +, el desarrollo limitado de orden +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $f'$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $f'(x)=(P_{n}(f,x;x_{0}))'+o(|x-x_{0}|^{n-1})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f(x_{0})=y_{0}$ +\end_inset + + y la función +\begin_inset Formula $g\circ f$ +\end_inset + + está definida en un entorno de +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + en el que admite un desarrollo limitado en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + +, este se obtiene sustituyendo el desarrollo de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en el de +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + y agrupando los términos convenientemente tanto en la parte polinómica + de grado menor o igual a +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + como en la del resto de Landau. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:(a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + veces derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $f'(x_{0})=\dots=f^{(n-1)}(x_{0})=0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f^{(n)}(x_{0})\neq0$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es par, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + presenta un máximo relativo en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $f^{(n)}(x_{0})<0$ +\end_inset + + o un mínimo relativo si +\begin_inset Formula $f^{(n)}(x_{0})>0$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Como todas las derivadas en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + hasta +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + son 0, +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +f(x)=f(x_{0})+\frac{1}{n!}f^{(n)}(x_{0})(x-x_{0})^{n}+o((x-x_{0})^{n})\implies\\ +\implies\frac{f(x)-f(x_{0})}{(x-x_{0})^{n}}=\frac{1}{n!}f^{(n)}(x_{0})+\frac{o((x-x_{0})^{n})}{(x-x_{0})^{n}} +\end{array} +\] + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f^{(n)}(x_{0})<0$ +\end_inset + +, existe un entorno de +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + en el que el segundo miembro de la igualdad es estrictamente negativo y + por tanto también el primero, pero como +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es par, esto significa que +\begin_inset Formula $f(x)-f(x_{0})<0$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $f(x)<f(x_{0})$ +\end_inset + + y hay un máximo relativo. + El caso en que +\begin_inset Formula $f^{(n)}(x_{0})>0$ +\end_inset + + es análogo. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es impar, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + no tiene extremo relativo en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Llegamos a que existe un entorno de +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + en el que el primer miembro de la igualdad es estrictamente positivo o + estrictamente negativo, pero cualquiera de las situaciones significa que + la función es estrictamente creciente a ambos lados o estrictamente decreciente + a ambos lados. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Fórmula de Taylor con resto de Lagrange +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:(a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + veces derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + + y sean +\begin_inset Formula $x_{0},x\in(a,b)$ +\end_inset + +, entonces existe +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + estrictamente entre +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula +\[ +R_{n-1}(x;x_{0})=\frac{f^{(n)}(c)}{n!}(x-x_{0})^{n} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Demostración: +\series default + Aplicando el teorema del valor medio de Cauchy a +\begin_inset Formula +\[ +F(t):=f(x)-\left(f(t)+\frac{1}{1!}f'(t)(x-t)+\dots+\frac{1}{(n-1)!}f^{(n-1)}(t)(x-t)^{n-1}\right) +\] + +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G(t):=(x-t)^{n}$ +\end_inset + + entre +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + estrictamente entre +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $(F(x_{0})-F(x))G'(c)=(G(x_{0})-G(x))F'(c)$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $F(x)=0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $F(x_{0})=R_{n-1}(x;x_{0})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $G(x)=0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G(x_{0})=(x-x_{0})^{n}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $R_{n-1}(x;x_{0})G'(c)=(x-x_{0})^{n}F'(c)$ +\end_inset + +. + Ahora calculamos las derivadas de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + +. + Se tiene que +\begin_inset Formula $G'(t)=-n(x-t)^{n-1}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $G'(c)=-n(x-c)^{n-1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +F'(t)=-\left(f'(t)+\frac{1}{1!}f''(t)(x-t)+\dots+\frac{1}{(n-1)!}f^{(n)}(t)(x-t)^{n-1}\right)+\\ ++\left(\frac{1}{1!}f'(t)+\dots+\frac{n-1}{(n-1)!}f^{(n-1)}(t)(x-t)^{n-2}\right)=-\frac{1}{(n-1)!}f^{(n)}(t)(x-t)^{n-1} +\end{array} +\] + +\end_inset + +luego +\begin_inset Formula $F'(c)=-\frac{f^{(n)}(c)}{(n-1)!}(x-c)^{n-1}$ +\end_inset + +, y sustituyendo, +\begin_inset Formula +\[ +R_{n-1}(x;x_{0})=\frac{F'(c)}{G'(c)}(x-x_{0})^{n}=\frac{-\frac{f^{(n)}(c)}{(n-1)!}(x-c)^{n-1}}{-n(x-c)^{n-1}}(x-x_{0})^{n}=\frac{f^{(n)}(c)}{n!}(x-x_{0})^{n} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Esta forma de expresar el resto se llama +\series bold +forma de Lagrange +\series default +, y a veces se escribe +\begin_inset Formula $c=x_{0}+\theta(x-x_{0})$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $0<\theta<1$ +\end_inset + +, de modo que si +\begin_inset Formula $x_{0}=0$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $c=\theta x$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las funciones +\series bold +analíticas +\series default + son funciones de clase +\begin_inset Formula ${\cal C}^{\infty}$ +\end_inset + + en las que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + coincide con su polinomio de Taylor +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +infinito +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +. + No todas las de clase +\begin_inset Formula ${\cal C}^{\infty}$ +\end_inset + + cumplen esta propiedad, pues, por ejemplo, la función +\begin_inset Formula $g(x)=e^{-\frac{1}{x^{2}}}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $x\neq0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g(0)=0$ +\end_inset + + cumple que +\begin_inset Formula $g^{(n)}(0)=0$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + y por tanto su +\series bold +polinomio de Mac-Laurin +\series default + (polinomio de Taylor en +\begin_inset Formula $x_{0}=0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $P_{n}(g,x;0)$ +\end_inset + +) es nulo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Desarrollos de Taylor importantes: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $e^{x}=1+x+\frac{x^{2}}{2!}+\frac{x^{3}}{3!}+\dots+\frac{x^{n-1}}{(n-1)!}+\frac{e^{\theta x}}{n!}=\left(\sum_{k=0}^{n-1}\frac{x^{k}}{k!}\right)+\frac{e^{\theta x}}{n!}x^{n}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Para cualquier +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f^{(n)}(x)=e^{x}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f^{(n)}(0)=1$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\sin x=x-\frac{x^{3}}{3!}+\frac{x^{5}}{5!}-\frac{x^{7}}{7!}+\dots+\frac{\sin(\theta x+n\pi/2)}{n!}x^{n}=\left(\sum_{k=0}^{\lfloor(n-2)/2\rfloor}\frac{(-1)^{k}x^{2k+1}}{(2k+1)!}\right)+\frac{\sin(\theta x+n\pi/2)}{n!}x^{n}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{rccclrcl} +f(x) & = & \sin x & & & f(0) & = & 0\\ +f'(x) & = & \cos x & = & \sin(x+\pi/2) & f'(0) & = & 1\\ +f''(x) & = & -\sin x & = & \sin(x+\pi) & f''(0) & = & 0\\ +f'''(x) & = & -\cos x & = & \sin(x+3\pi/2) & f'''(0) & = & -1\\ +f^{(4)}(x) & = & \sin x & = & \sin(x+2\pi) & f^{(4)}(0) & = & 0\\ +\vdots\\ +f^{(n)}(x) & & & = & \sin(x+n\pi/2) & f^{(n)}(0) & = & \sin(n\pi/2) +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\cos x=1-\frac{x^{2}}{2!}+\frac{x^{4}}{4!}-\frac{x^{6}}{6!}+\dots+\frac{\cos(\theta x+n\pi/2)}{n!}x^{n}=\left(\sum_{k=0}^{\lfloor(n-1)/2\rfloor}\frac{(-1)^{k}x^{2k}}{(2k)!}\right)+\frac{\cos(\theta x+n\pi/2)}{n!}x^{n}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\log(1+x)=x-\frac{x^{2}}{2}+\frac{x^{3}}{3}-\frac{x^{4}}{4}+\dots+\frac{(-1)^{n-1}}{n(1+\theta x)^{n}}x^{n}=\left(\sum_{k=1}^{n-1}\frac{(-1)^{k-1}x^{k}}{k}\right)+\frac{(-1)^{n-1}}{n(1+\theta x)^{n}}x^{n}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{rclrcl} +f(x) & = & \log(1+x) & f(0) & = & 0\\ +f'(x) & = & (1+x)^{-1} & f'(0) & = & 1\\ +f''(x) & = & (-1)(1+x)^{-2} & f''(0) & = & -1=-1!\\ +f'''(x) & = & (-1)(-2)(1+x)^{-3} & f'''(0) & = & (-1)(-2)=2!\\ +\vdots\\ +f^{(n)}(x) & = & (-1)^{n-1}(n-1)!(1+x)^{-n} & f^{(n)} & = & (-1)^{n-1}(n-1)! +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $(1+x)^{\alpha}=1+\binom{\alpha}{1}x+\binom{\alpha}{2}x^{2}+\binom{\alpha}{3}x^{3}+\dots+\binom{\alpha}{n-1}x^{n-1}+\binom{\alpha}{n}\frac{(1+\theta x)^{\alpha}}{(1+\theta x)^{n}}x^{n}=1+\left(\sum_{k=1}^{n-1}\binom{\alpha}{k}x^{k}\right)+\binom{\alpha}{n}\frac{(1+\theta x)^{\alpha}}{(1+\theta x)^{n}}x^{n}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $\binom{\alpha}{k}:=\frac{\alpha(\alpha-1)\cdots(\alpha-k+1)}{k!}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{rclrcl} +f(x) & = & (1+x)^{\alpha} & f(0) & = & 1\\ +f'(x) & = & \alpha(1+x)^{\alpha-1} & f'(0) & = & \alpha\\ +f''(x) & = & \alpha(\alpha-1)(1+x)^{\alpha-2} & f''(0) & = & \alpha(\alpha-1)\\ +\vdots\\ +f^{(n)}(x) & = & \alpha\cdots(\alpha-n+1)(1+x)^{\alpha-n} & f^{(n)}(0) & = & \alpha\cdots(\alpha-n+1) +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Funciones convexas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una función +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es +\series bold +convexa +\series default + en el intervalo +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall x,y\in I,t\in[0,1],f((1-t)x+ty)\leq(1-t)f(x)+tf(y)$ +\end_inset + +, y es +\series bold +cóncava +\series default + en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall x,y\in I,t\in[0,1],f((1-t)x+ty)\geq(1-t)f(x)+tf(y)$ +\end_inset + +. + Geométricamente, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es convexa en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si para cualesquiera +\begin_inset Formula $x,y\in I$ +\end_inset + +, la secante que une los puntos +\begin_inset Formula $(x,f(x))$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $(y,f(y))$ +\end_inset + + está por encima de la gráfica de la función en el intervalo +\begin_inset Formula $[x,y]$ +\end_inset + +, y cóncava si está por debajo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Float figure +wide false +sideways false +status open + +\begin_layout Plain Layout +\align center +\begin_inset Graphics + filename pegado1.png + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Caption Standard + +\begin_layout Plain Layout +Interpretación geométrica de la convexidad. +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La pendiente de la recta secante que pasa por +\begin_inset Formula $(x,f(x))$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $(y,f(y))$ +\end_inset + + se denota +\begin_inset Formula $p_{x}(y):=\frac{f(y)-f(x)}{y-x}$ +\end_inset + +. + Así, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es convexa en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si y sólo si para cualesquiera +\begin_inset Formula $a,x,b\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $a<x<b$ +\end_inset + + se verifica +\begin_inset Formula $p_{a}(x)\leq p_{b}(x)$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $x=a+t(b-a)=(1-t)a+tb$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $t\in(0,1)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $x-a=t(b-a)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $x-b=(1-t)(a-b)$ +\end_inset + +, y se tiene que +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +p_{a}(x)\leq p_{b}(x) & \iff & \frac{f(x)-f(a)}{x-a}\leq\frac{f(x)-f(b)}{x-b}\\ + & \iff & (f(x)-f(a))(x-b)\geq(f(x)-f(b))(x-a)\\ + & \iff & f(x)(a-b)\geq f(a)(x-b)-f(b)(x-a)\\ + & \iff & f(x)(a-b)\geq f(a)(1-t)(a-b)-f(b)t(b-a)\\ + & \iff & f(x)\leq f(a)(1-t)+f(b)t +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es convexa en un intervalo +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + +, entonces: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Para cada +\begin_inset Formula $a\in I$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $p_{a}:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es creciente. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $a<x<y\in I$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +p_{a}(x)\leq p_{a}(y)\iff\frac{f(x)-f(a)}{x-a}\leq\frac{f(y)-f(a)}{y-a}\iff\\ +\iff f(x)-f(a)\leq\frac{f(y)-f(a)}{y-a}(x-a)\iff f(x)\leq f(a)+\frac{f(y)-f(a)}{y-a}(x-a) +\end{array} +\] + +\end_inset + +lo cual es cierto por ser +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + convexa. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Lema de las tres pendientes: +\series default + +\begin_inset Formula $\forall a,x,b\in I,(a<x<b\implies p_{a}(x)\leq p_{a}(b)\leq p_{b}(x)$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Como +\begin_inset Formula $p_{a}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $p_{b}$ +\end_inset + + son crecientes, +\begin_inset Formula $p_{a}(x)\leq p_{a}(b)=p_{b}(a)\leq p_{b}(x)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en los puntos del interior del intervalo. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + un punto interior de +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $x',x\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x'<x_{0}<x$ +\end_inset + +. + Por lo anterior, +\begin_inset Formula $p_{x_{0}}(x')=p_{x'}(x_{0})\leq p_{x}(x_{0})=p_{x_{0}}(x)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $p_{x_{0}}$ +\end_inset + + es creciente y por tanto existe +\begin_inset Formula $\alpha:=\lim_{x\rightarrow x_{0}^{+}}p_{x_{0}}(x)$ +\end_inset + +. + Por otra parte, +\begin_inset Formula $f(x)=f(x_{0})+\frac{f(x)-f(x_{0})}{x-x_{0}}(x-x_{0})$ +\end_inset + +, y tomando límites, +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{x\rightarrow x_{0}^{+}}f(x)=f(x_{0})+\lim_{x\rightarrow x_{0}^{+}}\frac{f(x)-f(x_{0})}{x-x_{0}}\lim_{x\rightarrow x_{0}^{+}}(x-x_{0})=f(x_{0})+\alpha\cdot0=f(x_{0}) +\] + +\end_inset + +lo que prueba la continuidad por la derecha de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + +. + Podemos probar la continuidad por la izquierda de manera análoga. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, sea +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + derivable en el intervalo abierto +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +f\text{ es convexa en }I\iff f'\text{ es creciente en }I\iff\forall x_{0},x\in I,f(x)-f(x_{0})\geq f'(x_{0})(x-x_{0}) +\] + +\end_inset + +La última condición significa que para cada punto de +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + +, la gráfica de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + está por encima de la tangente en dicho punto. +\begin_inset Note Comment +status open + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $1\implies2]$ +\end_inset + + Sean +\begin_inset Formula $a,b\in I$ +\end_inset + + arbitrarios con +\begin_inset Formula $a<b$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +f'(a) & = & \lim_{x\rightarrow a^{+}}\frac{f(x)-f(a)}{x-a}=\lim_{x\rightarrow a^{+}}p_{a}(x)\\ +f'(b) & = & \lim_{x'\rightarrow b^{-}}\frac{f(x')-f(b)}{x'-b}=\lim_{x'\rightarrow b^{-}}p_{b}(x') +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es convexa, +\begin_inset Formula $p_{a}(x)\leq p_{x'}(x)=p_{x}(x')\leq p_{b}(x')$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $a<x<x'<b$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $f'(a)\leq f'(b)$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $f'$ +\end_inset + + es creciente. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $2\implies3]$ +\end_inset + + Sean +\begin_inset Formula $x_{0},x\in I$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $x_{0}<x$ +\end_inset + +, por el teorema del valor medio de Lagrange, +\begin_inset Formula $f(x)-f(x_{0})=f'(c)(x-x_{0})$ +\end_inset + +, pero como +\begin_inset Formula $f'$ +\end_inset + + es creciente y +\begin_inset Formula $c\in(x_{0},x)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f'(c)(x-x_{0})\geq f'(x_{0})(x-x_{0})$ +\end_inset + +. + El caso en que +\begin_inset Formula $x_{0}>x$ +\end_inset + + se hace de forma análoga, y el caso en que +\begin_inset Formula $x_{0}=x$ +\end_inset + + es trivial. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $3\implies1]$ +\end_inset + + Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + no fuera convexa existirían +\begin_inset Formula $a,x_{0},b\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $a<x_{0}<b$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $f(x_{0})$ +\end_inset + + estaría por encima de la secante entre +\begin_inset Formula $(a,f(a))$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(b,f(b))$ +\end_inset + +, es decir, +\begin_inset Formula $p_{b}(x_{0})<p_{b}(a)=p_{a}(b)<p_{a}(x_{0})$ +\end_inset + +. + Ahora bien, la tangente de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + viene dada por +\begin_inset Formula $g(x)=f(x_{0})+f'(x_{0})(x-x_{0})$ +\end_inset + +, y si suponemos que +\begin_inset Formula $(b,f(b))$ +\end_inset + + está por encima de la recta, entonces +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +f(b)>g(b)=f(x_{0})+f'(x_{0})(b-x_{0})\iff f(b)-f(x_{0})>f'(x_{0})(b-x_{0})\iff\\ +\iff f'(x_{0})<\frac{f(b)-f(x_{0})}{b-x_{0}}=p_{b}(x_{0})\overset{\text{hip.}}{<}p_{a}(x_{0})=\frac{f(x_{0})-f(a)}{x_{0}-a}\iff\\ +\iff f'(x_{0})(x_{0}-a)<f(x_{0})-f(a)\iff f(a)<f(x_{0})+f'(x_{0})(x_{0}-a) +\end{array} +\] + +\end_inset + +por lo que +\begin_inset Formula $(a,f(a))$ +\end_inset + + queda por debajo de la tangente. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Convexidad local: +\series default + +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + y derivable en +\begin_inset Formula $x_{0}\in I$ +\end_inset + + es +\series bold +convexa +\series default + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\exists\delta>0:\forall x\in B(x_{0},\delta)\cap I,f(x)\geq f(x_{0})+f'(x_{0})(x-x_{0})$ +\end_inset + +, y es +\series bold +cóncava +\series default + en +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\exists\delta>0:\forall x\in B(x_{0},\delta)\cap I,f(x)\leq f(x_{0})+f'(x_{0})(x-x_{0})$ +\end_inset + +. + Decimos que +\begin_inset Formula $x_{0}$ +\end_inset + + es un +\series bold +punto de inflexión +\series default + si existe +\begin_inset Formula $\delta>0$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $x\in B(x_{0},\delta)\cap I$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $x<x_{0}$ +\end_inset + + implica +\begin_inset Formula $f(x)>f(x_{0})+f'(x_{0})(x-x_{0})$ +\end_inset + + mientras que +\begin_inset Formula $x>x_{0}$ +\end_inset + + implica +\begin_inset Formula $f(x)<f(x_{0})+f'(x_{0})(x-x_{0})$ +\end_inset + + (o al revés). + Puede no darse ninguna de las tres situaciones como en el punto +\begin_inset Formula $x_{0}=0$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $f(x)=x^{2}\sin(1/x)$ +\end_inset + +. + Una función +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + derivable en el intervalo abierto +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + es convexa en +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + si y sólo si es convexa para cada +\begin_inset Formula $x\in I$ +\end_inset + +. +\begin_inset Note Comment +status open + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Ver teorema anterior. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Supongamos que existen +\begin_inset Formula $a,b,c\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $a<c<b$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $f(c)>f(a)+\frac{f(b)-f(a)}{b-a}(c-a)$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $g(x)=f(x)-\left(f(a)+\frac{f(b)-f(a)}{b-a}(x-a)\right)$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $0=g(a)=g(b)<g(c)$ +\end_inset + +, existe un máximo absoluto de +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + + y en este +\begin_inset Formula $g'(\xi)=0$ +\end_inset + +, así que +\begin_inset Formula $f'(\xi)=\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g(z)<g(\xi)\forall z\in[a,b]$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula +\[ +g(b)=f(b)-\left(f(a)+\frac{f(b)-f(a)}{b-a}(b-a)\right)<f(\xi)-\left(f(a)+\frac{f(b)-f(a)}{b-a}(\xi-a)\right) +\] + +\end_inset + +es decir, +\begin_inset Formula +\[ +f(b)<f(\xi)+\frac{f(b)-f(a)}{b-a}(b-\xi)=f(\xi)+f'(\xi)(b-\xi) +\] + +\end_inset + +lo que contradice la convexidad de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\xi$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\begin_inset Formula $f:I\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es cóncava si y sólo si +\begin_inset Formula $-f$ +\end_inset + + es convexa, todas las proposiciones sobre funciones convexas se pueden + aplicar a funciones cóncavas adaptándolas convenientemente. +\end_layout + +\begin_layout Section +Representación gráfica de funciones +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $y=f(x)$ +\end_inset + +. + La recta +\begin_inset Formula $x=a$ +\end_inset + + es una +\series bold +asíntota vertical +\series default + de +\begin_inset Formula $f(x)$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow a}f(x)=\pm\infty$ +\end_inset + +, sea el límite por la izquierda o por la derecha. + La recta +\begin_inset Formula $y=b$ +\end_inset + + es una +\series bold +asíntota horizontal +\series default + de +\begin_inset Formula $f(x)$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow\infty}f(x)=b$ +\end_inset + +, sea cuando +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + tiende a +\begin_inset Formula $-\infty$ +\end_inset + + o a +\begin_inset Formula $+\infty$ +\end_inset + +. + Finalmente, la recta +\begin_inset Formula $y=mx+b$ +\end_inset + + es una +\series bold +asíntota oblicua +\series default + de +\begin_inset Formula $f(x)$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow\infty}(f(x)-(mx+b))=0$ +\end_inset + +, y entonces podemos calcular +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $b$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $m=\lim_{x\rightarrow\infty}\frac{f(x)}{x}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $b=\lim_{x\rightarrow\infty}(f(x)-mx)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una función +\begin_inset Formula $f:D\subseteq\mathbb{R}\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es +\series bold +par +\series default + o +\series bold +simétrica respecto del eje de coordenadas +\series default +si +\begin_inset Formula $f(-x)=f(x)\forall x\in D$ +\end_inset + +, y es +\series bold +impar +\series default + o +\series bold +simétrica respecto del origen de coordenadas +\series default + si +\begin_inset Formula $f(-x)=-f(x)\forall x\in D$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/fuvr2/n2.lyx b/fuvr2/n2.lyx new file mode 100644 index 0000000..9d5d103 --- /dev/null +++ b/fuvr2/n2.lyx @@ -0,0 +1,3720 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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P}([a,b])$ +\end_inset + + al conjunto de todas las particiones de +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +. + Dada +\begin_inset Formula $\pi\equiv(t_{0}<\dots<t_{n})\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, escribimos +\begin_inset Formula $M_{i}:=\sup\{f(t)\}_{t\in[t_{i-1},t_{i}]}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $m_{i}:=\inf\{f(t)\}_{t\in[t_{i-1},t_{i}]}$ +\end_inset + +, y llamamos +\series bold +suma superior +\series default + y +\series bold +suma inferior +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + correspondiente a +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + +, respectivamente, a +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +S(f,\pi):=\sum_{i=1}^{n}M_{i}(t_{i}-t_{i-1}) & \text{ y } & s(f,\pi):=\sum_{i=1}^{n}m_{i}(t_{i}-t_{i-1}) +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Obviamente +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq S(f,\pi)$ +\end_inset + + para cualquier +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +. + Dadas +\begin_inset Formula $\pi,\pi'\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, decimos que +\begin_inset Formula $\pi'$ +\end_inset + + es +\series bold +más fina +\series default + que +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $\pi'\succ\pi$ +\end_inset + +) si +\begin_inset Formula $\pi'\supseteq\pi$ +\end_inset + +, y denotamos +\begin_inset Formula $\pi\lor\pi':=\pi\cup\pi'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $\pi\preceq\pi'$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq s(f,\pi')$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S(f,\pi)\geq S(f,\pi')$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Supongamos que +\begin_inset Formula $\pi'$ +\end_inset + + tiene un punto más que +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + +, con +\begin_inset Formula $\pi\equiv t_{0}<\dots<t_{n}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\pi'\equiv t_{0}<\dots<t_{k-1}<p<t_{k}<\dots<t_{n}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $s(f,\pi)=\sum_{i\neq k}m_{i}(t_{i}-t_{i-1})+m_{k}(t_{k}-t_{k-1})=\sum_{i\neq k}m_{i}(t_{i}-t_{i-1})+m_{k}((t_{k}-p)+(p-t_{k-1}))\leq\sum_{i\neq k}m_{i}(t_{i}-t_{i-1})+\inf\{f(t)\}_{t\in[t_{k-1},p]}(p-t_{k-1})+\inf\{f(t)\}_{t\in[p,t_{k}]}(t_{k}-p)=s(f,\pi')$ +\end_inset + +. + La segunda afirmación se hace de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dadas +\begin_inset Formula $\pi,\pi'\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq S(f,\pi')$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Como +\begin_inset Formula $\pi,\pi'\prec\pi\lor\pi'$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq s(f,\pi\lor\pi')\leq S(f,\pi\lor\pi')\leq S(f,\pi')$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos pues +\series bold +integral inferior +\series default + e +\series bold +integral superior +\series default + ( +\series bold +de Darboux +\series default +), respectivamente, a +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +\underline{\int_{a}^{b}}f:=\sup\{s(f,\pi)\}_{\pi\in{\cal P}([a,b])} & \text{ y } & \overline{\int_{a}^{b}}f:=\inf\{S(f,\pi)\}_{\pi\in{\cal P}([a,b])} +\end{eqnarray*} + +\end_inset + +Decimos que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es +\series bold +integrable Riemann +\series default + en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, escrito +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +, si las integrales superior e inferior coinciden y llamamos +\series bold +integral Riemann +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, escrito +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +, a este valor. + Definimos, para +\begin_inset Formula $a<b$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\int_{b}^{a}f:=-\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +, e +\begin_inset Formula $\int_{a}^{a}f=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Caracterización +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, dada +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + acotada, +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]\iff\forall\varepsilon>0,\exists\pi\in{\cal P}([a,b]):S(f,\pi)-s(f,\pi)<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f=\inf\{S(f,\pi)\}_{\pi\in{\cal P}([a,b])}$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\pi_{1}\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $0\leq S(f,\pi_{1})-\int_{a}^{b}f<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +, y análogamente existe +\begin_inset Formula $\pi_{2}\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $0\leq\int_{a}^{b}f-s(f,\pi_{2})<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $\pi:=\pi_{1}\lor\pi_{2}$ +\end_inset + + cumple ambas desigualdades, pues +\begin_inset Formula $S(f,\pi)\leq S(f,\pi_{1})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\geq s(f,\pi_{2})$ +\end_inset + +, y sumándolas obtenemos +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-s(f,\pi)<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\pi_{\varepsilon}\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $S(f,\pi_{\varepsilon})-s(f,\pi_{\varepsilon})<\varepsilon$ +\end_inset + +, por la definición de integral superior e inferior, +\begin_inset Formula $0\leq\overline{\int_{a}^{b}}f-\underline{\int_{a}^{b}}f\leq S(f,\pi_{\varepsilon})-s(f,\pi_{\varepsilon})\leq\varepsilon$ +\end_inset + +, lo que para +\begin_inset Formula $\varepsilon$ +\end_inset + + arbitrario implica que las integrales superior e inferior coinciden. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]\iff\exists!\alpha\in\mathbb{R}:\forall\pi\in{\cal P}([a,b]),s(f,\pi)\leq\alpha\leq S(f,\pi)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $\alpha:=\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +, para toda +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq\alpha\leq S(f,\pi)$ +\end_inset + +. + Si existiera +\begin_inset Formula $\beta\neq\alpha$ +\end_inset + + que cumpliera la condición, como +\begin_inset Formula $\alpha=\sup\{s(f,\pi)\}_{\pi\in{\cal P}([a,b])}$ +\end_inset + + se tendría +\begin_inset Formula $\beta>\alpha$ +\end_inset + +, pero análogamente que +\begin_inset Formula $\beta<\alpha$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Supongamos que existe un +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + + que verifica la condición pero +\begin_inset Formula $f\notin{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +. + Entonces para cualquier +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq\underline{\int_{a}^{b}}f<\overline{\int_{a}^{b}}f\leq S(f,\pi)$ +\end_inset + +, por lo que existen infinitos números reales que verifican la condición + y por tanto +\begin_inset Formula $\alpha$ +\end_inset + + no es único. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Otro +\series bold +teorema +\series default +importante es que las funciones +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continuas son integrables en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, y además, dados +\begin_inset Formula $z_{k,n}\in[a+\frac{b-a}{n}(k-1),a+\frac{b-a}{n}k]$ +\end_inset + + cualesquiera, +\begin_inset Formula +\[ +\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{b-a}{n}\sum_{k=1}^{n}f(z_{k,n})=\int_{a}^{b}f +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Demostración: +\series default + Dado +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-s(f,\pi)=\sum_{i=1}^{n}(M_{i}-m_{i})(t_{i}-t_{i-1})$ +\end_inset + +. + Ahora bien, dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + también es uniformemente continua, luego existe +\begin_inset Formula $\delta>0$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $|x-y|<\delta$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $|f(x)-f(y)|<\frac{\varepsilon}{2(b-a)}$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $n_{0}\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\frac{b-a}{n_{0}}<\delta$ +\end_inset + +. + Para todo +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + definimos +\begin_inset Formula $\pi_{n}=(a<a+\frac{b-a}{n}<\dots<a+n\frac{b-a}{n}=b)\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $t_{k,n}=a+k\frac{b-a}{n}$ +\end_inset + +, y tenemos que para +\begin_inset Formula $n\geq n_{0}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $t_{k,n}-t_{k-1,n}<\delta$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $M_{k,n}-m_{k,n}\leq\frac{\varepsilon}{2(b-a)}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula +\[ +S(f,\pi_{n_{0}})-s(f,\pi_{n_{0}})\leq\sum_{i=1}^{n_{0}}\frac{\varepsilon}{2(b-a)}(t_{i,n_{0}}-t_{i-1,n_{0}})=\frac{\varepsilon}{2}<\varepsilon +\] + +\end_inset + +De aquí que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es integrable. + Pero entonces existe un único +\begin_inset Formula $\alpha=\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + + tal que para +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq\alpha\leq S(f,\pi)$ +\end_inset + +, y en particular, +\begin_inset Formula $s(f,\pi_{n})\leq\alpha\leq S(f,\pi_{n})$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + +. + Sea ahora +\begin_inset Formula $z_{k,n}\in[a+\frac{b-a}{n}(k-1),a+\frac{b-a}{n}k]$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $1\leq k\leq n$ +\end_inset + + arbitrario y +\begin_inset Formula $a_{n}=\frac{b-a}{n}\sum_{k=1}^{n}f(z_{k,n})$ +\end_inset + +. + Por definición, +\begin_inset Formula $s(f,\pi_{n})\leq a_{n}\leq S(f,\pi_{n})$ +\end_inset + +, y dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $n_{0}\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $n\geq n_{0}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $S(f,\pi_{n})-s(f,\pi_{n})<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $S(f,\pi_{n})-\alpha\leq\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S(f,\pi_{n})-a_{n}<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +, y entonces +\begin_inset Formula $|a_{n}-\alpha|\leq|a_{n}-S(f,\pi_{n})|+|S(f,\pi_{n})-\alpha|<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dada +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + monótona y acotada entonces +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dada +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-s(f,\pi)=\sum_{i=1}^{n}(M_{i}-m_{i})(t_{i}-t_{i-1})$ +\end_inset + +, y dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, si por ejemplo +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es monótona creciente y +\begin_inset Formula $f(a)<f(b)$ +\end_inset + +, dada +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $t_{i}-t_{i-1}<\frac{\varepsilon}{f(b)-f(a)}$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $M_{i}=f(t_{i})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $m_{i}=f(t_{i-1})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-s(f,\pi)=\sum_{i=1}^{n}(M_{i}-m_{i})(t_{i}-t_{i-1})\leq\sum_{i=1}^{n}(M_{i}-m_{i})\frac{\varepsilon}{f(b)-f(a)}=\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es acotada y +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[c,b]\forall c>a$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $A>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $|f(x)|\leq A\forall x\in[a,b]$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $-A\leq\inf\{f(x)\}_{x\in[a,b]}\leq\sup\{f(x)\}_{x\in[a,b]}\leq A$ +\end_inset + +. + Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $c\in(a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $c-a<\frac{\varepsilon}{4A}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([c,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-s(f,\pi)<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +, si tomamos +\begin_inset Formula $\pi'\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + resultado de añadir a +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + + el intervalo +\begin_inset Formula $[a,c]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $M_{1}=\sup\{f(x)\}_{x\in[a,c]}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $m_{1}=\inf\{f(x)\}_{x\in[a,c]}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $S(f,\pi')-s(f,\pi')=M_{1}(c-a)+S(f,\pi)-m_{1}(c-a)-s(f,\pi)\leq2A(c-a)+S(f,\pi)-s(f,\pi)\leq2A(c-a)+\frac{\varepsilon}{2}<2A\frac{\varepsilon}{4A}+\frac{\varepsilon}{2}=\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Sumas de Riemann +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\pi\equiv(t_{0}<\dots<t_{n})\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +suma de Riemann +\series default + asociada a la partición +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + + y los puntos +\begin_inset Formula $z_{i}\in[t_{i-1},t_{i}]$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula +\[ +S(f,\pi,z_{i}):=\sum_{i=1}^{n}f(z_{i})(t_{i}-t_{i-1}) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es integrable Riemann en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + si y sólo si existe +\begin_inset Formula $A\in\mathbb{R}$ +\end_inset + + tal que para +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + existe +\begin_inset Formula $\pi_{0}\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $\pi_{0}\prec\pi$ +\end_inset + +, para cualesquiera +\begin_inset Formula $z_{i}\in[t_{i-1},t_{i}]$ +\end_inset + + se cumple +\begin_inset Formula $|A-S(f,\pi,z_{i})|<\varepsilon$ +\end_inset + +, y entonces +\begin_inset Formula $A=\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +. +\begin_inset Note Comment +status open + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $A=\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +, fijado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $\pi_{0}\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $S(f,\pi_{0})-s(f,\pi_{0})<\varepsilon$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $\pi_{0}\prec\pi$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-s(f,\pi)\leq S(f,\pi_{0})-s(f,\pi_{0})<\varepsilon$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq S(f,\pi,z_{i})\leq S(f,\pi)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq A\leq S(f,\pi)$ +\end_inset + +. + Pero esto implica que +\begin_inset Formula $0\leq A-s(f,\pi)\leq S(f,\pi)-s(f,\pi)\leq\varepsilon$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $A-S(f,\pi,z_{i})\leq S(f,\pi)-s(f,\pi)\leq\varepsilon$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S(f,\pi,z_{i})-A\geq s(f,\pi)-S(f,\pi)\geq-\varepsilon$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $|A-S(f,\pi,z_{i})|<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $|A-S(f,\pi,z_{i})|<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + + para puntos +\begin_inset Formula $z_{i}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $M_{i}-f(z_{i})<\frac{\varepsilon}{2(b-a)}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-S(f,\pi,z_{i})=\sum_{i=1}^{n}(M_{i}-f(z_{i}))(t_{i}-t_{i-1})\leq\sum_{i=1}^{n}\frac{\varepsilon}{2(b-a)}(t_{i}-t_{i-1})=\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $|A-S(f,\pi,z_{i})|<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $|A-S(f,\pi)|<\varepsilon$ +\end_inset + +. + Análogamente se tiene que +\begin_inset Formula $|A-s(f,\pi)|<\varepsilon$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula $|S(f,\pi)-s(f,\pi)|<2\varepsilon$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Queda ver que +\begin_inset Formula $A=\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +. + Supongamos que existe +\begin_inset Formula $\pi_{0}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $s(f,\pi_{0})\leq S(f,\pi_{0})<A$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $\varepsilon=A-S(f,\pi_{0})$ +\end_inset + +, existe por hipótesis +\begin_inset Formula $\pi_{1}$ +\end_inset + + tal que para +\begin_inset Formula $\pi\succ\pi_{1}$ +\end_inset + + y elección de +\begin_inset Formula $z_{i}$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $|A-S(f,\pi,z_{i})|<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +. + Sea entonces +\begin_inset Formula $\pi'=\pi_{0}\lor\pi_{1}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $S(f,\pi',z_{i})>A-\frac{\varepsilon}{2}=\frac{A+S(f,\pi_{0})}{2}>S(f,\pi_{0})$ +\end_inset + +, pero al mismo tiempo +\begin_inset Formula $S(f,\pi',z_{i})<S(f,\pi')\leq S(f,\pi_{0})$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un conjunto +\begin_inset Formula $A\subseteq\mathbb{R}$ +\end_inset + + tiene +\series bold +medida cero +\series default + si para cada +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + existe una sucesión +\begin_inset Formula $I_{n}$ +\end_inset + + de intervalos cerrados y acotados con +\begin_inset Formula $A\subseteq\bigcup_{n}I_{n}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sum_{n=1}^{\infty}\text{long}(I_{n})\leq\varepsilon$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $\text{long}([a,b]):=b-a$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + tiene medida cero y +\begin_inset Formula $B\subseteq A$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + + tiene medida cero, y si +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es numerable tiene medida cero tomando, para cada +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, la sucesión con +\begin_inset Formula $I_{n}=\{x_{n}-\frac{\varepsilon}{2^{n+1}},x_{n}+\frac{\varepsilon}{2^{n+1}}\}$ +\end_inset + +, pues +\begin_inset Formula $\sum_{n}\text{long}(I_{n})=\sum_{n}\frac{\varepsilon}{2^{n}}=\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +teorema de Lebesgue +\series default + afirma que dada una función acotada +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $D(f)\subseteq[a,b]$ +\end_inset + + es el conjunto de puntos en los que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + no es continua, entonces +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $D(f)$ +\end_inset + + tiene medida cero. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $\pi=(t_{0}<\dots<t_{n})\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +norma +\series default + de +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $\Vert\pi\Vert:=\max\{t_{i}-t_{i-1}\}_{1\leq i\leq n}$ +\end_inset + +. + Como +\series bold +teorema +\series default +, +\series bold + +\series default +si +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es acotada, son equivalentes: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A=\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\exists A\in\mathbb{R}:\forall\varepsilon>0,\exists\pi_{0}\in{\cal P}([a,b]):\forall\pi\succ\pi_{0},|A-S(f,\pi,z_{i})|<\varepsilon$ +\end_inset + + para cualquier suma de Riemann correspondiente a +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\exists A\in\mathbb{R}:\forall\varepsilon>0,\exists\delta>0:\forall\pi:\Vert\pi\Vert<\delta,|A-S(f,\pi,z_{i})|<\varepsilon$ +\end_inset + + para cualquier suma de Riemann correspondiente a +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Propiedades +\end_layout + +\begin_layout Description +Linealidad +\begin_inset Formula ${\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + es un +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + +-espacio vectorial y el operador +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}$ +\end_inset + + es lineal. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $f,g\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + existe +\begin_inset Formula $\pi_{0}\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + tal que para +\begin_inset Formula $\pi_{0}\prec\pi$ +\end_inset + + se tienen +\begin_inset Formula $\left|\int_{a}^{b}f-S(f,\pi,z_{i})\right|,\left|\int_{a}^{b}g-S(g,\pi,z_{i})\right|<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula +\[ +\left|\int_{a}^{b}f+\int_{a}^{b}g-S(f+g,\pi,z_{i})\right|<\varepsilon +\] + +\end_inset + +con lo que +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}(f+g)=\int_{a}^{b}f+\int_{a}^{b}g$ +\end_inset + +. + Sea ahora +\begin_inset Formula $k\in\mathbb{R}$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\pi_{0}\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + tal que para +\begin_inset Formula $\pi_{0}\prec\pi$ +\end_inset + + se cumple +\begin_inset Formula $\left|\int_{a}^{b}f-S(f,\pi,z_{i})\right|<\frac{\varepsilon}{1+|k|}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +\left|k\int_{a}^{b}f-S(kf,\pi,z_{i})\right|=|k|\left|\int_{a}^{b}f-S(f,\pi,z_{i})\right|<|k|\frac{\varepsilon}{1+|k|}<\varepsilon +\] + +\end_inset + +luego +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}kf=k\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Description +Producto Si +\begin_inset Formula $f,g:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + son integrables Riemann, también lo es +\begin_inset Formula $fg$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Por el teorema de Lebesgue, si +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +, tendrá medida cero, pero +\begin_inset Formula $D(f^{2})\subseteq D(f)$ +\end_inset + +, pues si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en un punto también lo es +\begin_inset Formula $f^{2}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $D(f^{2})$ +\end_inset + + tiene medida cero, lo que nos da la integrabilidad de +\begin_inset Formula $f^{2}$ +\end_inset + +. + El caso general se sigue de que +\begin_inset Formula $fg=\frac{1}{2}\left((f+g)^{2}-f^{2}-g^{2}\right)$ +\end_inset + + por la linealidad. +\end_layout + +\begin_layout Description +Monotonía Si +\begin_inset Formula $f(x)\leq g(x)$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f\leq\int_{a}^{b}g$ +\end_inset + +, y en particular si +\begin_inset Formula $m\leq f(x)\leq M$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $m(b-a)\leq\int_{a}^{b}f\leq M(b-a)$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Para +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $s(f,\pi)\leq s(g,\pi)$ +\end_inset + +, y tomando supremos, +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f\leq\int_{a}^{b}g$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Description +Valor +\begin_inset space ~ +\end_inset + +medio Sea +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continua, existe +\begin_inset Formula $c\in[a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(c)=\frac{1}{b-a}\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Por el teorema de Weierstrass, existen +\begin_inset Formula $c_{1},c_{2}\in[a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(c_{1})\leq f(x)\leq f(c_{2})$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + +, y por la monotonía de la integral, +\begin_inset Formula $f(c_{1})\leq\frac{1}{b-a}\int_{a}^{b}f\leq f(c_{2})$ +\end_inset + +. + Entonces, aplicando la propiedad de los valores intermedios, existe +\begin_inset Formula $c\in[a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(c)=\frac{1}{b-a}\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Description +Valor +\begin_inset space ~ +\end_inset + +absoluto Si +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $|f|\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\left|\int_{a}^{b}f\right|\leq\int_{a}^{b}|f|$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $S(f,\pi)-s(f,\pi)<\varepsilon$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $M'_{i}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $m'_{i}$ +\end_inset + + son el supremo y el ínfimo, respectivamente, de +\begin_inset Formula $|f|$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[t_{i-1},t_{i}]$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $M_{i}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $m_{i}$ +\end_inset + + son los de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +, entonces para +\begin_inset Formula $z,w\in[t_{i-1},t_{i}]$ +\end_inset + + se tiene que +\begin_inset Formula $||f(z)|-|f(w)||\leq|f(z)-f(w)|\leq M_{i}-m_{i}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $\sup\{|f(z)|-|f(w)|\}_{z,w\in[t_{i-1},t_{i}]}=M'_{i}-m'_{i}\leq M_{i}-m_{i}$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $S(|f|,\pi)-s(|f|,\pi)\leq S(f,\pi)-s(f,\pi)<\varepsilon$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $|f|\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +. + Ahora bien, +\begin_inset Formula $-|f(x)|\leq f(x)\leq|f(x)|$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}-|f|=-\int_{a}^{b}|f|\leq\int_{a}^{b}f\leq\int_{a}^{b}|f|$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Description +Aditividad +\begin_inset space ~ +\end_inset + +respecto +\begin_inset space ~ +\end_inset + +de +\begin_inset space ~ +\end_inset + +intervalo Dada +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + acotada y +\begin_inset Formula $c\in[a,b]$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]\iff f\in{\cal R}[a,c],{\cal R}[c,b]$ +\end_inset + +, y además +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f=\int_{a}^{c}f+\int_{c}^{b}f$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Basta refinar una partición +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + añadiéndole el punto +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Description +Discontinuidades Si +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + coincide con +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + salvo en un número finito de puntos, entonces +\begin_inset Formula $g\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f=\int_{a}^{b}g$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Supongamos que cambian en un punto +\begin_inset Formula $c\in[a,b]$ +\end_inset + +, y basta probar que +\begin_inset Formula $h:=g-f$ +\end_inset + + es integrable. + Ahora bien, +\begin_inset Formula $h$ +\end_inset + + es nula en todos los puntos salvo en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, por lo que dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + podemos tomar +\begin_inset Formula $\pi\in{\cal P}[a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $t_{i}-t_{i-1}\leq\frac{\varepsilon}{h(c)}$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $S(f,\pi,z_{i})\leq\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +El Teorema Fundamental del Cálculo +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +integral indefinida +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + a la función +\begin_inset Formula $F:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $F(x):=\int_{a}^{x}f$ +\end_inset + +. + El +\series bold +TEOREMA FUNDAMENTAL DEL CÁLCULO +\series default + afirma que, si +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + es su integral indefinida, entonces +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + y si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $F'(c)=f(c)$ +\end_inset + +, y esto también ocurre con los extremos del intervalo y las correspondientes + derivadas laterales. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $M:=\sup\{|f(x)|\}_{x\in[a,b]}$ +\end_inset + +, por las propiedades de la integral, +\begin_inset Formula $|F(x)-F(y)|=\left|\int_{x}^{y}f\right|\leq M|x-y|$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + es uniformemente continua en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, pues dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\delta=\frac{\varepsilon}{M}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $|x-y|\leq\delta$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $|F(x)-F(y)|\leq\varepsilon$ +\end_inset + +. + Supongamos ahora que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $h>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $c+h\in[a,b]$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\left|\frac{F(c+h)-F(c)}{h}-f(c)\right|=\left|\frac{\int_{a}^{c+h}f-\int_{a}^{c}f}{h}-\frac{1}{h}\int_{c}^{c+h}f(c)\right|=\left|\frac{1}{h}\int_{c}^{c+h}(f-f(c))\right|\leq\\ +\leq\frac{1}{h}\sup\{|f(t)-f(c)|\}_{t\in[c,c+h]}|h|=\sup\{|f(t)-f(c)|\}_{t\in[c,c+h]} +\end{multline*} + +\end_inset + +y como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +, el último miembro de la desigualdad tiende a 0 cuando +\begin_inset Formula $h$ +\end_inset + + tiende a 0, y lo mismo ocurre para +\begin_inset Formula $h<0$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula $F'(c)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{F(c+h)-F(c)}{h}=f(c)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dada +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + +, decimos que +\begin_inset Formula $g:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es una +\series bold +primitiva +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es derivable en +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + + y para todo +\begin_inset Formula $x\in(a,b)$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $g'(x)=f(x)$ +\end_inset + +. + Por el teorema fundamental del cálculo, toda +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + continua en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + tiene primitivas en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, donde la integral indefinida es una de ellas y el resto se obtienen sumando + a esta una constante. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + es la integral indefinida de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es otra primitiva de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $(F-g)'(x)=F'(x)-g'(x)=f(x)-f(x)=0$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $x\in(a,b)$ +\end_inset + +, y por el teorema del valor medio, +\begin_inset Formula $F-g$ +\end_inset + + es constante. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, la +\series bold +fórmula de Barrow +\series default + afirma que si +\begin_inset Formula $f\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + admite una primitiva +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f=g(b)-g(a)$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default +Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + existe +\begin_inset Formula $\pi\equiv(t_{0}<\dots<t_{n})\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + tal que para cualesquiera +\begin_inset Formula $z_{i}\in[t_{i-1},t_{i}]$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\left|\int_{a}^{b}f-S(f,\pi,z_{i})\right|<\varepsilon$ +\end_inset + +. + Por el teorema del valor medio aplicado a +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[t_{i-1},t_{i}]$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $z_{i}\in[t_{i-1},t_{i}]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $g(t_{i})-g(t_{i-1})=g'(z_{i})(t_{i}-t_{i-1})=f(z_{i})(t_{i}-t_{i-1})$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $g(b)-g(a)=\sum_{i=1}^{n}(g(t_{i})-g(t_{i-1}))=\sum_{i=1}^{n}g'(z_{i})(t_{i}-t_{i-1})=S(f,\pi,z_{i})$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula $\left|\int_{a}^{b}f-(g(b)-g(a))\right|<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Cálculo de primitivas +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int u^{n}u'\,dx=\frac{u^{n+1}}{n+1}+C\forall n\neq-1$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{u}dx=\ln|u|+C\forall u\neq0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int e^{u}u'\,dx=e^{u}+C$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\int a^{u}u'\,dx=\frac{a^{u}}{\ln a}+C\forall a>0,a\neq1$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\cos u\,u'\,dx=\sin u+C$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\int\sin u\,u'\,dx=-\cos u+C$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\cosh u\,u'\,dx=\sinh u+C$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\int\sinh u\,u'\,dx=\cosh u+C$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{\sin^{2}u}dx=\int\frac{u'}{\sinh^{2}u}dx=-\cot u+C$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{\cos^{2}u}dx=\int\frac{u'}{\cosh^{2}u}dx=\tan u+C$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{1+u^{2}}dx=\arctan u+C$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{1-u^{2}}dx=\arg\tanh u+C$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{\sqrt{1-u^{2}}}dx=\arcsin u+C=-\arccos u+C'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{\sqrt{u^{2}+1}}dx=\arg\sinh u+C$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\int\frac{u'}{\sqrt{u^{2}-1}}dx=\arg\cosh u+C$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +\cosh(x)=\frac{e^{x}+e^{-x}}{2} & \sinh(x)=\frac{e^{x}-e^{-x}}{2} & \cosh^{2}(x)-\sinh^{2}(x)=1\\ +\arg\cosh(x)=\ln(x+\sqrt{x^{2}-1}) & \arg\sinh(x)=\ln(x+\sqrt{x^{2}+1}) & \arg\tanh(x)=\frac{1}{2}\ln\frac{1+x}{1-x} +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Integración por partes +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $f,g\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + + con primitivas respectivas +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\int_{a}^{b}Fg=F(b)G(b)-F(a)G(a)-\int_{a}^{b}fG +\] + +\end_inset + +lo que suele escribirse como +\begin_inset Formula $\int u\,dv=uv-\int v\,du$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula $(FG)'(x)=F'(x)G(x)+F(x)G'(x)=f(x)G(x)+F(x)g(x)$ +\end_inset + +, y por la fórmula de Barrow, +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}Fg+\int_{a}^{b}fG=\int_{a}^{b}(Fg+fG)=F(b)G(b)-F(a)G(a)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}Fg=F(b)G(b)-F(a)G(a)-\int_{a}^{b}fG$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Cambio de variable +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, sea +\begin_inset Formula $\varphi:[c,d]\rightarrow[a,b]\in{\cal C}^{1}[c,d]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\varphi(c)=a$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\varphi(d)=b$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continua, entonces +\begin_inset Formula +\[ +\int_{a}^{b}f=\int_{c}^{d}(f\circ\varphi)\varphi' +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + es una primitiva de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $F\circ\varphi$ +\end_inset + + lo es de +\begin_inset Formula $(f\circ\varphi)\varphi'$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[c,d]$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f=F(b)-F(a)=F(\varphi(d))-F(\varphi(c))=(F\circ\varphi)(d)-(F\circ\varphi)(c)=\int_{c}^{d}(f\circ\varphi)\varphi'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Esto da sentido a la notación de +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(x)dx:=\int_{a}^{b}f$ +\end_inset + +, porque entonces si +\begin_inset Formula $x=\varphi(t)$ +\end_inset + + es fácil recordar +\begin_inset Formula $dx=\varphi'(t)dt$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula +\[ +\int_{a}^{b}f(x)dx=\int_{c}^{d}f(\varphi(t))\varphi'(t)dt +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Funciones racionales +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $P(x)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Q(x)$ +\end_inset + + polinomios y queremos resolver +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}\frac{P(x)}{Q(x)}dx$ +\end_inset + +. + Si el grado de +\begin_inset Formula $P(x)$ +\end_inset + + es mayor o igual que el de +\begin_inset Formula $Q(x)$ +\end_inset + + hacemos +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}\frac{P(x)}{Q(x)}dx=\int C(x)dx+\int\frac{R(x)}{Q(x)}dx$ +\end_inset + + para que el grado del numerador sea menor que el del denominador. + Entonces descomponemos en fracciones simples. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Descomponemos +\begin_inset Formula $Q(x)$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $Q(x)=\prod_{i=1}^{r}(x-a_{i})^{m_{i}}\prod_{i=1}^{s}(x^{2}+p_{i}x+q_{i})^{n_{i}}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $q_{i}>\frac{p_{i}^{2}}{4}$ +\end_inset + + para que los factores sean irreducibles. + Entonces (si el grado de +\begin_inset Formula $P(x)$ +\end_inset + + es menor que el de +\begin_inset Formula $Q(x)$ +\end_inset + +) podemos expresar la fracción como +\begin_inset Formula +\[ +\frac{P(x)}{Q(x)}=\sum_{i=1}^{r}\sum_{j=1}^{m_{i}}\frac{A_{ij}}{(x-a_{i})^{j}}+\sum_{i=1}^{M}\sum_{j=1}^{n_{i}}\frac{M_{ij}x+N_{ij}}{(x^{2}+p_{i}x+q_{i})^{j}} +\] + +\end_inset + +Resolvemos los +\begin_inset Formula $A_{k,i}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $M_{k,i}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $N_{k,i}$ +\end_inset + + y nos queda hallar la integral de cada sumando como sigue: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\frac{A}{x-a}dx=A\ln|x-a|+C$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\frac{A}{(x-a)^{n}}dx=-\frac{A}{(n-1)(x-a)^{n-1}}+C$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $n\in2,3,\dots$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\int\frac{Mx+N}{x^{2}+px+q}dx=\frac{M}{2}\ln\left(\left(x+\frac{p}{2}\right)^{2}+c^{2}\right)+\frac{N-\frac{Mp}{2}}{c}\arctan\left(\frac{x+\frac{p}{2}}{c}\right)+C$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $c=\frac{\sqrt{4q-p^{2}}}{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Funciones que contienen +\begin_inset Formula $\cos x$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sin x$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +En general, haremos +\begin_inset Formula $t=\tan\frac{x}{2}$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +\cos x=\frac{\cos(2\frac{x}{2})}{\sin^{2}\frac{x}{2}+\cos^{2}\frac{x}{2}}=\frac{\cos^{2}\frac{x}{2}-\sin^{2}\frac{x}{2}}{\sin^{2}\frac{x}{2}+\cos^{2}\frac{x}{2}} & \overset{\text{div. }\cos^{2}\frac{x}{2}}{=} & \frac{1-\tan^{2}\frac{x}{2}}{\tan^{2}\frac{x}{2}+1}=\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}\\ +\sin x=\frac{\sin(2\frac{x}{2})}{\sin^{2}\frac{x}{2}+\cos^{2}\frac{x}{2}}=\frac{2\sin\frac{x}{2}\cos\frac{x}{2}}{\sin^{2}\frac{x}{2}+\cos^{2}\frac{x}{2}} & \overset{\text{div. }\cos^{2}\frac{x}{2}}{=} & \frac{2\tan\frac{x}{2}}{\tan^{2}\frac{x}{2}+1}=\frac{2t}{1+t^{2}}\\ +x=2\arctan t & \text{ y } & dx=\frac{2}{1+t^{2}}dt +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si la función es de la forma +\begin_inset Formula $f(x)=g(\sin x)\cos x$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + una función racional, hacemos +\begin_inset Formula $t=\sin x$ +\end_inset + +, y si es +\begin_inset Formula $f(x)=g(\cos x)\sin x$ +\end_inset + + hacemos +\begin_inset Formula $t=\cos x$ +\end_inset + +. + Si es +\begin_inset Formula $f(x)=g(\tan x)$ +\end_inset + + hacemos +\begin_inset Formula $\tan x=t$ +\end_inset + +, y podemos llegar a esta situación cuando al sustituir +\begin_inset Formula $\sin x$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $\cos x\tan x$ +\end_inset + + quedan solo potencias pares de +\begin_inset Formula $\cos x$ +\end_inset + +, y hacemos +\begin_inset Formula $\cos^{2}x=\frac{1}{1+\tan^{2}x}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En el caso +\begin_inset Formula $f(x)=\cos^{n}x\sin^{m}x$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es impar hacemos +\begin_inset Formula $t=\sin x$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + + es impar, +\begin_inset Formula $t=\cos x$ +\end_inset + +, y si ambos son pares, usamos +\begin_inset Formula $\cos^{2}x=\frac{1+\cos(2x)}{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sin^{2}x=\frac{1-\cos(2x)}{2}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +reducir el grado +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Funciones de la forma +\begin_inset Formula $f(e^{x})$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Hacemos el cambio +\begin_inset Formula $t=e^{x}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $dt=e^{x}dx$ +\end_inset + +, y esto también sirve para el coseno y seno hiperbólicos ( +\begin_inset Formula $\cosh$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sinh$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Funciones que contienen +\begin_inset Formula $\sqrt{ax^{2}+2bx+c}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\begin_inset Formula $d:=\frac{ac-b^{2}}{a}$ +\end_inset + + y se tiene +\begin_inset Formula $ax^{2}+2bx+c=a\left(x+\frac{b}{a}\right)^{2}+d$ +\end_inset + +. + Hacemos entonces el cambio de variable +\begin_inset Formula $t=x+\frac{b}{a}$ +\end_inset + + y a continuación: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $a>0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d>0$ +\end_inset + + hacemos +\begin_inset Formula $at^{2}=d\tan^{2}u$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\sqrt{at^{2}+d}=\sqrt{d\tan^{2}u+d}=\sqrt{d}\sqrt{1+\tan^{2}u}=\sqrt{d}\sqrt{\sec^{2}u}=\sqrt{d}\sec u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $dt=\sqrt{\frac{d}{a}}\sec^{2}u\,du$ +\end_inset + +. + También podemos hacer +\begin_inset Formula $at^{2}=d\sinh^{2}u$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\sqrt{at^{2}+d}=\sqrt{d\sinh^{2}u+d}=\sqrt{d}\sqrt{\sinh^{2}u+1}=\sqrt{d}\cosh u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $dt=\sqrt{\frac{d}{a}}\cosh u\,du$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $a>0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d<0$ +\end_inset + + hacemos +\begin_inset Formula $at^{2}=-d\sec^{2}u$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\sqrt{-d\sec^{2}u+d}=\sqrt{-d}\sqrt{\sec^{2}u+1}=\sqrt{-d}\tan u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $dt=\sqrt{-\frac{d}{a}}\sec u\tan u\,du$ +\end_inset + +. + También podemos hacer +\begin_inset Formula $at^{2}=-d\cosh^{2}u$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\sqrt{at^{2}+d}=\sqrt{-d\cosh^{2}u+d}=\sqrt{-d}\sqrt{\cosh^{2}u-1}=\sqrt{-d}\sinh u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $dt=\sqrt{-\frac{d}{a}}\sinh u\,du$ +\end_inset + +. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $a<0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d>0$ +\end_inset + + hacemos +\begin_inset Formula $at^{2}=-d\sin^{2}u$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\sqrt{at^{2}+d}=\sqrt{-d\sin^{2}u+d}=\sqrt{d}\sqrt{1-\sin^{2}u}=\sqrt{d}\cos u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $dt=\sqrt{-\frac{d}{a}}\cos u\,du$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Aplicaciones +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $f,g:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + continuas, si +\begin_inset Formula $f(a)=g(a)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(b)=g(b)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(x)\geq g(x)$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + +, se define el +\series bold +área encerrada +\series default + por las gráficas de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}(f(x)-g(x))\,dx$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}\in{\cal C}^{1}[a,b]$ +\end_inset + +, la +\series bold +longitud de la curva +\series default + +\begin_inset Formula $C=\{(x,f(x))\}_{x\in[a,b]}$ +\end_inset + + viene dada por +\begin_inset Formula $L=\int_{a}^{b}\sqrt{1+f'(x)^{2}}\,dx$ +\end_inset + +. + +\series bold +Interpretación: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $\pi\equiv(a=x_{0}<\dots<x_{n}=b)\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $P_{i}=(x_{i},f(x_{i}))$ +\end_inset + +, una aproximación a la curva es +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\sum_{i=1}^{n}d(P_{i-1},P_{i})=\sum_{i=1}^{n}\sqrt{(f(x_{i})-f(x_{i-1}))^{2}+(x_{i}-x_{i-1})^{2}}=\\ +=\sum_{i=1}^{n}\sqrt{\left(\frac{f(x_{i})-f(x_{i-1})}{x_{i}-x_{i-1}}\right)^{2}+1}(x_{i}-x_{i-1})=\sum_{i=1}^{n}\sqrt{1+f'(\xi_{i})^{2}}(x_{i}-x_{i-1}) +\end{multline*} + +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\xi_{i}\in(x_{i-1},x_{i})$ +\end_inset + +, que converge a +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}\sqrt{1+f'(x)^{2}}dx$ +\end_inset + + cuando +\begin_inset Formula $\Vert\pi\Vert$ +\end_inset + + tiende a 0. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +sólido de revolución +\series default + al cuerpo obtenido al girar una función +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + alrededor del eje horizontal. + Su +\series bold +volumen +\series default + viene dado por +\begin_inset Formula $V=\pi\int_{a}^{b}f(x)^{2}\,dx$ +\end_inset + +, y su +\series bold +área +\series default + (lateral) por +\begin_inset Formula $A=2\pi\int_{a}^{b}f(x)\sqrt{1+f'(x)^{2}}\,dx$ +\end_inset + +. + +\series bold +Interpretación: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + continua y positiva. + Para hallar el volumen tomamos +\begin_inset Formula $\pi\equiv(x_{0}<\dots<x_{n})\in{\cal P}([a,b])$ +\end_inset + + y aproximamos el volumen por secciones cilíndricas con radio +\begin_inset Formula $f(x_{i})$ +\end_inset + + y altura +\begin_inset Formula $x_{i}-x_{i-1}$ +\end_inset + +, con lo que su radio viene dado por +\begin_inset Formula $\pi f(x_{i})^{2}(x_{i}-x_{i-1})$ +\end_inset + +. + Sumando obtenemos +\begin_inset Formula $\sum_{i=1}^{n}\pi f(x_{i})^{2}(x_{i}-x_{i-1})$ +\end_inset + +, que converge a +\begin_inset Formula $\pi\int_{a}^{b}f(x)^{2}\,dx$ +\end_inset + +. + El área se obtiene con un razonamiento similar al usado para la longitud + de la curva. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +volumen +\series default + del sólido resultante de girar alrededor del eje vertical la superficie + encerrada por las rectas +\begin_inset Formula $x=a$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $x=b$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y=f(x)$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $2\pi\int_{a}^{b}xf(x)\,dx$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Integrales impropias +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una función +\begin_inset Formula $f:[a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $b\leq+\infty$ +\end_inset + +) es +\series bold +localmente integrable +\series default + si +\begin_inset Formula $\forall u\in[a,b),f|_{[a,u]}\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +. + Si además existe +\begin_inset Formula $\lim_{u\rightarrow b^{-}}\int_{a}^{u}f(x)\,dx$ +\end_inset + + diremos que la +\series bold +integral impropia +\series default + +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(x)\,dx$ +\end_inset + + es convergente y su valor es este límite. + Análogamente, +\begin_inset Formula $f:(a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $a\geq-\infty$ +\end_inset + +) es localmente integrable si +\begin_inset Formula $\forall u\in(a,b],f|_{[u,b]}\in{\cal R}[a,b]$ +\end_inset + +, y si además existe +\begin_inset Formula $\lim_{u\rightarrow a^{+}}\int_{u}^{b}f(x)\,dx$ +\end_inset + + diremos que la integral impropia +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(x)\,dx$ +\end_inset + + es convergente y su valor es este límite. + En ambos casos, si el límite es +\begin_inset Formula $+\infty$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $-\infty$ +\end_inset + +, diremos que la integral +\series bold +diverge +\series default +, y si no existe el límite diremos que no existe la integral impropia. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + localmente integrable en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es integrable en sentido impropio en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + si y sólo si lo es en +\begin_inset Formula $[c,b)$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(x)\,dx=\int_{a}^{c}f(x)\,dx+\int_{c}^{b}f(x)\,dx$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $a<c<t<b$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\int_{a}^{t}f(x)\,dx=\int_{a}^{c}f(x)\,dx+\int_{c}^{t}f(x)\,dx$ +\end_inset + +, por lo que existe +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow b^{-}}\int_{a}^{t}f(x)\,dx$ +\end_inset + + si y sólo si existe +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow b^{-}}\int_{c}^{t}f(x)\,dx$ +\end_inset + +, lo que demuestra el teorema. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:(a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $a\geq-\infty,b\leq+\infty$ +\end_inset + +) es integrable Riemann en cada subintervalo cerrado de +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + +, diremos que la integral impropia +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(x)\,dx$ +\end_inset + + es convergente si para un +\begin_inset Formula $c\in(a,b)$ +\end_inset + + son convergentes +\begin_inset Formula $\int_{a}^{c}f(x)\,dx$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\int_{c}^{b}f(x)\,dx$ +\end_inset + +, y definimos +\begin_inset Formula +\[ +\int_{a}^{b}f(x)\,dx:=\int_{a}^{c}f(x)\,dx+\int_{c}^{b}f(x)\,dx +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +El valor de esta integral no depende de +\begin_inset Formula $c$ +\end_inset + +. + La +\series bold +condición de Cauchy +\series default + afirma que, dada +\begin_inset Formula $f:[a,b)\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow b^{-}}f(x)$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall\varepsilon>0,\exists b_{0}\in(a,b):\forall x_{1},x_{2}\in(b_{0},b):x_{1}<x_{2},|f(x_{1})-f(x_{2})|<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default + y consecuencia de lo anterior, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es localmente integrable en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + +, la integral impropia +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(x)\,dx$ +\end_inset + + es convergente si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall\varepsilon>0,\exists b_{0}\in(a,b):\forall x_{1},x_{2}\in(b_{0},b):x_{1}<x_{2},\left|\int_{x_{1}}^{x_{2}}f(t)\,dt\right|<\varepsilon$ +\end_inset + +. + Más +\series bold +teoremas +\series default +: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + son integrables en sentido impropio en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + +, dados +\begin_inset Formula $\lambda,\mu\in\mathbb{R}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\lambda f+\mu g$ +\end_inset + + es integrable en sentido impropio con +\begin_inset Formula +\[ +\int_{a}^{b}(\lambda f+\mu g)(t)\,dt=\lambda\int_{a}^{b}f(t)\,dt+\mu\int_{a}^{b}g(t)\,dt +\] + +\end_inset + +Basta tomar límites cuando +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + tiende a +\begin_inset Formula $b$ +\end_inset + + por la izquierda en la linealidad de integrales propias. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + son continuas en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es derivable con derivada continua, sea +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + una primitiva de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +, la siguiente igualdad se cumple si existen dos de los tres límites e integrale +s impropias en ella: +\begin_inset Formula +\[ +\int_{a}^{b}f(t)g(t)\,dt=\lim_{x\rightarrow b^{-}}F(x)g(x)-F(a)g(a)-\int_{a}^{b}F(t)g'(t)\,dt +\] + +\end_inset + +Basta tomar límites en la identidad dada por la regla de integración por + partes. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Integrales no negativas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es localmente integrable en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + y no negativa, +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)\,dt$ +\end_inset + + converge si y sólo si +\begin_inset Formula $F(x)=\int_{a}^{x}f(t)\,dt$ +\end_inset + + está acotada. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es no negativa, +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + es creciente, y si no estuviese acotada sería +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow b^{-}}F(x)=+\infty$ +\end_inset + + y la integral impropia divergería. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + está acotada existe +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow b^{-}}F(x)=\sup\{F(x)\}_{x\in[a,b)}$ +\end_inset + +, luego la integral impropia converge. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Otro +\series bold +teorema +\series default + es que si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + son localmente integrables en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + y no negativas y existe +\begin_inset Formula $K\in\mathbb{R}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + entorno de +\begin_inset Formula $b$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $x\in V\implies f(x)\leq Kg(x)$ +\end_inset + +, entonces si +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}g(t)\,dt$ +\end_inset + + converge, también lo hace +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)\,dt$ +\end_inset + +, por lo que si +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)\,dt$ +\end_inset + + diverge también lo hace +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}g(t)\,dt$ +\end_inset + + (y divergir también). + +\series bold +Demostración: +\series default + La convergencia depende sólo del comportamiento de las funciones en un + entorno, y en este +\begin_inset Formula $\int_{a}^{x}f(t)\,dt\leq K\int_{a}^{x}g(t)\,dt$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + son localmente integrables en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + y no negativas con +\begin_inset Formula $A:=\lim_{x\rightarrow b^{-}}\frac{f(t)}{g(t)}$ +\end_inset + +, entonces: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $A\neq0,\infty$ +\end_inset + +, ambas integrales tienen el mismo carácter. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\varepsilon<A$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $a_{\varepsilon}$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $a_{\varepsilon}\leq x\leq b$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $\left|\frac{f(x)}{g(x)}-A\right|\leq\varepsilon$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $A-\varepsilon\leq\frac{f(x)}{g(x)}\leq A+\varepsilon$ +\end_inset + +, luego para +\begin_inset Formula $x\in[a_{\varepsilon},b)$ +\end_inset + + tenemos +\begin_inset Formula $(A-\varepsilon)g(x)\leq f(x)\leq(A+\varepsilon)g(x)$ +\end_inset + +, y no hay más que aplicar el teorema anterior. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $A=0$ +\end_inset + +, la convergencia de +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}g(t)\,dt$ +\end_inset + + implica la de +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)\,dt$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Como antes, obtenemos +\begin_inset Formula $f(x)\leq\varepsilon g(x)$ +\end_inset + + y aplicamos el teorema anterior. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $A=\infty$ +\end_inset + +, la convergencia de +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)\,dt$ +\end_inset + + implica la de +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}g(t)\,dt$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Otro +\series bold +teorema +\series default + es que si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es no negativa y localmente integrable en +\begin_inset Formula $(0,1]$ +\end_inset + + y existe +\begin_inset Formula $\alpha<1$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow0^{+}}f(t)t^{\alpha}$ +\end_inset + + finito, +\begin_inset Formula $\int_{0}^{1}f(t)\,dt$ +\end_inset + + es convergente, mientras que si existe +\begin_inset Formula $\alpha\geq1$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow0^{+}}f(t)t^{\alpha}$ +\end_inset + + no nulo, la integral diverge. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow0^{+}}f(t)t^{\alpha}=\lim_{t\rightarrow0^{+}}\frac{f(t)}{\left(\frac{1}{t^{\alpha}}\right)}$ +\end_inset + +, y si +\begin_inset Formula $\alpha<1$ +\end_inset + +, la integral +\begin_inset Formula $\int_{0}^{1}\frac{dt}{t^{\alpha}}$ +\end_inset + + es convergente y, por lo anterior, +\begin_inset Formula $\int_{0}^{1}f(t)\,dt$ +\end_inset + + también. + De que +\begin_inset Formula $\int_{0}^{1}\frac{dt}{t^{\alpha}}$ +\end_inset + + diverge si +\begin_inset Formula $t\geq1$ +\end_inset + + se desprende la última afirmación. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es no negativa y localmente integrable en +\begin_inset Formula $[a,+\infty)$ +\end_inset + +, si existe +\begin_inset Formula $\alpha>1$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow\infty}f(t)t^{\alpha}$ +\end_inset + + finito, +\begin_inset Formula $\int_{a}^{\infty}f(t)\,dt$ +\end_inset + + converge, mientras que si existe +\begin_inset Formula $\alpha\leq1$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow\infty}f(t)t^{\alpha}$ +\end_inset + + no nulo, la integral diverge. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Convergencia absoluta +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + localmente integrable en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + +, decimos que la integral impropia de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + es +\series bold +absolutamente convergente +\series default + si +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}|f(t)|\,dt$ +\end_inset + + es convergente. + La convergencia absoluta implica la convergencia. + +\series bold +Demostración: +\series default + Por el criterio de convergencia de Cauchy aplicado a +\begin_inset Formula $|f(t)|$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + + existe +\begin_inset Formula $b_{0}\in(a,b)$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $b_{0}<x_{1}<x_{2}<b$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\int_{x_{1}}^{x_{2}}|f(t)|\,dt<\varepsilon$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $\left|\int_{x_{1}}^{x_{2}}f(t)\,dt\right|<\varepsilon$ +\end_inset + +, lo que implica que +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)\,dt$ +\end_inset + + es convergente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + son funciones continuas en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + tiene derivada continua, si +\begin_inset Formula $F(x):=\int_{a}^{x}f(t)\,dt$ +\end_inset + + está acotada superiormente por +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\int_{a}^{x}|g'(t)|\,dt$ +\end_inset + + está acotada superiormente por +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow b^{-}}g(t)=0$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)g(t)\,dt$ +\end_inset + + es convergente. + +\series bold +Demostración: +\series default + Basta probar la existencia de +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow b^{-}}F(x)g(x)$ +\end_inset + + y de +\begin_inset Formula $\lim_{x\rightarrow b^{-}}\int_{a}^{x}F(t)g'(t)\,dt$ +\end_inset + +. + Las condiciones +\begin_inset Formula $F(x)\leq K$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow b^{-}}g(t)=0$ +\end_inset + + aseguran que el primer límite es 0, y las dos primeras ( +\begin_inset Formula $F(x)\leq K$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\int_{a}^{x}|g'(t)|dt\leq k$ +\end_inset + +) implican que +\begin_inset Formula $\int_{a}^{x}F(t)g'(t)\,dt$ +\end_inset + + es absolutamente convergente, pues +\begin_inset Formula +\[ +\int_{a}^{x}|F(t)||g'(t)|\,dt\leq Kk +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +criterio de Dirichlet +\series default + afirma que si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + son continuas en +\begin_inset Formula $[a,b)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + tiene derivada continua, si existe +\begin_inset Formula $K\in\mathbb{R}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\left|\int_{a}^{x}f(t)\,dt\right|\leq K$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es monótona decreciente con +\begin_inset Formula $\lim_{t\rightarrow b^{-}}g(t)=0$ +\end_inset + +, la integral impropia +\begin_inset Formula $\int_{a}^{b}f(t)g(t)\,dt$ +\end_inset + + es convergente. + +\series bold +Demostración: +\series default + Como +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es decreciente, +\begin_inset Formula $g'(t)\leq0$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\int_{a}^{x}|g'(t)|\,dt=-\int_{a}^{x}g'(t)\,dt=g(a)-g(x)\overset{g(x)\geq0}{\leq}g(a)$ +\end_inset + +, y se tienen entonces todas las condiciones del teorema anterior. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/fuvr2/n3.lyx b/fuvr2/n3.lyx new file mode 100644 index 0000000..5d9c1ab --- /dev/null +++ b/fuvr2/n3.lyx @@ -0,0 +1,631 @@ +#LyX 2.3 created this file. 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+\series default + en torno a +\begin_inset Formula $z_{0}\in K$ +\end_inset + + es una expresión de la forma +\begin_inset Formula +\[ +\sum_{n=0}^{\infty}a_{n}(z-z_{0})^{n} +\] + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $(a_{n})_{n=0}^{\infty}$ +\end_inset + + es una sucesión de elementos de +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $z\in K$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +radio de convergencia +\series default + de la serie al valor +\begin_inset Formula +\[ +R:=\frac{1}{\limsup_{n}\sqrt[n]{|a_{n}|}} +\] + +\end_inset + +donde +\begin_inset Formula $\limsup_{n}a_{n}$ +\end_inset + + es el supremo de las subsucesiones convergentes de +\begin_inset Formula $(a_{n})$ +\end_inset + +. + Se entiende que si +\begin_inset Formula $\limsup_{n}\sqrt[n]{|a_{n}|}=0$ +\end_inset + + se toma +\begin_inset Formula $R=\infty$ +\end_inset + +, y si +\begin_inset Formula $\limsup_{n}\sqrt[n]{|a_{n}|}=\infty$ +\end_inset + + se toma +\begin_inset Formula $R=0$ +\end_inset + +. + Por el criterio de la raíz, o el del cociente, la serie converge sólo en + la bola abierta +\begin_inset Formula $B(z_{0};R)$ +\end_inset + +, llamada +\series bold +disco de convergencia +\series default +\SpecialChar endofsentence + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La serie de funciones +\begin_inset Formula $\sum_{n=0}^{\infty}f_{n}$ +\end_inset + + +\series bold +converge uniformemente +\series default + en un conjunto +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + a una función +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall\varepsilon>0,\exists n_{0}\in\mathbb{N}:\forall z\in A,m\geq n_{0};\left|f(z)-\sum_{n=0}^{m}f_{n}(z)\right|<\varepsilon$ +\end_inset + +. + El +\series bold +criterio de Cauchy de convergencia uniforme +\series default + afirma que una serie de funciones es uniformemente convergente en +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall\varepsilon>0,\exists n_{0}\in\mathbb{N}:\forall z\in A,n_{0}<p\leq q;\left|\sum_{n=p}^{q}f_{n}(z)\right|<\varepsilon$ +\end_inset + +, y el +\series bold +criterio de Weierstrass +\series default + afirma que si existe una serie de términos positivos +\begin_inset Formula $\sum_{n}b_{n}$ +\end_inset + + convergente con +\begin_inset Formula $|f_{n}(z)|\leq b_{n}\forall z\in A,n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\sum_{n=0}^{\infty}f_{n}$ +\end_inset + + converge uniformemente en +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La serie de potencias +\begin_inset Formula $\sum_{n}a_{n}(z-z_{0})^{n}$ +\end_inset + + con radio de convergencia +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + converge absoluta y uniformemente en la bola cerrada +\begin_inset Formula $B[z_{0};r]$ +\end_inset + + para cada +\begin_inset Formula $r<R$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $\sum_{n}f_{n}$ +\end_inset + + converge uniformemente en +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + y las +\begin_inset Formula $f_{n}$ +\end_inset + + son continuas en +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +criterio de Abel +\series default + afirma que, dada una serie de potencias +\begin_inset Formula $\sum_{n}a_{n}z^{n}$ +\end_inset + +, si para +\begin_inset Formula $z=c$ +\end_inset + + la serie converge, también converge uniformemente en +\begin_inset Formula $[0,c]$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, si +\begin_inset Formula $f(z):=\sum_{n=0}^{\infty}a_{n}z^{n}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $z\in B(0;R)$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + el radio de convergencia de la serie, entonces la serie +\begin_inset Formula $\sum_{n=1}^{\infty}na_{n}z^{n-1}$ +\end_inset + +, obtenida derivando formalmente la anterior, tiene radio de convergencia + +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + +, y de hecho esta serie converge a la derivada de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es infinitamente derivable en el disco de convergencia y +\begin_inset Formula $a_{n}=\frac{f^{(n)}(0)}{n!}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $n\geq0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f(z)=\sum_{n=0}^{\infty}a_{n}z^{n}$ +\end_inset + + con radio de convergencia +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + +, entonces la función +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $F(z):=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{1}{n+1}a_{n}z^{n+1}$ +\end_inset + + tiene radio de convergencia +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + y es primitiva de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Funciones elementales +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +exponencial compleja +\series default + se define como +\begin_inset Formula +\[ +e^{z}:=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{1}{n!}z^{n} +\] + +\end_inset + +Podemos ver que su radio de convergencia es infinito, +\begin_inset Formula $(e^{z})'=e^{z}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $e^{z}e^{w}=e^{z+w}$ +\end_inset + +. + Además, +\begin_inset Formula $e^{x}>0$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $x\in\mathbb{R}$ +\end_inset + +, y es estrictamente creciente con +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +\lim_{x\rightarrow\infty}e^{x}=+\infty & \text{ y } & \lim_{x\rightarrow-\infty}e^{x}=0 +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + Definimos el +\series bold +seno +\series default + y el +\series bold +coseno +\series default +, respectivamente, como +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +\sin x:=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!} & \text{ y } & \cos x:=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{x^{2n}}{(2n)!} +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Vemos que +\begin_inset Formula $e^{x+iy}=e^{x}e^{iy}=e^{x}(\cos y+i\sin y)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\sin x=\text{Im}e^{ix}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\cos x=\text{Re}e^{ix}$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $|e^{iy}|^{2}=1$ +\end_inset + +, se tiene +\begin_inset Formula $\sin^{2}x+\cos^{2}x=1$ +\end_inset + +. + Además: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\sin'x=\cos x$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\cos'x=-\sin x$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\sin(-x)=-\sin x$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\cos(-x)=\cos x$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\sin(x+y)=\sin x\cos y+\cos x\sin y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\cos(x+y)=\cos x\cos y-\sin x\sin y$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El conjunto +\begin_inset Formula $\{x>0:\cos x=0\}$ +\end_inset + + es no vacío y de hecho tiene un primer elemento, que se denota +\begin_inset Formula $\frac{\pi}{2}$ +\end_inset + +. + Además, las funciones seno y coseno son +\begin_inset Formula $2\pi$ +\end_inset + +-periódicas, y +\begin_inset Formula $\psi:[0,2\pi)\rightarrow S$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $\psi(t)=e^{it}$ +\end_inset + + es una biyección de +\begin_inset Formula $[0,2\pi)$ +\end_inset + + sobre la circunferencia unidad +\begin_inset Formula $S\subseteq\mathbb{C}$ +\end_inset + +. + Tenemos +\begin_inset Formula $\sin0=0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\sin\frac{\pi}{2}=1$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\sin\frac{\pi}{6}=\frac{1}{2}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\sin\frac{\pi}{4}=\frac{1}{\sqrt{2}}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\sin\frac{\pi}{3}=\frac{1}{\sqrt{3}}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\sin t=\cos\left(\frac{\pi}{2}-t\right)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\cos t=\sin\left(\frac{\pi}{2}-t\right)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por la biyección +\begin_inset Formula $\psi$ +\end_inset + +, y como dado +\begin_inset Formula $z\in\mathbb{C}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\frac{z}{|z|}\in S$ +\end_inset + +, existe un único +\begin_inset Formula $t\in[0,2\pi)$ +\end_inset + +, llamado +\series bold +argumento principal +\series default + de +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + +, tal que +\begin_inset Formula $z=|z|(\cos t+i\sin t)=|z|e^{it}$ +\end_inset + +. + Entonces: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $z_{1}z_{2}=|z_{1}|e^{it_{1}}|z_{2}|e^{it_{2}}=|z_{1}||z_{2}|e^{i(t_{1}+t_{2})}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\frac{1}{z}=z^{-1}=|z|^{-1}e^{-it}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $z^{n}=|z|^{n}e^{int}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Los +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + complejos de la forma +\begin_inset Formula $w=\sqrt[n]{|z|}e^{i\frac{2k\pi+t}{n}}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $k=0,\dots,n-1$ +\end_inset + + son los únicos con +\begin_inset Formula $w^{n}=z$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $z=|z|e^{it}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/fuvr2/pegado1.png b/fuvr2/pegado1.png Binary files differnew file mode 100644 index 0000000..bc7c4e2 --- /dev/null +++ b/fuvr2/pegado1.png diff --git a/gae/n.lyx b/gae/n.lyx new file mode 100644 index 0000000..ef7ae41 --- /dev/null +++ b/gae/n.lyx @@ -0,0 +1,212 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\begin_preamble +\usepackage{tikz} +\end_preamble +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize a5paper +\use_geometry true +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\leftmargin 0.2cm +\topmargin 0.7cm +\rightmargin 0.2cm +\bottommargin 0.7cm +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle empty +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Title +Geometría afín y euclídea +\end_layout + +\begin_layout Date +\begin_inset Note Note +status open + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +cryear{2018} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "../license.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Bibliografía: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Material clases teóricas, Geometría Afín y Euclídea, Universidad de Murcia + (anónimo). +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Espacios afines y variedades afines +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n1.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Aplicaciones afines +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n2.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Espacios euclídeos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n3.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Transformaciones ortogonales +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n4.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Movimientos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n5.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/gae/n1.lyx b/gae/n1.lyx new file mode 100644 index 0000000..acdf0f9 --- /dev/null +++ b/gae/n1.lyx @@ -0,0 +1,1753 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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Standard +Un subconjunto +\begin_inset Formula ${\cal L}\subseteq{\cal E}$ +\end_inset + + es una +\series bold +variedad (lineal) afín +\series default + si +\begin_inset Formula $\exists P\in{\cal E},W\subseteq V:{\cal L}=P+W:=\{P+\vec{w}\}_{\vec{w}\in W}$ +\end_inset + +. + Se dice que +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + +\series bold +pasa por +\series default + el punto +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + es la +\series bold +dirección +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $\text{dir}({\cal L})=W$ +\end_inset + +), y se define la dimensión de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula +\[ +\dim({\cal L}):=\text{dim}(\text{dir}({\cal L}))=\dim_{K}(W) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una variedad de dimensión 1 es una +\series bold +recta (afín) +\series default +, determinada por cualquier +\begin_inset Formula $P\in{\cal L}$ +\end_inset + + y vector +\begin_inset Formula $\vec{v}\in\text{dir}({\cal L})$ +\end_inset + + no nulo, llamado +\series bold +vector director +\series default + de la recta. + Una variedad de dimensión 2 es un +\series bold +plano afín +\series default +, y una de dimensión +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + (con +\begin_inset Formula $n=\dim({\cal E})$ +\end_inset + +) es un +\series bold +hiperplano afín +\series default +. + Así, para todo +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $P+V={\cal E}$ +\end_inset + +. + Propiedades: Sean +\begin_inset Formula ${\cal L}=P+W$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}'=P'+W'$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $Q\in{\cal L}\iff\overrightarrow{PQ}\in W$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $Q\in{\cal L}\implies\exists\vec{w}\in W:Q=P+\vec{w}\implies\overrightarrow{PQ}=\vec{w}\in W$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}\in W\implies Q=P+\overrightarrow{PQ}\in P+W={\cal L}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $W=\{\overrightarrow{PR}\}_{R\in{\cal L}}=\{\overrightarrow{QR}\}_{Q,R\in{\cal L}}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + está unívocamente determinado por +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + +). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Vemos que +\begin_inset Formula $W\subseteq\{\overrightarrow{PR}\}_{R\in{\cal L}}\subseteq\{\overrightarrow{QR}\}_{Q,R\in{\cal L}}\subseteq W$ +\end_inset + +. + Primero, si +\begin_inset Formula $\vec{w}\in W$ +\end_inset + +, podemos definir +\begin_inset Formula $R:=P+\vec{w}\in{\cal L}$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\vec{w}=\overrightarrow{PR}\in\{\overrightarrow{PR}\}_{R\in{\cal L}}$ +\end_inset + +. + El segundo contenido es evidente, y para el tercero, dados +\begin_inset Formula $Q,R\in{\cal L}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ},\overrightarrow{PR}\in W$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $\overrightarrow{QR}=\overrightarrow{PR}-\overrightarrow{PQ}\in W$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $P'\in{\cal L}\implies{\cal L}=P'+W$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula ${\cal L}'=P'+W$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $P'\in{\cal L}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PP'}\in W$ +\end_inset + +, y así, +\begin_inset Formula +\[ +Q\in{\cal L}'\iff\overrightarrow{P'Q}\in W\iff\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{PP'}+\overrightarrow{P'Q}\in W\iff Q\in{\cal L} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $({\cal L},W,\varphi|_{{\cal L}\times W})$ +\end_inset + + es un espacio afín. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $Q\in{\cal L}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}\in W$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $Q+\vec{w}\in Q+W={\cal L}$ +\end_inset + +. + Las propiedades +\begin_inset Formula $(P+\vec{v})+\vec{w}=P+(\vec{v}+\vec{w})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $P+\overrightarrow{0}=P$ +\end_inset + + se cumplen trivialmente, y si +\begin_inset Formula $R,Q\in{\cal L}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\overrightarrow{RQ}\in W$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}\subseteq{\cal L}'\iff W\subseteq W'\land\overrightarrow{PP'}\in W'\iff W\subseteq W'\land P\in{\cal L}'$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula ${\cal L}={\cal L}'\iff W=W'\land\overrightarrow{PP'}\in W$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Basta ver la primera serie de equivalencias. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[1\implies2]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula ${\cal L}\subseteq{\cal L}'\implies P\in{\cal L}'\implies\overrightarrow{PP'}\in W'$ +\end_inset + +. + Además, +\begin_inset Formula $W=\{\overrightarrow{QR}\}_{Q,R\in{\cal L}}\subseteq\{\overrightarrow{QR}\}_{Q,R\in{\cal L}'}=W'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[2\implies3]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PP'}\in W'\implies\overrightarrow{P'P}\in W'\implies P\in{\cal L}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[3\implies1]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $W\subseteq W'\land P\in{\cal L}'\implies{\cal L}=P+W\subseteq P+W'={\cal L}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Subsection +Paralelismo, intersección y cruce de variedades +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dos variedades +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}'$ +\end_inset + + son +\series bold +paralelas +\series default + ( +\begin_inset Formula ${\cal L}\parallel{\cal L}'$ +\end_inset + +) si tienen la misma dirección. + Si solo se tiene que +\begin_inset Formula $\text{dir}({\cal L})\subseteq\text{dir}({\cal L}')$ +\end_inset + +, se dice que +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + es +\series bold +débilmente paralela +\series default + a +\begin_inset Formula ${\cal L}'$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula ${\cal L}\ll{\cal L}'$ +\end_inset + +). + Cuando no hay ambigüedad, a veces se omite el +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +débilmente +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +. + Se trata de una relación reflexiva y transitiva en la que +\begin_inset Formula ${\cal L}\ll{\cal L}'\land{\cal L}'\ll{\cal L}\implies{\cal L}\parallel{\cal L}'$ +\end_inset + +, pero no es antisimétrica. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +postulado de las paralelas de Euclides +\series default + afirma que por un punto exterior a una recta pasa una y sólo una paralela + a esta. + Esto se puede generalizar a que, dados +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + y una variedad afín +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + +, existe una única variedad +\begin_inset Formula ${\cal L}'$ +\end_inset + + que pasa por +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + y es paralela a +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + +, y esta es +\begin_inset Formula ${\cal L}'=P+\text{dir}({\cal L})$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}\ll{\cal L}'\implies{\cal L}\subseteq{\cal L}'\lor{\cal L}\cap{\cal L}'=\emptyset$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +W\subseteq W'\land\exists Q\in{\cal L}\cap{\cal L}'\implies{\cal L}=Q+W\subseteq Q+W'={\cal L}' +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}\parallel{\cal L}'\implies{\cal L}={\cal L}'\lor{\cal L}\cap{\cal L}'=\emptyset$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +W=W'\land\exists Q\in{\cal L}\cap{\cal L}'\implies{\cal L}=Q+W=Q+W'={\cal L}' +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}\ll{\cal L}'\iff\exists{\cal S}:{\cal L}\parallel{\cal S}\subseteq{\cal L}'\iff\exists{\cal S}':{\cal L}\subseteq{\cal S}'\parallel{\cal L}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[1\implies2,3]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $W\subseteq W'\implies{\cal L}=P+W\parallel P'+W\subseteq P'+W'={\cal L}'\land{\cal L}=P+W\subseteq P+W'\parallel P'+W'={\cal L}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[2\implies1]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula ${\cal L}\parallel{\cal S}\subseteq{\cal L}'\implies\text{dir}({\cal L})=\text{dir}({\cal S})\subseteq\text{dir}({\cal L}')\implies{\cal L}\ll{\cal L}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[3\implies1]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula ${\cal L}\subseteq{\cal S}'\parallel{\cal L}\implies\text{dir}({\cal L})\subseteq\text{dir}({\cal S}')=\text{dir}({\cal L}')\implies{\cal L}\ll{\cal L}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Standard +Se dice que dos variedades +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}'$ +\end_inset + + +\series bold +se cortan +\series default + o son +\series bold +incidentes +\series default + si +\begin_inset Formula ${\cal L}\cap{\cal L}'\neq\emptyset$ +\end_inset + +, y que +\series bold +se cruzan +\series default + si ni se cortan ni ninguna es débilmente paralela a la otra. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $\{{\cal L}_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + es una familia de variedades afines de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula ${\cal L}_{i}=P+W_{i}\forall i\in I$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\bigcap_{i\in I}{\cal L}_{i}\neq\emptyset$ +\end_inset + + entonces la intersección es una variedad afín con dirección +\begin_inset Formula $\bigcap_{i\in I}W_{i}$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula +\[ +Q\in P+\bigcap_{i\in I}W_{i}\iff\forall i\in I,\overrightarrow{PQ}\in W_{i}\iff\forall i\in I,Q\in P+W_{i}={\cal L}_{i}\iff Q\in\bigcap_{i\in I}{\cal L}_{i} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}\cap{\cal L}'\neq\emptyset\iff\overrightarrow{PP'}\in W+W'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $Q\in{\cal L}\cap{\cal L}'\implies\overrightarrow{PP'}=\overrightarrow{PQ}+\overrightarrow{QP'}\in W+W'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\exists\vec{w}\in W,\vec{w}'\in W':\overrightarrow{PP'}=\vec{w}+\vec{w}'\implies P+\vec{w}=P+\overrightarrow{PP'}-\vec{w}'=P'-\vec{w}'\in{\cal L}\cap{\cal L}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Standard +Dos variedades +\begin_inset Formula ${\cal L}=P+W$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}'=P'+W'$ +\end_inset + + son +\series bold +complementarias +\series default + si lo son sus direcciones, es decir, si +\begin_inset Formula $V=W\oplus W'$ +\end_inset + +. + La intersección de dos variedades afines complementarias es un punto. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PP'}\in V=W\oplus W'$ +\end_inset + +, luego se cortan, y +\begin_inset Formula $W\cap W'=\{0\}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\dim({\cal L}\cap{\cal L}')=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Suma de variedades +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +variedad afín engendrada +\series default + o +\series bold +generada +\series default + por +\begin_inset Formula $X\subseteq{\cal E}$ +\end_inset + + a la menor de las variedades que contienen a +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, es decir, la intersección de todas ellas, y se denota por +\begin_inset Formula ${\cal V}(X)$ +\end_inset + +. + Esta existe porque la intersección no es vacía (contiene a +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +) y al menos +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + es una variedad que contiene a +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. + Dados +\begin_inset Formula $P_{1},\dots,P_{n}\in{\cal E}$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula ${\cal V}(P_{1},\dots,P_{n})=P_{1}+<\overrightarrow{P_{1}P_{2}},\dots,\overrightarrow{P_{1}P_{n}}>$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $P_{1}+<\overrightarrow{P_{1}P_{2}},\dots,\overrightarrow{P_{1}P_{n}}>$ +\end_inset + + contiene a +\begin_inset Formula $P_{1},P_{2},\dots,P_{n}$ +\end_inset + +, luego contiene a +\begin_inset Formula ${\cal V}(X)$ +\end_inset + + por ser una de las variedades que se intersecan. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula ${\cal V}(P_{1},\dots,P_{n})$ +\end_inset + + pasa por +\begin_inset Formula $P_{1}$ +\end_inset + + y su dirección debe contener a los +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P_{1}P_{j}}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $2\leq j\leq n$ +\end_inset + +) y por tanto a +\begin_inset Formula $<\overrightarrow{P_{1}P_{2}},\dots,\overrightarrow{P_{1}P_{n}}>$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +suma +\series default + de +\begin_inset Formula $\{{\cal L}_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + es la variedad engendrada por su unión: +\begin_inset Formula $\sum_{i\in I}{\cal L}_{i}:={\cal V}\left(\bigcup_{i\in I}{\cal L}_{i}\right)$ +\end_inset + +. + Se tiene que dadas +\begin_inset Formula ${\cal L}=P+W$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}'=P'+W'$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula ${\cal L}+{\cal L}'=P+(W+W'+<\overrightarrow{PP'}>)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +La variedad a la derecha del igual contiene a +\begin_inset Formula $P+W={\cal L}$ +\end_inset + +, y como en esta podemos cambiar +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $P'=P+\overrightarrow{PP'}$ +\end_inset + +, también contiene a +\begin_inset Formula $P'+W'={\cal L}'$ +\end_inset + +, luego contiene a la suma. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Evidentemente, +\begin_inset Formula $P\in{\cal L}+{\cal L}'$ +\end_inset + +. + Ahora bien, como +\begin_inset Formula ${\cal L},{\cal L}'\subseteq{\cal L}+{\cal L}'$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $W,W'\subseteq\text{dir}({\cal L}+{\cal L}')$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $P,P'\in{\cal L}+{\cal L}'$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PP'}\in\text{dir}({\cal L}+{\cal L}')$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $W+W'+<\overrightarrow{PP'}>\subseteq\text{dir}({\cal L}+{\cal L}')$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Fórmulas de Grassmann: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}\cap{\cal L}'\neq\emptyset\implies\dim({\cal L}+{\cal L}')=\dim({\cal L})+\dim({\cal L}')-\dim({\cal L}\cap{\cal L}')$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +En este caso, +\begin_inset Formula $\text{dir}({\cal L}\cap{\cal L}')=W\cap W'$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PP'}\in W+W'$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $W+W'+$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $<\overrightarrow{PP'}>=W+W'$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +\dim({\cal L}+{\cal L}')=\dim(W+W')=\dim(W)+\dim(W')-\dim(W\cap W')=\\ +=\dim({\cal L})+\dim({\cal L}')-\dim({\cal L}\cap{\cal L}') +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}\cap{\cal L}'=\emptyset\implies\dim({\cal L}+{\cal L}')=\dim({\cal L})+\dim({\cal L}')-\dim(W\cap W')+1$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +En este caso, +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PP'}\notin W+W'$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +\dim({\cal L}+{\cal L}')=\dim(W+W'+\overrightarrow{PP'})=\dim(W+W')+1=\\ +=\dim(W)+\dim(W')-\dim(W\cap W')+1 +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Posición relativa de variedades +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula ${\cal L}_{i}=P_{i}+<\vec{v}_{i}>$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $i\in\{1,2\},\vec{v}_{i}\neq\vec{0}$ +\end_inset + +) dos rectas en un plano afín. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\vec{v}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{v}_{2}$ +\end_inset + + son proporcionales entonces +\begin_inset Formula ${\cal L}_{1}\parallel{\cal L}_{2}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P_{1}P_{2}}\in<\vec{v}_{1}>$ +\end_inset + +, son coincidentes; en otro caso son paralelas distintas. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +En otro caso son subespacios complementarios y por tanto se cortan en un + punto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si tenemos dos rectas en un espacio tridimensional, la discusión es similar + a cuando estamos en el plano afín, pero si las rectas no son paralelas, + sólo se cortan si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P_{1}P_{2}}\in<\vec{v}_{1},\vec{v}_{2}>$ +\end_inset + +, de lo contrario se cruzan. + Sean ahora tres rectas, sin ser dos de ellas coincidentes, en un plano + afín. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si hay dos paralelas, digamos +\begin_inset Formula ${\cal L}_{1}\parallel{\cal L}_{2}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $\vec{v}_{3}$ +\end_inset + + es proporcional a +\begin_inset Formula $\vec{v}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{v}_{2}$ +\end_inset + + tenemos tres paralelas distintas, de lo contrario +\begin_inset Formula ${\cal L}_{3}$ +\end_inset + + corta en un punto a cada una de las otras. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +En otro caso, cada par de rectas se cortan en un punto. + Si dos de estos coinciden, también coinciden con el tercero, y de lo contrario + las rectas se cortan en puntos distintos dos a dos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Ahora, sean +\begin_inset Formula ${\cal L}=P+<\vec{v}>$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $\vec{v}\neq\vec{0}$ +\end_inset + +) y +\begin_inset Formula ${\cal P}=P'+W$ +\end_inset + + una recta y plano en un espacio afín tridimensional: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\vec{v}\in W$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula ${\cal L}\ll{\cal P}$ +\end_inset + +, y en particular, si +\begin_inset Formula $P\in{\cal P}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula ${\cal L}\subseteq{\cal P}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\vec{v}\notin W$ +\end_inset + +, las variedades son complementarias, luego se cortan en un punto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula ${\cal P}_{i}=P_{i}+W_{i}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $i\in\{1,2\},\dim(W_{i})=2$ +\end_inset + +) dos planos en un espacio afín tridimensional. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $W_{1}=W_{2}$ +\end_inset + +, los planos son paralelos. + En particular, son coincidentes si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P_{1}P_{2}}\in W_{1}$ +\end_inset + +; de lo contrario son paralelos distintos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +En otro caso, se tiene que +\begin_inset Formula $\dim(W_{1}\cap W_{2})=1$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\dim(W_{1}+W_{2})=3$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P_{1}P_{2}}\in W_{1}+W_{2}$ +\end_inset + + y los planos se cortan en una recta de dirección +\begin_inset Formula $W_{1}\cap W_{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si ahora consideramos tres planos ninguno coincidente con ningún otro, entonces: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si hay dos paralelos, digamos +\begin_inset Formula ${\cal P}_{1}\parallel{\cal P}_{2}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $W_{3}=W_{1}$ +\end_inset + + tenemos tres planos paralelos distintos; de lo contrario +\begin_inset Formula ${\cal P}_{3}$ +\end_inset + + corta en una recta a cada uno de los otros. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +En otro caso, sea +\begin_inset Formula ${\cal L}={\cal P}_{1}\cap{\cal P}_{2}=P+W\neq\emptyset$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula ${\cal L}\subseteq{\cal P}_{3}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula ${\cal L}={\cal P}_{1}\cap{\cal P}_{2}\cap{\cal P}_{3}$ +\end_inset + + y los tres planos se cortan en una recta. + Si +\begin_inset Formula ${\cal L}\ll{\cal P}_{3}$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $W\subseteq W_{3}$ +\end_inset + +) entonces +\begin_inset Formula $W\subseteq W_{1}\cap W_{3}$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $\dim(W_{1}\cap W_{3})=\dim(W)=1$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $W=W_{1}\cap W_{3}$ +\end_inset + + y del mismo modo +\begin_inset Formula $W=W_{2}\cap W_{3}$ +\end_inset + +, luego los planos se cortan dos a dos en paralelas distintas. + Finalmente, si +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal P}_{3}$ +\end_inset + + se cortan en un punto, los tres planos se cortan en este. +\end_layout + +\begin_layout Section +Ecuaciones de variedades afines +\end_layout + +\begin_layout Standard +En esta sección asumimos +\begin_inset Formula $\dim({\cal E})=n$ +\end_inset + + e identificamos los vectores con sus coordenadas en +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + y los puntos con sus coordenadas en +\begin_inset Formula $\Re:=(O,{\cal B})$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula ${\cal L}=P+W$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $W=<\vec{v}_{1},\dots,\vec{v}_{m}>$ +\end_inset + +, los puntos de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + tienen la forma +\begin_inset Formula $X=P+\lambda_{1}\vec{v}_{1}+\dots+\lambda_{m}\vec{v}_{m}$ +\end_inset + +, con cada +\begin_inset Formula $\lambda_{i}\in K$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $[X]_{\Re}=(x_{1},\dots,x_{n})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $[P]_{\Re}=(p_{1},\dots,p_{n})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $[\vec{v}_{i}]_{{\cal B}}=(v_{1i},\dots,v_{ni})$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +\left\{ \begin{array}{ccc} +x_{1} & = & p_{1}+\lambda_{1}v_{11}+\dots+\lambda_{m}v_{1m}\\ + & \vdots\\ +x_{n} & = & p_{n}+\lambda_{1}v_{n1}+\dots+\lambda_{m}v_{nm} +\end{array}\right. +\] + +\end_inset + +Estas son las +\series bold +ecuaciones paramétricas +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\Re$ +\end_inset + +, y no son únicas. + Si +\begin_inset Formula $\vec{v}_{1},\dots,\vec{v}_{m}$ +\end_inset + + son li +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +ne +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +al +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +men +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +te independientes entonces el número de parámetros es la dimensión de +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + y de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + viene dado por ecuaciones cartesianas en +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + representadas por un sistema homogéneo con matriz de coeficientes +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + +, es decir, si +\begin_inset Formula $\vec{v}\in W\iff A\vec{v}=0$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $X\in{\cal L}\iff\overrightarrow{PX}\in W\iff A(X-P)=0\iff AX=AP$ +\end_inset + +. + El resultado es un sistema de ecuaciones, denominadas +\series bold +ecuaciones cartesianas +\series default + o +\series bold +implícitas +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\Re$ +\end_inset + +, que no es único, y cuyas soluciones son los puntos de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $r=\text{rg}A$ +\end_inset + + (el rango del sistema), entonces +\begin_inset Formula $\dim({\cal L})=\dim({\cal E})-r$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para obtener las paramétricas (o las implícitas) de +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + a partir de las correspondientes de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + +, basta anular los términos independientes en cada caso. + Así, para obtener las paramétricas de la recta paralela a +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $P'$ +\end_inset + +, basta sustituir las coordenadas de +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $p_{1},\dots,p_{n}$ +\end_inset + +) por las de +\begin_inset Formula $P'$ +\end_inset + +en las paramétricas de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + +. + Para obtener las implícitas, si las de +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + son +\begin_inset Formula $\left(\begin{array}{c|c} +A & B\end{array}\right)$ +\end_inset + +, las de la paralela son +\begin_inset Formula $\left(\begin{array}{c|c} +A & AP'\end{array}\right)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para obtener ecuaciones paramétricas a partir de implícitas, resolvemos + el sistema +\begin_inset Formula $(A|B)$ +\end_inset + + en función de parámetros, y para pasar de paramétricas a implícitas (por + ejemplo, el sistema de arriba), consideramos la matriz +\begin_inset Formula +\[ +\left(\begin{array}{ccc|c} +v_{11} & \cdots & v_{1m} & x_{1}-p_{1}\\ +\vdots & & \vdots & \vdots\\ +v_{n1} & \cdots & v_{nm} & x_{n}-p_{n} +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + +y se trata de discutir el sistema que forma. + Lo mejor en general es hacerlo por menores, pues si los +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + + vectores iniciales son linealmente independientes, el rango de la matriz + debe ser +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para obtener la intersección de dos variedades dadas sus ecuaciones implícitas, + basta juntarlas. + También, si conocemos las implícitas de una y las paramétricas de la segunda, + podemos sustituir el +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +punto genérico +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + que nos dan las paramétricas de la segunda y sustituirlo en la primera, + obteniendo como resultado las condiciones para que un punto de la segunda + esté además en la primera. + Por otro lado, si tenemos las paramétricas de dos variedades y queremos + hallar su suma, basta recordar que +\begin_inset Formula ${\cal L}+{\cal L}'=P+(W+W'+<\overrightarrow{PP'}>)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Ejemplos en dimensiones bajas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una recta en un plano afín es un hiperplano, por lo que viene dada por una + sóla ecuación +\begin_inset Formula +\[ +\left|\begin{array}{cc} +v_{1} & x_{1}-p_{1}\\ +v_{2} & x_{2}-p_{2} +\end{array}\right|=0 +\] + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $(p_{1},p_{2})\neq(q_{1},q_{2})$ +\end_inset + +, la recta que los une tiene como ecuación +\begin_inset Formula +\[ +\left|\begin{array}{cc} +q_{1}-p_{1} & x_{1}-p_{1}\\ +q_{2}-p_{2} & x_{2}-p_{2} +\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc} +1 & 1 & 1\\ +p_{1} & q_{1} & x_{1}\\ +p_{2} & q_{2} & x_{2} +\end{array}\right|=0 +\] + +\end_inset + +lo que sirve para comprobar si tres puntos están alineados. + Decimos que unos puntos son +\series bold +coplanarios +\series default + si existe un plano que los contiene a todos. + Los planos en un espacio tridimensional son hiperplanos, y su ecuación + implícita es +\begin_inset Formula +\[ +\left|\begin{array}{ccc} +v_{1} & w_{1} & x_{1}-p_{1}\\ +v_{2} & w_{2} & x_{2}-p_{2}\\ +v_{3} & w_{3} & x_{3}-p_{3} +\end{array}\right|=0 +\] + +\end_inset + +Así, si tres puntos +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $R$ +\end_inset + + no están alineados, forman un plano dado por +\begin_inset Formula +\[ +\left|\begin{array}{ccc} +q_{1}-p_{1} & r_{1}-p_{1} & x_{1}-p_{1}\\ +q_{2}-p_{2} & r_{2}-p_{2} & x_{2}-p_{2}\\ +q_{3}-p_{3} & r_{3}-p_{3} & x_{3}-p_{3} +\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cccc} +1 & 1 & 1 & 1\\ +p_{1} & q_{1} & r_{1} & s_{1}\\ +p_{2} & q_{2} & r_{2} & s_{2}\\ +p_{3} & q_{3} & r_{3} & s_{3} +\end{array}\right|=0 +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +En un espacio tridimensional, el punto +\begin_inset Formula $(x_{1},x_{2},x_{3})$ +\end_inset + + está en la recta +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\ell=(p_{1},p_{2},p_{3})+$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $<(v_{1},v_{2},v_{3})>$ +\end_inset + + cuando +\begin_inset Formula $(v_{1},v_{2},v_{3})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(x_{1}-p_{1},x_{2}-p_{2},x_{3}-p_{3})$ +\end_inset + + sean proporcionales, lo que nos lleva a las +\series bold +ecuaciones continuas +\series default +: +\begin_inset Formula +\[ +\frac{x_{1}-p_{1}}{v_{1}}=\frac{x_{2}-p_{2}}{v_{2}}=\frac{x_{3}-p_{3}}{v_{3}} +\] + +\end_inset + +Si una de las coordenadas del vector director es 0, este caso debe ser tratado + de forma especial. + A partir de estas ecuaciones podemos obtener las implícitas. + El +\series bold +haz de planos +\series default + que contienen a +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + + es el conjunto de todos los planos que la contienen. + Así, si +\begin_inset Formula +\[ +\ell\equiv\left\{ \begin{array}{rcl} +ax+by+cz+d & = & 0\\ +a'x+b'y+c'z+d' & = & 0 +\end{array}\right. +\] + +\end_inset + +su haz de planos está formado por las combinaciones lineales de estas ecuaciones +, es decir, el plano +\begin_inset Formula $a'x+b'y+c'z+d'=0$ +\end_inset + + y los planos +\begin_inset Formula $(ax+by+cz+d)+\mu(a'x+b'y+c'z+d)=0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\mu\in K$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/gae/n1b.lyx b/gae/n1b.lyx new file mode 100644 index 0000000..7f06d5c --- /dev/null +++ b/gae/n1b.lyx @@ -0,0 +1,1010 @@ +#LyX 2.3 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mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +A lo largo del capítulo, cuando no haya ambigüedad, identificamos el espacio + afín +\begin_inset Formula $({\cal E},V,\varphi)$ +\end_inset + + con el conjunto +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + +. + Un +\series bold +espacio afín +\series default + sobre un cuerpo +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + es una terna +\begin_inset Formula $({\cal E},V,\varphi)$ +\end_inset + + formada por un conjunto +\begin_inset Formula ${\cal E}\neq0$ +\end_inset + +, cuyos elementos llamamos +\series bold +puntos +\series default +; un +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + +-espacio vectorial +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +, llamado +\series bold +espacio vectorial asociado +\series default + a o +\series bold +de direcciones +\series default + de +\begin_inset Formula $({\cal E},V,\varphi)$ +\end_inset + +, y una aplicación +\begin_inset Formula $\varphi:{\cal E}\times V\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + +, que escribimos como +\begin_inset Formula $P+\vec{v}:=\varphi(P,\vec{v})$ +\end_inset + +, que cumplen que +\begin_inset Formula $\forall P,Q\in{\cal E},\vec{v},\vec{w}\in V$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $(P+\vec{v})+\vec{w}=P+(\vec{v}+\vec{w})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $P+\vec{0}=P$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\exists!\overrightarrow{PQ}\in V:P+\overrightarrow{PQ}=Q$ +\end_inset + +. + Decimos que +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + es el +\series bold +origen +\series default + y +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + el +\series bold +extremo +\series default + del vector +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P(P+\vec{v})}=\vec{v}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +dimensión +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + a la de su espacio vectorial asociado, +\begin_inset Formula $\dim({\cal E})=\dim_{K}(V)$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +rectas afines +\series default + a los espacios afines de dimensión 1, +\series bold +planos afines +\series default + a los de dimensión 2 y +\series bold +espacios (tridimensionales) afines +\series default + a los de dimensión 3. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tenemos que, dado +\begin_inset Formula $O\in{\cal E}$ +\end_inset + +, las aplicaciones +\begin_inset Formula $V\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal E}\rightarrow V$ +\end_inset + + dadas, respectivamente, por +\begin_inset Formula $\vec{v}\mapsto O+\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $P\mapsto\overrightarrow{OP}$ +\end_inset + + son biyecciones una inversa de la otra. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula $\vec{v}\mapsto O+\vec{v}\mapsto\overrightarrow{O(O+\vec{v})}=\vec{v}$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $P\mapsto\overrightarrow{OP}\mapsto O+\overrightarrow{OP}=P$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Esta biyección permite dar a +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + una estructura de espacio vectorial definida por +\begin_inset Formula $P\hat{+}Q=O+(\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{OQ})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\lambda\cdot P=O+\lambda\overrightarrow{OP}$ +\end_inset + +, a la que llamamos +\series bold +vectorialización +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + respecto a +\begin_inset Formula $O\in{\cal E}$ +\end_inset + +, que es isomorfa a +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + y cuyo elemento neutro es +\begin_inset Formula $O$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Algunos espacios afines: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Espacio afín trivial: +\series default + De dimensión 0, con un solo punto, pues dados +\begin_inset Formula $P,Q\in{\cal E}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $Q=P+\overrightarrow{PQ}=P+\vec{0}=P$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Estructura afín de un espacio vectorial: +\series default + Dado un +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + +-espacio vectorial +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +, existe un espacio afín +\begin_inset Formula $(V,V,\varphi)$ +\end_inset + + donde la suma es la suma usual de vectores. + Podemos entonces escribir +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}=Q-P$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +espacio afín numérico +\series default + de dimensión +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula ${\cal E}^{n}(K)$ +\end_inset + +, a la estructura afín de +\begin_inset Formula $K^{n}$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula ${\cal E}^{2}(\mathbb{R})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal E}^{3}(\mathbb{R})$ +\end_inset + + son pues el plano y el espacio afín usuales. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Propiedades +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}=\vec{0}\iff P=Q$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PP}=\vec{0}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +\overrightarrow{PQ}=\vec{0}\implies Q=P+\overrightarrow{PQ}=P+\vec{0}=P\\ +Q+\vec{0}=Q\implies\overrightarrow{QQ}=\vec{0} +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Relación de Chasles: +\series default + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P_{1}P_{2}}+\overrightarrow{P_{2}P_{3}}+\dots+\overrightarrow{P_{n-1}P_{n}}=\overrightarrow{P_{1}P_{n}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +P+(\overrightarrow{PQ}+\overrightarrow{QR})=(P+\overrightarrow{PQ})+\overrightarrow{QR}=Q+\overrightarrow{QR}=R +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}=-\overrightarrow{QP}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\overrightarrow{PQ}+\overrightarrow{QP}=\overrightarrow{PP}=\overrightarrow{0} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Cancelación: +\series default + +\begin_inset Formula $P+\vec{v}=P+\vec{w}\implies\vec{v}=\vec{w}$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $P+\vec{v}=Q+\vec{v}\implies P=Q$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{PR}\iff Q=R\iff\overrightarrow{QP}=\overrightarrow{RP}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +P+\vec{v}=P+\vec{w}\implies\vec{v}=\overrightarrow{P(P+\vec{v})}=\overrightarrow{P(P+\vec{w})}=\vec{w}\\ +P+\vec{v}=Q+\vec{v}\implies P=P+\vec{v}-\vec{v}=Q+\vec{v}-\vec{v}=Q\\ +\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{PR}\implies Q=P+\overrightarrow{PQ}=P+\overrightarrow{PR}=R +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\overrightarrow{(P+\vec{v})(Q+\vec{w})}=\overrightarrow{PQ}+\vec{w}-\vec{v}$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P(Q+\vec{w})}=\overrightarrow{PQ}+\vec{w}$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\overrightarrow{(P+\vec{v})Q}=\overrightarrow{PQ}-\vec{v}$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\overrightarrow{(P+\vec{v})P}=-\vec{v}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +(P+\vec{v})+(\overrightarrow{PQ}+\vec{w}-\vec{v})=P+\overrightarrow{PQ}+\vec{w}=Q+\vec{w} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $P+\vec{v}=Q+\vec{w}\iff\overrightarrow{PQ}=\vec{v}-\vec{w}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +P+\vec{v}=Q+\vec{w}\iff\overrightarrow{(P+\vec{v})(Q+\vec{w})}=\overrightarrow{PQ}+\vec{w}-\vec{v}=\overrightarrow{0}\iff\overrightarrow{PQ}=\vec{w}-\vec{v} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Regla del paralelogramo: +\series default + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{P'Q'}\iff\overrightarrow{PP'}=\overrightarrow{QQ'}$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula +\[ +\overrightarrow{PQ}+\overrightarrow{QQ'}=\overrightarrow{PQ'}=\overrightarrow{PP'}+\overrightarrow{P'Q'} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Sistemas de referencia y coordenadas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +sistema de referencia +\series default + (o +\series bold +referencial +\series default +) +\series bold + cartesiano +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + es un par +\begin_inset Formula $\Re=(O,{\cal B})$ +\end_inset + + formado por un +\series bold +origen +\series default + +\begin_inset Formula $O\in{\cal E}$ +\end_inset + + y una base +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +. + Las +\series bold +coordenadas (cartesianas) +\series default + de +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\Re$ +\end_inset + + son las del vector +\begin_inset Formula $\overrightarrow{OP}$ +\end_inset + + respecto de la base +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + +, y se denotan +\begin_inset Formula $[P]_{\Re}:=[\overrightarrow{OP}]_{{\cal B}}$ +\end_inset + +. + En particular +\begin_inset Formula $[O]_{\Re}=(0,\dots,0)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $[P+\vec{v}]_{\Re}=[P]_{\Re}+[\vec{v}]_{{\cal B}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $[\overrightarrow{PQ}]_{{\cal B}}=[Q]_{\Re}-[P]_{\Re}$ +\end_inset + +. + Cuando se trabaja con un único referencial, se omiten los subíndices +\begin_inset Formula $\Re$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + en los corchetes, o incluso se pueden identificar los puntos y vectores + con sus coordenadas, siempre que se indique esto al principio de trabajar + con coordenadas, y podemos entonces escribir +\begin_inset Formula $P=(p_{1},\dots,p_{n})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{v}=(v_{1},\dots,v_{n})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para cambiar coordenadas entre dos referenciales +\begin_inset Formula $\Re=(O,{\cal B})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\Re'=(O',{\cal B}')$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + +, si llamamos +\begin_inset Formula $X_{0}:=[O]_{\Re'}=[\overrightarrow{O'O}]_{{\cal B}'}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $M:=M_{{\cal B}'{\cal B}}$ +\end_inset + +, se tiene que: +\begin_inset Formula +\[ +\left.\begin{array}{c} +X=[P]_{\Re}=[\overrightarrow{OP}]_{{\cal B}}\\ +X'=[P]_{\Re'}=[\overrightarrow{O'P}]_{{\cal B}'} +\end{array}\right\} \implies X'=[\overrightarrow{O'P}]_{{\cal B}'}=[\overrightarrow{O'O}]_{{\cal B}'}+[\overrightarrow{OP}]_{{\cal B}'}=X_{0}+M\cdot[\overrightarrow{OP}]_{{\cal B}}=X_{0}+MX +\] + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $X=(x_{1},\dots,x_{n})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $X'=(x'_{1},\dots,x'_{n})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $X_{0}=(b_{1},\dots,b_{n})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $M=(a_{ij})$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +ecuaciones de cambio de coordenadas +\series default + a las siguientes: +\begin_inset Formula +\[ +\left\{ \begin{array}{ccc} +x'_{1} & = & b_{1}+a_{11}x_{1}+\dots+a_{1n}x_{n}\\ + & \vdots\\ +x'_{n} & = & b_{n}+a_{n1}x_{1}+\dots+a_{nn}x_{n} +\end{array}\right. +\] + +\end_inset + +Podemos emplear la expresión matricial equivalente: +\begin_inset Formula +\[ +\left(\begin{array}{c} +1\\ +x'_{1}\\ +\vdots\\ +x'_{n} +\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc} +1 & 0 & \cdots & 0\\ +b_{1} & a_{11} & \cdots & a_{1n}\\ +\vdots & \vdots & \ddots & \vdots\\ +b_{n} & a_{n1} & \cdots & a_{nn} +\end{array}\right)\left(\begin{array}{c} +1\\ +x_{1}\\ +\vdots\\ +x_{n} +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + +O simplificadamente +\begin_inset Formula +\[ +\left(\begin{array}{c} +1\\ +\hline X' +\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c|c} +1 & 0\\ +\hline X_{0} & M +\end{array}\right)\left(\begin{array}{c} +1\\ +\hline X +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Rectas y puntos alineados +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +recta +\series default + que pasa por +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + con +\series bold +dirección +\series default + +\begin_inset Formula $<\vec{v}>$ +\end_inset + +, o +\series bold +vector director +\series default + +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + +, es el conjunto +\begin_inset Formula $P+<\vec{v}>=\{P+\lambda\vec{v}\}_{\lambda\in K}$ +\end_inset + +. + Dos rectas +\begin_inset Formula $l$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $l'$ +\end_inset + + son +\series bold +paralelas +\series default + ( +\begin_inset Formula $l\parallel l'$ +\end_inset + +) si sus vectores directores son proporcionales. + Propiedades: +\begin_inset Formula $\forall X\in{\cal E},l=P+<\vec{v}>$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $X\in l\iff\exists\lambda\in K:\overrightarrow{PX}=\lambda\vec{v}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\forall r\neq0,l=P+<r\vec{v}>$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\forall P'\in l,l=P'+<\vec{v}>$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\forall Q\in{\cal E},\exists!r:Q\in r\parallel l$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $r:=Q+<\vec{v}>$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Recta que pasa por +\series default + +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + +: +\begin_inset Formula $\forall A,B\in{\cal E},A\neq B,\exists!r:A,B\in r$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $r:=AB:=A+<\overrightarrow{AB}>$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una serie de puntos de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + están +\series bold +alineados +\series default + si existe una recta que los contiene a todos. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Puntos medios y razón simple +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si en +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + se tiene que +\begin_inset Formula $2=1+1\neq0$ +\end_inset + +, se define el +\series bold +punto medio +\series default + de +\begin_inset Formula $A,B\in{\cal E}$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula +\[ +\frac{A+B}{2}:=A+\frac{1}{2}\overrightarrow{AB} +\] + +\end_inset + +Esto es simplemente una notación, pues no hemos definido suma ni producto + por escalares en +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\begin_inset Formula $\forall A,B\in{\cal E}$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $M=\frac{A+B}{2}\iff\overrightarrow{AB}=2\overrightarrow{AM}\iff B=A+2\overrightarrow{AM}\iff\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MB}=\vec{0}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MB}=\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{AB}=2\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{AB}=2\overrightarrow{MA}+2\overrightarrow{AM}=2\overrightarrow{MM}=\vec{0} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\frac{A+B}{2}=\frac{B+A}{2}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\frac{A+B}{2}=A+\frac{1}{2}\overrightarrow{AB}=B+\overrightarrow{BA}-\frac{1}{2}\overrightarrow{BA}=B+\frac{1}{2}\overrightarrow{BA}=\frac{B+A}{2} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\frac{A+B}{2}=\frac{A+B'}{2}\iff B=B'$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +A+\frac{1}{2}\overrightarrow{AB}=A+\frac{1}{2}\overrightarrow{AB'}\iff\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{AB'}\iff B=B' +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\frac{(A+\vec{v})+(B+\vec{w})}{2}=\frac{A+B}{2}+\frac{\vec{v}+\vec{w}}{2}$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula +\[ +A+\vec{v}+\frac{1}{2}\overrightarrow{(A+\vec{v})(B+\vec{w})}=A+\vec{v}+\frac{1}{2}(\overrightarrow{AB}+\vec{w}-\vec{v})=\left(A+\frac{1}{2}\overrightarrow{AB}\right)+\frac{1}{2}(\vec{v}+\vec{w}) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dados tres puntos alineados +\begin_inset Formula $A,B,C$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $A\neq B$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $C\in AB$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +razón simple +\series default + de +\begin_inset Formula $A,B,C$ +\end_inset + + al único +\begin_inset Formula $\lambda\in K$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}$ +\end_inset + +, y escribimos +\begin_inset Formula $\lambda=(A,B,C)$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $(A,B,A)=0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(A,B,B)=1$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/gae/n2.lyx b/gae/n2.lyx new file mode 100644 index 0000000..d5c7289 --- /dev/null +++ b/gae/n2.lyx @@ -0,0 +1,1978 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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Formula $P\in{\cal E},\vec{v}\in V$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(P+\vec{v})=f(P)+\overrightarrow{f}(\vec{v})$ +\end_inset + +, es decir, +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}(\vec{v})=\overrightarrow{f(P)f(P+\vec{v})}$ +\end_inset + +. + Así, +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + queda determinada por +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y se le llama +\series bold +aplicación lineal asociada +\series default + a +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +. + Las aplicaciones afines +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + son +\series bold +transformaciones afines +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal E}'$ +\end_inset + + tienen dimensión finita siendo +\begin_inset Formula $\Re=(O;{\cal B}=\{\vec{v}_{1},\dots,\vec{v}_{n}\})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\Re'=(O';{\cal B}')$ +\end_inset + + referenciales cartesianos de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal E}'$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}'$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $X_{0}=[f(O)]_{\Re'}=[\overrightarrow{O'f(O)}]_{{\cal B}'}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $M=M_{{\cal B}'{\cal B}}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +[f(X)]_{\Re'}=[f(O)+\overrightarrow{f}(\overrightarrow{OX})]_{\Re'}=[f(O)]_{\Re'}+[\overrightarrow{f}(\overrightarrow{OX})]_{{\cal B}}=X_{0}+M[X]_{\Re} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Lo que nos da la +\series bold +representación matricial +\series default + o las +\series bold +ecuaciones +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\Re$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\Re'$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $X'=X_{0}+MX$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula +\[ +\left(\begin{array}{c} +1\\ +\hline X' +\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c|c} +1 & 0\\ +\hline X_{0} & M +\end{array}\right)\left(\begin{array}{c} +1\\ +\hline X +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Propiedades +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Dados +\begin_inset Formula $f,g:{\cal E}\rightarrow{\cal E}'$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\exists P\in{\cal E}:f(P)=g(P)\land\overrightarrow{f}=\overrightarrow{g}\implies f=g$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Dado un +\begin_inset Formula $Q\in{\cal E}$ +\end_inset + + arbitrario, +\begin_inset Formula $f(Q)=f(P)+\overrightarrow{f}(\overrightarrow{PQ})=g(P)+\overrightarrow{g}(\overrightarrow{PQ})=g(Q)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Dados +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $P'\in{\cal E}'$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\phi:V\rightarrow V'$ +\end_inset + + vectorial, existe una única aplicación afín +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}'$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(P)=P'$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\phi$ +\end_inset + +, dada por +\begin_inset Formula $f(Q):=P'+\phi(\overrightarrow{PQ})$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +f(Q+\vec{v})=P'+\phi(\overrightarrow{P(Q+\vec{v})})=P'+\phi(\overrightarrow{PQ}+\vec{v})=P'+\phi(\overrightarrow{PQ})+\phi(\vec{v})=f(Q)+\phi(\vec{v}) +\] + +\end_inset + +por lo que es afín. + Además, +\begin_inset Formula $f(P)=P'+\phi(\overrightarrow{PP})=P'$ +\end_inset + +, y la unicidad se desprende del apartado anterior. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +La composición de aplicaciones afines +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es afín, y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{g\circ f}=\overrightarrow{g}\circ\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula ${\cal E}\overset{f}{\rightarrow}{\cal E}'\overset{g}{\rightarrow}{\cal E}''$ +\end_inset + +, para +\begin_inset Formula $P\in{\cal E},\vec{v}\in V$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +(g\circ f)(P+\vec{v})=g(f(P)+\overrightarrow{f}(\vec{v}))=g(f(P))+\overrightarrow{g}(\overrightarrow{f}(\vec{v}))=(g\circ f)(P)+(\overrightarrow{g}\circ\overrightarrow{f})(\vec{v}) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es inyectiva si y sólo si lo es +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dados +\begin_inset Formula $P\in{\cal E},\vec{v}\in\text{Nuc}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(P+\vec{v})=f(P)+\overrightarrow{f}(\vec{v})=f(P)$ +\end_inset + +, y por la inyectividad +\begin_inset Formula $P+\vec{v}=P$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{v}=0$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $\text{Nuc}(\overrightarrow{f})=\{0\}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $f(P)=f(Q)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}(\overrightarrow{PQ})=\overrightarrow{f(P)f(Q)}=\vec{0}$ +\end_inset + +, y por la inyectividad de +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}=\vec{0}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $P=Q$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es suprayectiva si y sólo si lo es +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $\vec{v}'\in V'$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + arbitrario, +\begin_inset Formula $f(P)+\vec{v}'\in{\cal E}'$ +\end_inset + + y por la suprayectividad de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $Q\in{\cal E}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(Q)=f(P)+\vec{v}'$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $\vec{v}'=\overrightarrow{f(P)f(Q)}=\overrightarrow{f}(\overrightarrow{PQ})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $Q'\in{\cal E}'$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + arbitrario, +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f(P)Q'}\in V'$ +\end_inset + +, y por la suprayectividad de +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + existe +\begin_inset Formula $\vec{v}\in V$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}(\vec{v})=\overrightarrow{f(P)Q'}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $Q'=f(P)+\overrightarrow{f}(\vec{v})=f(P+\vec{v})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}'$ +\end_inset + + es afín y biyectiva, entonces +\begin_inset Formula $f^{-1}$ +\end_inset + + es afín y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f^{-1}}=\overrightarrow{f}^{-1}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula +\[ +f^{-1}(P'+\vec{v}')=f^{-1}(P')+\overrightarrow{f}^{-1}(\vec{v}')\iff f(f^{-1}(P'+\vec{v}'))=P'+\vec{v}'=f(f^{-1}(P')+\overrightarrow{f}^{-1}(\vec{v}')) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Esto último nos lleva al concepto de +\series bold +isomorfismo de espacios afines +\series default +, una aplicación afín y biyectiva +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}'$ +\end_inset + +. + Cuando existe se dice que +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal E}'$ +\end_inset + + son +\series bold +isomorfos +\series default +. + Como +\series bold +teorema +\series default +, dos espacios afines de dimensión finita sobre el mismo cuerpo son isomorfos + si y sólo si tienen la misma dimensión. + Más propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $M=\frac{A+B}{2}\implies f(M)=\frac{f(A)+f(B)}{2}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\overrightarrow{AB}=2\overrightarrow{AM}\implies\overrightarrow{f(A)f(B)}=\overrightarrow{f}(\overrightarrow{AB})=\overrightarrow{f}(2\overrightarrow{AM})=2\overrightarrow{f(A)f(M)} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula ${\cal L}=P+W$ +\end_inset + + es una variedad de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f({\cal L})=f(P)+\overrightarrow{f}(W)$ +\end_inset + + lo es de +\begin_inset Formula ${\cal E}'$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +Q'\in f({\cal L})\iff\exists\vec{w}\in W:Q'=f(P+\vec{w})=f(P)+\overrightarrow{f}(\vec{w})\iff\\ +\iff\overrightarrow{f(P)Q'}=\overrightarrow{f}(\vec{w})\in\overrightarrow{f}(W)\iff Q'\in f(P)+\overrightarrow{f}(W) +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}_{1}\ll{\cal L}_{2}\subseteq{\cal E}\implies f({\cal L}_{1})\ll f({\cal L}_{2})$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula ${\cal L}_{1}\parallel{\cal L}_{2}\subseteq{\cal E}\implies f({\cal L}_{1})\parallel f({\cal L}_{2})$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Se sigue de lo anterior y de que +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + conserva las inclusiones entre subespacios. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + biyectiva, si +\begin_inset Formula ${\cal L}'=P'+W$ +\end_inset + + es una variedad de +\begin_inset Formula ${\cal E}'$ +\end_inset + + y su inversa +\begin_inset Formula $f^{-1}({\cal L}')\neq\emptyset$ +\end_inset + +, esta es una variedad de +\begin_inset Formula ${\cal E}$ +\end_inset + +. + En concreto, +\begin_inset Formula $\text{dir}(f^{-1}({\cal L}'))=\overrightarrow{f}^{-1}(W')$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +Q\in f^{-1}({\cal L}')\iff f(Q)\in{\cal L}'\iff\overrightarrow{P'f(Q)}\in W'\iff\\ +\iff\overrightarrow{f(P)P'}+\overrightarrow{P'f(Q)}=\overrightarrow{f(P)f(Q)}=\overrightarrow{f}(\overrightarrow{PQ})\in W'\iff\\ +\iff\overrightarrow{PQ}\in\overrightarrow{f}^{-1}(W')\iff Q\in P+\overrightarrow{f}^{-1}(W') +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Puntos fijos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $Q\in{\cal E}$ +\end_inset + + es un +\series bold +punto fijo +\series default + de +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $f(Q)=Q$ +\end_inset + +, y definimos +\begin_inset Formula +\[ +\text{Fix}(f):=\{Q\in{\cal E}:f(Q)=Q\} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +subespacio invariante +\series default + por +\begin_inset Formula $\phi:V\rightarrow V$ +\end_inset + + es un subespacio +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq U$ +\end_inset + +. + Destacamos el subespacio de los +\series bold +vectores invariantes +\series default + o asociado al autovalor 1, +\begin_inset Formula +\[ +\text{Inv}(\phi):=\text{Nuc}(\phi-id_{V})=\{\vec{v}\in V:\phi(\vec{v})=\vec{v}\} +\] + +\end_inset + +y el de los +\series bold +opuestos +\series default + o asociado al autovalor +\begin_inset Formula $-1$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\text{Opp}(\phi):=\text{Nuc}(\phi+id_{V})=\{\vec{v}\in V:\phi(\vec{v})=-\vec{v}\} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Se tiene que +\begin_inset Formula $P\in\text{Fix}(f)\neq\emptyset\implies\text{Fix}(f)=P+\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $f(P)=P$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +Q\in P+\text{Inv}(\overrightarrow{f})\iff\overrightarrow{PQ}\in\text{Inv}(\overrightarrow{f})\iff\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{f}(\overrightarrow{PQ})=\overrightarrow{f(P)f(Q)}=\overrightarrow{Pf(Q)}\iff\\ +\iff Q=f(Q)\iff Q\in\text{Fix}(f) +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +En coordenadas, +\begin_inset Formula $\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + + se obtiene como las soluciones del sistema +\begin_inset Formula $(I-M|0)$ +\end_inset + +, mientras que +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)$ +\end_inset + + se obtiene como las soluciones del sistema +\begin_inset Formula $(I-M|X_{0})$ +\end_inset + +. + Por tanto, +\begin_inset Formula $\text{Inv}(\overrightarrow{f})=0\iff|\text{Fix}(f)|=1$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Ejemplos de transformaciones afines +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Traslaciones +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado +\begin_inset Formula $\vec{v}\in V$ +\end_inset + +, la +\series bold +traslación +\series default + de vector +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + es la aplicación +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}(P)=P+\vec{v}$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}$ +\end_inset + + es afín y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{t_{\vec{v}}}=id_{V}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +t_{\vec{v}}(P+\vec{w})=P+\vec{w}+\vec{v}=t_{\vec{v}}(P)+id_{V}(\vec{w}) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Recíprocamente, si +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + es afín con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=id_{V}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f=t_{\overrightarrow{Pf(P)}}$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + arbitrario y +\begin_inset Formula $\vec{v}:=\overrightarrow{Pf(P)}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}$ +\end_inset + + son aplicaciones afines con la misma lineal asociada y actúan igual sobre + +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f=t_{\vec{v}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $t_{\vec{0}}=id_{{\cal E}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\vec{v}\neq\vec{0}\implies\text{Fix}(t_{\vec{v}})=\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}\circ t_{\vec{w}}=t_{\vec{w}}\circ t_{\vec{v}}=t_{\vec{v}+\vec{w}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}^{-1}=t_{-\vec{v}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +La expresión matricial de +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $\Re=(O,{\cal B})$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $X'=[\vec{v}]_{{\cal B}}+X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Para +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + afín, +\begin_inset Formula $f\circ t_{\vec{v}}=t_{\vec{v}}\circ f\iff\vec{v}\in\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Como ambas tienen la misma lineal asociada ( +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +), serán iguales si y sólo si actúan igual sobre un +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + arbitrario. +\begin_inset Formula +\[ +f\circ t_{\vec{v}}=t_{\vec{v}}\circ f\iff f(t_{\vec{v}}(P))=t_{\vec{v}}(f(P))\iff f(P+\vec{v})=f(P)+\vec{v}\iff\overrightarrow{f}(\vec{v})=\vec{v} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Dado +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f=t_{\vec{v}}\circ g$ +\end_inset + + donde +\begin_inset Formula $\vec{v}=\overrightarrow{Pf(P)}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es una transformación afín con +\begin_inset Formula $g(P)=P$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{g}=\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $g:=t_{-\vec{v}}\circ f$ +\end_inset + + es afín con +\begin_inset Formula $g(P)=t_{-\vec{v}}(f(P))=f(P)-\vec{v}=f(P)+\overrightarrow{f(P)P}=P$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{g}=\overrightarrow{t_{-\vec{v}}}\circ\overrightarrow{f}=\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +, y componiendo se obtiene +\begin_inset Formula $f=t_{\vec{v}}\circ g$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Homotecias +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dados +\begin_inset Formula $O\in{\cal E},\lambda\in K$ +\end_inset + +, la +\series bold +homotecia +\series default + de centro +\begin_inset Formula $O$ +\end_inset + + y razón +\begin_inset Formula $\lambda$ +\end_inset + + es la aplicación +\begin_inset Formula $H_{O,\lambda}:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $H_{O,\lambda}(P):=O+\lambda\overrightarrow{OP}$ +\end_inset + +. + Así, para +\begin_inset Formula $P\neq O$ +\end_inset + +, la razón simple +\begin_inset Formula $(O,P,H_{O,\lambda}(P))=\lambda$ +\end_inset + +. + Para +\begin_inset Formula $\lambda=0$ +\end_inset + + se obtiene la aplicación constante, que lleva todos los puntos a +\begin_inset Formula $O$ +\end_inset + +; para +\begin_inset Formula $\lambda=1$ +\end_inset + + se obtiene la identidad, y para +\begin_inset Formula $\lambda=-1$ +\end_inset + + se obtiene la +\series bold +simetría central +\series default + sobre +\begin_inset Formula $O$ +\end_inset + +, escrita +\begin_inset Formula $s_{O}:=H_{O,-1}$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $H_{O,\lambda}$ +\end_inset + + es afín con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{H_{O,\lambda}}=h_{\lambda}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +H_{O,\lambda}(P+\vec{w})=O+\lambda\overrightarrow{O(P+\vec{w})}=O+\lambda(\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{w})=(O+\lambda\overrightarrow{OP})+\lambda\vec{w}=H_{O,\lambda}(P)+h_{\lambda}(\vec{w}) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\lambda\neq1\implies\text{Fix}(H_{O,\lambda})=\{O\}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +P=H_{O,\lambda}(P)=O+\lambda\overrightarrow{OP}\iff\overrightarrow{OP}=\lambda\overrightarrow{OP}\iff\\ +\iff(\lambda-1)\overrightarrow{OP}=\vec{0}\overset{\lambda\neq1}{\iff}\overrightarrow{OP}=\vec{0}\iff P=O +\end{array} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + es afín con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=h_{\lambda}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\lambda\neq1$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es la homotecia +\begin_inset Formula $f=H_{O,\lambda}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $O=P+\frac{1}{1-\lambda}\overrightarrow{Pf(P)}$ +\end_inset + +. + Así, para una simetría central, +\begin_inset Formula $O=\frac{P+f(P)}{2}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Como +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\overrightarrow{H_{O,\lambda}}$ +\end_inset + +, será +\begin_inset Formula $f=H_{O,\lambda}$ +\end_inset + + si actúan igual sobre un punto. + Por la definición de +\begin_inset Formula $O$ +\end_inset + + se tiene que +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PO}=\frac{1}{1-\lambda}\overrightarrow{Pf(P)}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $(1-\lambda)\overrightarrow{PO}=\overrightarrow{Pf(P)}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula +\[ +\overrightarrow{Of(O)}=\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{Pf(P)}+\overrightarrow{f(P)f(O)}=-\overrightarrow{PO}+(1-\lambda)\overrightarrow{PO}+\lambda\overrightarrow{PO}=\vec{0} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $H_{O,\lambda}\circ H_{O,\mu}=H_{O,\mu}\circ H_{O,\lambda}=H_{O,\lambda\mu}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\lambda\neq0\implies H_{O,\lambda}^{-1}=H_{O,\lambda^{-1}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +La expresión matricial de +\begin_inset Formula $H_{O,\lambda}$ +\end_inset + + en el referencial +\begin_inset Formula $\Re$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $X'=(1-\lambda)[O]_{\Re}+\lambda X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $\lambda\neq1$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}\circ H_{O,\lambda}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $H_{O,\lambda}\circ t_{\vec{v}}$ +\end_inset + + son homotecias de razón +\begin_inset Formula $\lambda$ +\end_inset + + y centros respectivos +\begin_inset Formula $O+\frac{1}{1-\lambda}\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $O+\frac{\lambda}{1-\lambda}\vec{v}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $O\neq O'$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\lambda\lambda'=1$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $H_{O,\lambda}\circ H_{O',\lambda'}=t_{(1-\lambda)\overrightarrow{O'O}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Proyecciones y simetrías vectoriales +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $V=W_{1}\oplus W_{2}$ +\end_inset + +, la +\series bold +proyección vectorial +\series default + +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + + y la +\series bold +simetría vectorial +\series default + +\begin_inset Formula $\sigma$ +\end_inset + + de +\series bold +base +\series default + +\begin_inset Formula $W_{1}$ +\end_inset + + y +\series bold +dirección +\series default + +\begin_inset Formula $W_{2}$ +\end_inset + +, o sobre +\begin_inset Formula $W_{1}$ +\end_inset + + y paralelamente a +\begin_inset Formula $W_{2}$ +\end_inset + + son los endomorfismos de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + tales que, si +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + se descompone como +\begin_inset Formula $\vec{v}=\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in W_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}_{2}\in W_{2}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\pi_{W_{1},W_{2}}(\vec{v})=\vec{w}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sigma_{W_{1},W_{2}}(\vec{v})=\vec{w}_{1}-\vec{w}_{2}$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\sigma+id_{V}=2\pi$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\pi$ +\end_inset + + es +\series bold +idempotente +\series default + ( +\begin_inset Formula $\pi^{2}=\pi$ +\end_inset + +) y +\begin_inset Formula $\sigma$ +\end_inset + + es +\series bold +involutiva +\series default + ( +\begin_inset Formula $\sigma^{2}=id_{V}$ +\end_inset + +, es decir, +\begin_inset Formula $\sigma^{-1}=\sigma$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $W_{1}=\text{Inv}(\pi)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W_{2}=\text{Nuc}(\pi)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $W_{1}=\text{Inv}(\sigma)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W_{2}=\text{Opp}(\sigma)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\phi\text{ es proyección (con }W_{1}=\text{Inv}(\phi)\text{ y }W_{2}=\text{Nuc}(\phi)\text{)}\iff\phi\text{ es \textbf{idempotente} (}\phi^{2}=\phi\text{)}\iff V=\text{Inv}(\phi)\oplus\text{Nuc}(\phi)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[2\implies3]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\vec{v}=\phi(\vec{v})+(\vec{v}-\phi(\vec{v}))\in\text{Inv}(\phi)+\text{Nuc}(\phi)$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $\vec{v}\in V$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $\vec{v}\in\text{Inv}(\phi)\cap\text{Nuc}(\phi)\implies\vec{v}\overset{\text{Inv}}{=}\phi(\vec{v})\overset{\text{Nuc}}{=}\vec{0}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[3\implies1]$ +\end_inset + + Si +\begin_inset Formula $\vec{v}=\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in\text{Inv}(\phi)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}_{2}\in\text{Nuc}(\phi)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\phi(\vec{v})=\phi(\vec{w}_{1})+\phi(\vec{w}_{2})=\vec{w}_{1}+\vec{0}=\vec{w}_{1}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\phi$ +\end_inset + + es la proyección de base +\begin_inset Formula $\text{Inv}(\phi)$ +\end_inset + + y dirección +\begin_inset Formula $\text{Nuc}(\phi)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\phi\text{ es simetría (con }W_{1}=\text{Inv}(\phi)\text{ y }W_{2}=\text{Nuc}(\phi)\text{)}\iff\text{\phi}\text{ es \textbf{involutiva} (}\phi^{2}=id_{V}\text{)}\iff V=\text{Inv}(\phi)\oplus\text{Opp}(\phi)$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Demostración análoga, tomando +\begin_inset Formula $\vec{v}=\frac{1}{2}(\vec{v}+\phi(\vec{v}))+\frac{1}{2}(\vec{v}-\phi(\vec{v}))$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $\{\vec{w}_{1},\dots,\vec{w}_{n}\}$ +\end_inset + + es base de +\begin_inset Formula $W_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\{\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{m}\}$ +\end_inset + + es de +\begin_inset Formula $W_{2}$ +\end_inset + +, podemos definir la base +\begin_inset Formula ${\cal B}:=\{\vec{w}_{1},\dots,\vec{w}_{n},\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{m}\}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $M_{{\cal B}}(\pi_{W_{1},W_{2}})=\left(\begin{array}{c|c} +I_{n} & 0\\ +\hline 0 & 0 +\end{array}\right)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $M_{{\cal B}}(\sigma_{W_{1},W_{2}})=\left(\begin{array}{c|c} +I_{n} & 0\\ +\hline 0 & -I_{m} +\end{array}\right)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Proyecciones y simetrías afines +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula ${\cal L}=A+W_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $V=W_{1}\oplus W_{2}$ +\end_inset + +, la +\series bold +proyección afín +\series default + +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + y la +\series bold +simetría afín +\series default + +\begin_inset Formula $s$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + paralelamente a +\begin_inset Formula $W_{2}$ +\end_inset + + son las aplicaciones +\begin_inset Formula $p_{{\cal L},W_{2}},s_{{\cal L},W_{2}}:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $p(Q)\in{\cal L}\cap(Q+W_{2})$ +\end_inset + + (conjunto unitario porque las variedades son complementarias) y +\begin_inset Formula $s(Q)=p(Q)+\overrightarrow{Qp(Q)}=Q+2\overrightarrow{Qp(Q)}$ +\end_inset + +. + Visto de otro modo, si +\begin_inset Formula $Q=A+\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in W_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}_{2}\in W_{2}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $p(Q)=A+\vec{w}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $s(Q)=A+\vec{w}_{1}-\vec{w}_{2}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula ${\cal L}=\{O\}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + es la aplicación constante en +\begin_inset Formula $O$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $s$ +\end_inset + + es la simetría central de centro +\begin_inset Formula $O$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $p_{{\cal L},W_{2}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $s_{{\cal L},W_{2}}$ +\end_inset + + son afines con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{p_{{\cal L},W_{2}}}=\pi_{W_{1},W_{2}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{s_{{\cal L},W_{2}}}=\sigma_{W_{1},W_{2}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $\overrightarrow{AQ}=\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{u}=\vec{u}_{1}+\vec{u}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{u}_{1},\vec{w}_{1}\in W_{1},\vec{u}_{2},\vec{w}_{2}\in W_{2}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +p(Q+\vec{u})=p(A+(\vec{w}_{1}+\vec{u}_{1})+(\vec{w}_{2}+\vec{u}_{2}))=A+(\vec{w}_{1}+\vec{u}_{1})=(A+\vec{w}_{1})+\vec{u}_{1}=p(A)+\pi(\vec{u}) +\] + +\end_inset + +La simetría se hace de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}=\text{Fix}(p)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W_{2}=\text{Nuc}(\pi)$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in W_{1},\vec{w}_{2}\in W_{2}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\[ +Q:=A+\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2}\in\text{Fix}(p)\iff\vec{w}_{2}=0\iff Q=A+\vec{w}_{1}\iff Q\in{\cal L} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula ${\cal L}=\text{Fix}(s)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W_{2}=\text{Opp}(\sigma)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dada una transformación afín +\begin_inset Formula $f:{\cal E}\rightarrow{\cal E}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f\text{ es una proyección afín (con }{\cal L}=\text{Fix}(f)\text{ y }W_{2}=\text{Nuc}(\overrightarrow{f})\text{)}\iff f\text{ es idempotente}\iff\overrightarrow{f}^{2}=\overrightarrow{f}\land\text{Fix}(f)\neq\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[1\implies2]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $f^{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + actúan igual sobre los puntos de +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)\neq\emptyset$ +\end_inset + +, pues ambas los fijan, y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f^{2}}=\overrightarrow{f}^{2}=\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f^{2}=f$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[2\implies3]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}^{2}=\overrightarrow{f^{2}}\overset{f^{2}=f}{=}\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + es proyección vectorial. + Por otro lado, dado +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(P)=f(f(P))\in\text{Fix}(f)\neq\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[3\implies1]$ +\end_inset + + Sea +\begin_inset Formula $A\in\text{Fix}(f)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)=A+\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + es la proyección de base +\begin_inset Formula $\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + + y dirección +\begin_inset Formula $\text{Nuc}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +. + Ahora bien, dados +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in\text{Inv}(\overrightarrow{f}),\vec{w}_{2}\in\text{Nuc}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(A+\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2})=f(A)+\overrightarrow{f}(\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2})=A+\vec{w}_{1}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es la proyección de base +\begin_inset Formula $A+\text{Inv}(\overrightarrow{f})=\text{Fix}(f)$ +\end_inset + + y dirección +\begin_inset Formula $\text{Nuc}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dada una transformación afín +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f\text{ es una simetría afín (con }{\cal L}=\text{Fix}(f)\text{ y }W_{2}=\text{Opp}(\overrightarrow{f})\text{)}\iff f\text{ es involutiva}\iff\overrightarrow{f}^{2}=id_{V}\land\text{Fix}(f)\neq\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[1\implies2]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $f^{2}$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $id_{{\cal E}}$ +\end_inset + + actúan igual sobre los puntos de +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)$ +\end_inset + +, pues ambos los fijan, y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f^{2}}=\overrightarrow{f}^{2}=id_{V}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f^{2}=f$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[2\implies3]$ +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}^{2}=\overrightarrow{f^{2}}=\overrightarrow{id_{{\cal E}}}=id_{V}$ +\end_inset + +. + Por otro lado, dado +\begin_inset Formula $P\in{\cal E}$ +\end_inset + + y sea +\begin_inset Formula $A:=\frac{P+f(P)}{2}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f(A)=\frac{f(P)+f(f(P))}{2}=\frac{f(P)+P}{2}=A\in\text{Fix}(f)\neq\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $[3\implies1]$ +\end_inset + + Sea +\begin_inset Formula $A\in\text{Fix}(f)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)=A+\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + es la simetría de base +\begin_inset Formula $\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + + y dirección +\begin_inset Formula $\text{Opp}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +. + Ahora bien, dados +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in\text{Inv}(\overrightarrow{f}),\vec{w}_{2}\in\text{Opp}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(A+\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2})=f(A)+\overrightarrow{f}(\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2})=A+\vec{w}_{1}-\vec{w}_{2}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es la simetría de base +\begin_inset Formula $A+\text{Inv}(\overrightarrow{f})=\text{Fix}(f)$ +\end_inset + + y dirección +\begin_inset Formula $\text{Opp}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/gae/n3.lyx b/gae/n3.lyx new file mode 100644 index 0000000..142ff61 --- /dev/null +++ b/gae/n3.lyx @@ -0,0 +1,1832 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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Formula $(\vec{v},\vec{w})\mapsto\vec{v}\cdot\vec{w}$ +\end_inset + +, que verifica que +\begin_inset Formula $\forall\vec{u},\vec{v},\vec{w}\in V$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Es +\series bold +simétrico +\series default +: +\begin_inset Formula $\vec{u}\cdot\vec{v}=\vec{v}\cdot\vec{u}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Es +\series bold +lineal +\series default + (en cada variable): +\begin_inset Formula $\vec{u}\cdot(\vec{v}+\lambda\vec{w})=\vec{u}\cdot\vec{v}+\lambda\vec{u}\cdot\vec{w}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Es +\series bold +definido positivo +\series default +: +\begin_inset Formula $\vec{v}\neq\vec{0}\implies\vec{v}\cdot\vec{v}>0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +espacio vectorial euclídeo +\series default + es un espacio vectorial real en el que hay definido un producto escalar. + Todo subespacio vectorial suyo es también euclídeo. + Ejemplos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +El +\series bold +producto escalar usual +\series default + en +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + viene dado por +\begin_inset Formula $\vec{v}\cdot\vec{w}=\sum_{i=1}^{n}x_{i}y_{i}$ +\end_inset + +, es decir, +\begin_inset Formula +\[ +\vec{v}\cdot\vec{w}=\left(\begin{array}{ccc} +- & \vec{v} & -\end{array}\right)\left(\begin{array}{c} +|\\ +\vec{w}\\ +| +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +El +\series bold +producto escalar integral +\series default + en el espacio +\begin_inset Formula ${\cal C}[a,b]$ +\end_inset + + de las funciones reales continuas en el intervalo +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + +, o en sus subespacios +\begin_inset Formula ${\cal P}[a,b]$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal P}_{n}[a,b]$ +\end_inset + + de funciones polinómicas arbitrarias y de grado máximo +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + +, respectivamente, viene dado por +\begin_inset Formula +\[ +f\cdot g=\int_{a}^{b}f(x)g(x)dx +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Norma y coseno +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +norma +\series default +, +\series bold +módulo +\series default + o +\series bold +longitud +\series default + de un vector +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\Vert=\sqrt{\vec{v}\cdot\vec{v}}$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + es +\series bold +unitario +\series default + si +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\Vert=1$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\Vert=0\iff\vec{v}=\vec{0}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\Vert r\vec{v}\Vert=|r|\Vert\vec{v}\Vert$ +\end_inset + +, y en particular +\begin_inset Formula $\frac{\vec{v}}{\Vert\vec{v}\Vert}$ +\end_inset + + es unitario. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Teorema del coseno +\series default +: +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\pm\vec{w}\Vert^{2}=\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}\pm2\vec{v}\cdot\vec{w}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Desigualdad de Cauchy-Schwartz +\series default +: +\begin_inset Formula $|\vec{v}\cdot\vec{w}|\leq\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert$ +\end_inset + +, y la igualdad se cumple si y sólo si no son proporcionales. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $\vec{v}=0$ +\end_inset + + es trivial. + Si no, para cada +\begin_inset Formula $x\in\mathbb{R}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $0\leq\Vert x\vec{v}-\vec{w}\Vert^{2}=\Vert\vec{v}\Vert^{2}x^{2}-(2\vec{v}\cdot\vec{w})x+\Vert\vec{w}\Vert^{2}$ +\end_inset + +. + Luego tenemos un polinomio de +\begin_inset Formula $2^{o}$ +\end_inset + + grado con a lo más una raíz real (pues +\begin_inset Formula $\Vert x\vec{v}-\vec{w}\Vert^{2}=0\iff x\vec{v}-\vec{w}=0$ +\end_inset + +), de modo que el discriminante +\begin_inset Formula $4(\vec{v}\cdot\vec{w})^{2}-4\Vert\vec{v}\Vert^{2}\Vert\vec{w}\Vert^{2}$ +\end_inset + + no puede ser estrictamente positivo, es decir, debe ser +\begin_inset Formula $|\vec{v}\cdot\vec{w}|\leq\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Desigualdades de Minkowski y triangular +\series default +: +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\Vert-\Vert\vec{w}\Vert\leq\Vert\vec{v}\pm\vec{w}\Vert\leq\Vert\vec{v}\Vert+\Vert\vec{w}\Vert$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Tomando cuadrados, +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}-2\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert\leq\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}\pm2\vec{v}\cdot\vec{w}\leq\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}+2\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert$ +\end_inset + +, y cancelando +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}$ +\end_inset + + y aplicando Cauchy-Schwartz tenemos el resultado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +coseno +\series default + del ángulo formado por dos vectores +\begin_inset Formula $\vec{v},\vec{w}\neq\vec{0}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula +\[ +\cos(\vec{v},\vec{w}):=\frac{\vec{v}\cdot\vec{w}}{\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dos vectores +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}$ +\end_inset + + son +\series bold +ortogonales +\series default + o +\series bold +perpendiculares +\series default + ( +\begin_inset Formula $\vec{v}\bot\vec{w}$ +\end_inset + +) si +\begin_inset Formula $\vec{v}\cdot\vec{w}=0$ +\end_inset + +. + Así, +\begin_inset Formula $\vec{0}$ +\end_inset + + es ortogonal a todos y +\begin_inset Formula $\vec{v},\vec{w}\neq\vec{0}$ +\end_inset + + son ortogonales si y sólo si +\begin_inset Formula $\cos(\vec{v},\vec{w})=0$ +\end_inset + +. + Del teorema del coseno se deduce el +\series bold +teorema de Pitágoras +\series default +: +\begin_inset Formula +\[ +\vec{v}\bot\vec{w}\iff\Vert\vec{v}+\vec{w}\Vert^{2}=\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Conjuntos ortogonales +\end_layout + +\begin_layout Standard +Se dice que +\begin_inset Formula $\vec{x}\in V$ +\end_inset + + es ortogonal al subespacio +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + si lo es a todos los vectores de +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + +, o por linealidad a los de un conjunto generador de +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + cualquiera. + Llamamos +\series bold +subespacio ortogonal +\series default + de +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +, escrito +\begin_inset Formula $U^{\bot}$ +\end_inset + +, al conjunto de todos los vectores de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + ortogonales a +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + +, que por la linealidad del producto escalar es un subespacio (incluso aunque + +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + no lo sea). + Sólo el vector nulo es ortogonal a sí mismo, luego +\begin_inset Formula $U\cap U^{\bot}=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dos subespacios +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + son +\series bold +ortogonales +\series default + si +\begin_inset Formula $\forall\vec{u}\in U,\vec{w}\in W;\vec{u}\bot\vec{w}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $\dim(U)+\dim(W)>\dim(V)$ +\end_inset + +, diremos que +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + son ortogonales cuando lo sean +\begin_inset Formula $U^{\bot}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W^{\bot}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $U+W=V$ +\end_inset + +, diremos que +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + es un +\series bold +complemento ortogonal +\series default + de +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + (o al revés). +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un conjunto de vectores en un espacio euclídeo +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + es +\series bold +ortogonal +\series default + si sus vectores son no nulos y ortogonales dos a dos, y es +\series bold +ortonormal +\series default + si además son unitarios. + Si en un conjunto ortogonal dividimos cada vector por su norma, nos queda + un conjunto ortonormal que genera el mismo subespacio. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo conjunto ortogonal +\begin_inset Formula $\{\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{m}\}$ +\end_inset + + es linealmente independiente. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si no lo fuera, habría un vector combinación lineal del resto, por ejemplo, + +\begin_inset Formula $\vec{u}_{1}=a_{2}\vec{u}_{2}+\dots+a_{m}\vec{u}_{m}$ +\end_inset + +, y se tendría que +\begin_inset Formula +\[ +0\neq\vec{u}_{1}\cdot\vec{u}_{1}=\vec{u}_{1}\cdot(a_{2}\vec{u}_{2}+\dots+a_{m}\vec{u}_{m})=a_{2}(\vec{u}_{1}\cdot\vec{u}_{2})+\dots+a_{m}(\vec{u}_{1}\cdot\vec{u}_{m})=0\# +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por esto también hablamos de +\series bold +bases ortogonales +\series default + u +\series bold +ortonormales +\series default +. + Por ejemplo, en +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + +, la base canónica es una base ortonormal. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una matriz +\begin_inset Formula $A\in{\cal M}_{n}(\mathbb{R})$ +\end_inset + + es +\series bold +ortogonal +\series default + si +\begin_inset Formula $A^{t}=A^{-1}$ +\end_inset + +, si y sólo si sus columnas (o filas) forman una base ortonormal de +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default +Si +\begin_inset Formula $\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{n}$ +\end_inset + + son vectores no nulos de +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es la matriz que tiene por columnas estos vectores, +\begin_inset Formula $A^{t}A$ +\end_inset + + es una matriz cuadrada +\begin_inset Formula $n\times n$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $(A^{t}A)_{ij}=\vec{u}_{i}\cdot\vec{u}_{j}$ +\end_inset + +, luego los vectores son ortogonales si y sólo si +\begin_inset Formula $A^{t}A$ +\end_inset + + es diagonal (sin ceros en la diagonal), y son ortonormales si y sólo si + +\begin_inset Formula $A^{t}A=I_{n}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Método de Gram-Schmidt +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado un conjunto ortogonal +\begin_inset Formula $\{\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{k}\}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{x}\notin U=<\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{k}>$ +\end_inset + +, el vector +\begin_inset Formula $\vec{u}_{k+1}:=\vec{x}-\frac{\vec{x}\cdot\vec{u}_{1}}{\Vert\vec{u}_{1}\Vert^{2}}\vec{u}_{1}-\dots-\frac{\vec{x}\cdot\vec{u}_{k}}{\Vert\vec{u}_{k}\Vert^{2}}\vec{u}_{k}$ +\end_inset + + es ortogonal a los del conjunto y +\begin_inset Formula $<\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{k},\vec{u}_{k+1}>=<\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{k},\vec{x}>$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + El que ambos generen el mismo subespacio es consecuencia de que +\begin_inset Formula $\vec{u}_{k+1}-\vec{x}\in<\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{k}>$ +\end_inset + +. + Además, dado +\begin_inset Formula $j\in\{1,\dots,k\}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\vec{u}_{k+1}\cdot\vec{u}_{j}=\vec{x}\cdot\vec{u}_{j}-\sum_{i=1}^{k}\frac{\vec{x}\cdot\vec{u}_{i}}{\Vert\vec{u}_{i}\Vert^{2}}\vec{u}_{i}\cdot\vec{u}_{j}=\vec{x}\cdot\vec{u}_{j}-\frac{\vec{x}\cdot\vec{u}_{j}}{\Vert\vec{u}_{j}\Vert^{2}}\vec{u}_{j}\cdot\vec{u}_{j}=0$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\vec{u}_{k+1}\bot U$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que todo subespacio +\begin_inset Formula $U=\{\vec{x}_{1},\dots,\vec{x}_{m}\}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + admite una base ortogonal +\begin_inset Formula $\{\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{m}\}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $<\vec{x}_{1}>=<\vec{u}_{1}>,\dots,<\vec{x}_{1},\dots,\vec{x}_{m}>=<\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{m}>$ +\end_inset + +. + Podemos obtener esta base por el +\series bold +algoritmo de ortogonalización de Gram-Schmidt +\series default +: Tomamos +\begin_inset Formula $\vec{u}_{1}=\vec{x}_{1}$ +\end_inset + + y, para cada +\begin_inset Formula $j\in\{1,\dots,m\}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\vec{u}_{j}=\vec{x}_{j}-\sum_{i=1}^{j-1}\frac{\vec{x}_{j}\cdot\vec{u}_{i}}{\Vert\vec{u}_{i}\Vert^{2}}\vec{u}_{i}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por tanto, todo subespacio +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + tiene una base ortonormal, que podemos ampliar a una base ortonormal de + +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +, y los vectores añadidos son una base ortonormal de +\begin_inset Formula $U^{\bot}$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $U\oplus U^{\bot}=V$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que, si +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + son subespacios de un espacio vectorial euclídeo +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + de dimensión finita, entonces +\begin_inset Formula $(U^{\bot})^{\bot}=U$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $U\subseteq W\iff W^{\bot}\subseteq U^{\bot}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $U^{\bot}\cap W^{\bot}=(U+W)^{\bot}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $U^{\bot}+W^{\bot}=(U\cap W)^{\bot}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + con el producto escalar usual, si +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + está generado por las filas de la matriz +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $U^{\bot}=\text{Nuc}(A)$ +\end_inset + +, y viceversa. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Coeficientes de Fourier y proyección ortogonal +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dados +\begin_inset Formula ${\cal B}=\{\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{m}\}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{x}\in V$ +\end_inset + +, los +\series bold +coeficientes de Fourier +\series default + de +\begin_inset Formula $\vec{x}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + son los escalares +\begin_inset Formula $r_{i}=\frac{\vec{x}\cdot\vec{u}_{i}}{\Vert\vec{u}_{i}\Vert^{2}}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $i\in\{1,\dots,m\}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $\vec{x}\in<{\cal B}>$ +\end_inset + +, estas son sus coordenadas respecto a la base +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + +, pues +\begin_inset Formula $\vec{x}\cdot\vec{u}_{i}=\left(\sum_{j=1}^{m}r_{j}\vec{u}_{j}\right)\cdot\vec{u}_{i}=\sum_{j=1}^{m}r_{j}(\vec{u}_{j}\cdot\vec{u}_{i})=r_{i}\Vert\vec{u}_{i}\Vert^{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +proyección ortogonal +\series default + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + a la aplicación lineal +\begin_inset Formula $\pi_{U}:V=U\oplus U^{\bot}\rightarrow U$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $\vec{v}=\vec{v}_{1}+\vec{v}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{v}_{1}\in U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{v}_{2}\in U^{\bot}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\pi_{U}(\vec{v})=\vec{v}_{1}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $r_{1},\dots,r_{m}$ +\end_inset + + son los coeficientes de Fourier de +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + sobre la base ortogonal +\begin_inset Formula $\{\vec{u}_{1},\dots,\vec{u}_{m}\}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\pi_{U}(\vec{v})=\sum_{i=1}^{m}r_{i}\vec{u}_{i}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $\vec{u}:=\pi_{U}(\vec{v})$ +\end_inset + + es la +\series bold +mejor aproximación +\series default + de +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + +, es decir, +\begin_inset Formula $\min\{\Vert\vec{v}-\vec{z}\Vert\}_{\vec{z}\in U}=\Vert\vec{v}-\vec{u}\Vert$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $\vec{w}=\vec{v}-\vec{u}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $\vec{z}\in U$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\vec{u}-\vec{z}\bot\vec{w}$ +\end_inset + +, y por el teorema de Pitágoras, +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}-\vec{z}\Vert=\Vert\vec{w}+\vec{u}-\vec{z}\Vert=\sqrt{\Vert\vec{w}\Vert^{2}+\Vert\vec{u}-\vec{z}\Vert^{2}}$ +\end_inset + +, con lo que el valor mínimo de +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}-\vec{z}\Vert$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $\Vert\vec{w}\Vert$ +\end_inset + + y se alcanza cuando +\begin_inset Formula $\vec{z}=\vec{u}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +simetría ortogonal +\series default + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + es la aplicación lineal +\begin_inset Formula $\sigma_{U}:V\rightarrow V$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\sigma_{U}(\vec{v})=\vec{v}_{1}-\vec{v}_{2}=2\pi_{U}(\vec{v})-\vec{v}$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $\vec{v}\in V$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $\vec{v}=\vec{v}_{1}+\vec{v}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{v}_{1}\in U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{v}_{2}\in U^{\bot}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Productos vectorial y mixto +\end_layout + +\begin_layout Standard +En +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{3}$ +\end_inset + +, el +\series bold +producto vectorial +\series default + de +\begin_inset Formula $\vec{v}=(v_{1},v_{2},v_{3})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}=(w_{1},w_{2},w_{3})$ +\end_inset + + es el vector +\begin_inset Formula +\[ +\vec{v}\land\vec{w}:=\left|\begin{array}{ccc} +\vec{e}_{1} & v_{1} & w_{1}\\ +\vec{e}_{2} & v_{2} & w_{2}\\ +\vec{e}_{3} & v_{3} & w_{3} +\end{array}\right| +\] + +\end_inset + +y el +\series bold +producto mixto +\series default + de +\begin_inset Formula $\vec{u}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}$ +\end_inset + + es el escalar +\begin_inset Formula $\vec{u}\cdot(\vec{v}\land\vec{w})$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\vec{u}\cdot(\vec{v}\land\vec{w})=\det(\vec{u},\vec{v},\vec{w})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\vec{v}\land\vec{w}=-(\vec{w}\land\vec{v})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\vec{v}\land(\vec{w}_{1}+\mu\vec{w}_{2})=\vec{v}\land\vec{w}_{1}+\mu\vec{v}\land\vec{w}_{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}$ +\end_inset + + son linealmente independientes, +\begin_inset Formula $\vec{v}\land\vec{w}$ +\end_inset + + es perpendicular a ambos, por lo que genera la recta ortogonal al plano + que determinan: +\begin_inset Formula $<\vec{v}\land\vec{w}>=<\vec{v},\vec{w}>^{\bot}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\vec{v}\cdot(\vec{v}\land\vec{w})=\vec{w}\cdot(\vec{v}\land\vec{w})=\vec{0}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\land\vec{w}\Vert^{2}+(\vec{v}\cdot\vec{w})^{2}=\Vert\vec{v}\Vert^{2}\Vert\vec{w}\Vert^{2}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\left(\frac{\Vert\vec{v}\land\vec{w}\Vert}{\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert}\right)^{2}+\left(\frac{\vec{v}\cdot\vec{w}}{\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert}\right)^{2}=1$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por la última propiedad, el +\series bold +seno +\series default + del ángulo que forman +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}$ +\end_inset + + cumple que +\begin_inset Formula +\[ +|\sin(\vec{v},\vec{w})|=\frac{\Vert\vec{v}\land\vec{w}\Vert}{\Vert\vec{v}\Vert\Vert\vec{w}\Vert} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por tanto, el +\series bold +área del paralelogramo +\series default + dado por +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $\Vert\vec{x}\land\vec{z}\Vert=\Vert\vec{x}\Vert(\Vert\vec{z}\Vert|\sin(\vec{x},\vec{z})|)$ +\end_inset + +, y el +\series bold +volumen del paralelepípedo +\series default + determinado por +\begin_inset Formula $\vec{u}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $|\vec{u}\cdot(\vec{v}\land\vec{w})|=\Vert\vec{v}\land\vec{w}\Vert(\Vert\vec{u}\Vert|\cos(\vec{v}\land\vec{w},\vec{u})|)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Espacios afines euclídeos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +espacio afín euclídeo +\series default + es un espacio afín +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + + cuyo espacio vectorial asociado +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + es euclídeo. + Si +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + tiene dimensión finita, llamamos +\series bold +sistema de referencia ortonormal +\series default + o +\series bold +referencial ortonormal +\series default + de +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + + a un referencial cartesiano +\begin_inset Formula $\Re=(O,{\cal B})$ +\end_inset + + en el que +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + es base ortonormal de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +. + Denotamos con +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + + un espacio afín euclídeo de dimensión finita y +\begin_inset Formula $E_{n}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + con su estructura afín y euclídea estándar. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Definimos la +\series bold +distancia +\series default + entre dos puntos +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $d(P,Q):=\Vert\overrightarrow{PQ}\Vert$ +\end_inset + +, y por las propiedades de la norma, +\begin_inset Formula $d(P,Q)\geq0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d(P,Q)=0\iff P=Q$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d(P,Q)=d(Q,P)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d(P,R)\leq d(P,Q)+d(Q,R)$ +\end_inset + +, por lo que se trata de una métrica. + En particular, si +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + tienen coordenadas +\begin_inset Formula $(p_{1},\dots,p_{n})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(q_{1},\dots,q_{n})$ +\end_inset + + en un referencial ortonormal, entonces +\begin_inset Formula +\[ +d(P,Q)=\sqrt{\sum_{i=1}^{n}(p_{i}-q_{i})^{2}} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +La distancia entre dos variedades +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}'$ +\end_inset + + se define como +\begin_inset Formula $d({\cal L},{\cal L}'):=\inf\{d(P,P')\}_{P\in{\cal L},P'\in{\cal L}'}$ +\end_inset + +, y la distancia de un punto +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + a una variedad +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $d(Q,{\cal L})=\inf\{d(P,Q)\}_{P\in{\cal L}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dos variedades +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}'$ +\end_inset + + son +\series bold +ortogonales +\series default + o +\series bold +perpendiculares +\series default + ( +\begin_inset Formula ${\cal L}\bot{\cal L}'$ +\end_inset + +) si lo son sus direcciones, y llamamos +\series bold +variedad perpendicular +\series default + a +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + que pasa por +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + a la variedad +\begin_inset Formula $Q+W^{\bot}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Así, si +\begin_inset Formula $\ell_{1}=P_{1}+<\vec{v}_{1}>$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\ell_{2}=P_{2}+<\vec{v}_{2}>$ +\end_inset + + son rectas en +\begin_inset Formula $E_{3}$ +\end_inset + + que se cruzan, sea +\begin_inset Formula $\vec{v}_{3}=\vec{v}_{1}\land\vec{v}_{2}$ +\end_inset + + la dirección perpendicular a ambas, como +\begin_inset Formula $\vec{v}_{3}\notin<\vec{v}_{1},\vec{v}_{2}>$ +\end_inset + +, existe una única recta con esta dirección que corte a +\begin_inset Formula $\ell_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\ell_{2}$ +\end_inset + +, que llamamos +\series bold +perpendicular común +\series default + de ambas. + Para calcularla, hallamos el punto +\begin_inset Formula $Q\in\ell_{1}\cap(P_{2}+<\vec{v}_{2},\vec{v}_{3}>)$ +\end_inset + + y tomamos la recta +\begin_inset Formula $Q+<\vec{v}_{3}>$ +\end_inset + +, o buscamos +\begin_inset Formula $\lambda_{1},\lambda_{2},\lambda_{3}\in\mathbb{R}$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $\overrightarrow{(P_{1}+\lambda_{1}\vec{v}_{1})(P_{2}+\lambda_{2}\vec{v}_{2})}=\lambda_{3}\vec{v}_{3}$ +\end_inset + +, es decir, tales que +\begin_inset Formula $\overrightarrow{P_{1}P_{2}}=\lambda_{1}\vec{v}_{1}-\lambda_{2}\vec{v}_{2}+\lambda_{3}\vec{v}_{3}$ +\end_inset + +, y tomamos la recta +\begin_inset Formula $(P_{1}+\lambda_{1}\vec{v}_{1})+<\vec{v}_{3}>$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dados un punto +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + y una variedad +\begin_inset Formula ${\cal L}=P+W$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +, definimos la +\series bold +proyección ortogonal +\series default + de +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula ${\cal L}$ +\end_inset + + como el único punto +\begin_inset Formula $Q'\in{\cal L}\cap(Q+W^{\bot})$ +\end_inset + +, y el +\series bold +simétrico ortogonal +\series default + como el punto +\begin_inset Formula $Q''=Q+2\overrightarrow{QQ'}$ +\end_inset + +. + Con esto, +\begin_inset Formula $d(Q,{\cal L})=d(Q,Q')$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula $Q'\in{\cal L}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{QQ'}\in W^{\bot}$ +\end_inset + +, luego para un +\begin_inset Formula $X\in{\cal L}$ +\end_inset + + arbitrario, +\begin_inset Formula $Q',X\in{\cal L}\implies\overrightarrow{Q'X}\in W\implies\overrightarrow{QQ'}\bot\overrightarrow{Q'X}\implies d(Q,X)=\sqrt{d(Q,Q')^{2}+d(Q',X)^{2}}$ +\end_inset + +, con lo que el mínimo se alcanza en +\begin_inset Formula $X=Q'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Ejemplos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La distancia de un punto +\begin_inset Formula $Q=(q_{1},\dots,q_{n})$ +\end_inset + + a un hiperplano +\begin_inset Formula ${\cal H}$ +\end_inset + + de ecuación +\begin_inset Formula $a_{1}x_{1}+\dots+a_{n}x_{n}+b=0$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $d(Q,{\cal H})=\frac{|a_{1}q_{1}+\dots+a_{n}q_{n}+b|}{\Vert(a_{1},\dots,a_{n})\Vert}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +La recta ortogonal a +\begin_inset Formula ${\cal H}$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $Q+<\vec{a}>$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{a}=(a_{1},\dots,a_{n})$ +\end_inset + +, y sus puntos tienen la forma +\begin_inset Formula $(q_{1}+\lambda a_{1},\dots,q_{n}+\lambda a_{n})$ +\end_inset + +. + Para cierto +\begin_inset Formula $\lambda_{0}$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $Q':=Q+\lambda_{0}\vec{a}\in{\cal H}$ +\end_inset + +. + Sustituyendo, +\begin_inset Formula $0=a_{1}(q_{1}+\lambda_{0}a_{1})+\dots+a_{n}(q_{n}+\lambda_{0}a_{n})+b=a_{1}q_{1}+\dots+a_{n}q_{n}+b+\lambda_{0}\Vert\vec{a}\Vert^{2}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\lambda_{0}=-\frac{a_{1}q_{1}+\dots+a_{n}q_{n}+b}{\Vert\vec{a}\Vert^{2}}$ +\end_inset + +, y la fórmula se obtiene de que +\begin_inset Formula $d(Q,Q')=|\lambda_{0}|\Vert\vec{a}\Vert$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La distancia de un punto +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + a una recta +\begin_inset Formula $\ell=P+<\vec{v}=(v_{1},v_{2})>$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $E_{2}$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $d(Q,\ell)=\frac{|\det(\overrightarrow{PQ},\vec{v})|}{\Vert\vec{v}\Vert}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +La ecuación implícita de la recta es +\begin_inset Formula $\det(\overrightarrow{PX},\vec{v})=0$ +\end_inset + +, cuyos coeficientes, +\begin_inset Formula $(-v_{2},v_{1})$ +\end_inset + +, tienen la misma norma que +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\Vert$ +\end_inset + +, con lo que la fórmula se deduce del ejemplo anterior. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La distancia de un punto +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + a un plano +\begin_inset Formula $\pi=P+<\vec{v},\vec{w}>$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $d(Q,\pi)=\frac{|\det(\overrightarrow{PQ},\vec{v},\vec{w})|}{\Vert\vec{v}\land\vec{w}\Vert}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +La ecuación implícita del plano es +\begin_inset Formula $\det(\overrightarrow{PX},\vec{v},\vec{w})=0$ +\end_inset + + , cuyos coeficientes son los del vector ortogonal al plano, +\begin_inset Formula $\vec{v}\land\vec{w}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La distancia de un punto +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + a una recta +\begin_inset Formula $\ell=P+<\vec{v}>$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $d(Q,\ell)=\frac{\Vert\vec{v}\land\overrightarrow{PQ}\Vert}{\Vert\vec{v}\Vert}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $Q'$ +\end_inset + + es la proyección ortogonal de +\begin_inset Formula $Q$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + +, se tiene +\begin_inset Formula $d(Q,\ell)=\Vert\overrightarrow{Q'Q}\Vert$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{PQ'}+\overrightarrow{Q'Q}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{PQ'}$ +\end_inset + + proporcional a +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Q'Q}\bot\vec{v}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\vec{v}\land\overrightarrow{PQ}=\vec{v}\land\overrightarrow{Q'Q}$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}\land\overrightarrow{PQ}\Vert=\Vert\vec{v}\Vert\Vert\overrightarrow{Q'Q}\Vert$ +\end_inset + +, de donde se deduce la fórmula. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dadas +\begin_inset Formula ${\cal L}_{1}=P_{1}+W_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal L}_{2}=P_{2}+W_{2}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d({\cal L}_{1},{\cal L}_{2})=d(P_{1},P_{2}+(W_{1}+W_{2}))$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Veamos que los conjuntos +\begin_inset Formula $A=\{d(X_{1},X_{2})\}_{X_{1}\in{\cal L}_{1},X_{2}\in{\cal L}_{2}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B=\{d(P_{1},X)\}_{X\in P_{2}+(W_{1}+W_{2})}$ +\end_inset + + son iguales. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $X_{1}=P_{1}+\vec{w}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $X_{2}=P_{2}+\vec{w}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in W_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}_{2}\in W_{2}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +d(X_{1},X_{2})=\Vert\overrightarrow{X_{1}X_{2}}\Vert=\Vert\overrightarrow{(P_{1}+\vec{w}_{1})(P_{2}+\vec{w}_{2})}\Vert=\Vert\overrightarrow{P_{1}(P_{2}+\vec{w}_{2}-\vec{w}_{1})}\Vert\in B +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $X=P_{2}+\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{w}_{1}\in W_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}_{2}\in W_{2}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula +\[ +d(P_{1},X)=\Vert\overrightarrow{P_{1}(P_{2}+\vec{w}_{1}+\vec{w}_{2})}\Vert=\Vert\overrightarrow{(P_{1}-\vec{w}_{1})(P_{2}+\vec{w}_{2})}\Vert\in A +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/gae/n4.lyx b/gae/n4.lyx new file mode 100644 index 0000000..8e02e9a --- /dev/null +++ b/gae/n4.lyx @@ -0,0 +1,1509 @@ +#LyX 2.3 created this file. 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mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +transformación ortogonal +\series default + de un espacio vectorial euclídeo +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + es una aplicación +\begin_inset Formula $f:V\rightarrow V$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\vec{v}\cdot\vec{w}=f(\vec{v})\cdot f(\vec{w})$ +\end_inset + + para cualesquiera +\begin_inset Formula $\vec{v},\vec{w}\in V$ +\end_inset + +, y el conjunto de estas transformaciones se conoce como +\series bold +grupo ortogonal +\series default + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula ${\cal O}(V)$ +\end_inset + +). + Si la aplicación es entre espacios distintos hablamos de una +\series bold +aplicación ortogonal +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una aplicación +\begin_inset Formula $f:V\rightarrow V$ +\end_inset + + es una transformación ortogonal si y sólo si es lineal y conserva normas. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si se conservan productos escalares se conservan normas. + Sean +\begin_inset Formula $r\in\mathbb{R}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{v},\vec{w}\in V$ +\end_inset + +. + Para ver que +\begin_inset Formula $f(r\vec{v})=rf(\vec{v})$ +\end_inset + +, vemos que +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\Vert f(r\vec{v})-rf(\vec{v})\Vert^{2}=\Vert f(r\vec{v})\Vert^{2}+\Vert rf(\vec{v})\Vert^{2}-2f(r\vec{v})\cdot(rf(\vec{v}))=\\ +=\Vert r\vec{v}\Vert^{2}+r^{2}\Vert f(\vec{v})\Vert^{2}-2r(f(r\vec{v})\cdot f(\vec{v}))=r^{2}\Vert\vec{v}\Vert^{2}+r^{2}\Vert\vec{v}\Vert^{2}-2r(r\vec{v}\cdot\vec{v})=0 +\end{multline*} + +\end_inset + +Para ver que +\begin_inset Formula $f(\vec{v}+\vec{w})=f(\vec{v})+f(\vec{w})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\Vert f(\vec{v}+\vec{w})-f(\vec{v})-f(\vec{w})\Vert^{2}=\\ +=\Vert f(\vec{v}+\vec{w})\Vert^{2}+\Vert f(\vec{v})\Vert^{2}+\Vert f(\vec{w})\Vert^{2}+2(f(\vec{v})\cdot f(\vec{w})-f(\vec{v}+\vec{w})\cdot f(\vec{v})-f(\vec{v}+\vec{w})\cdot f(\vec{w}))=\\ +=\Vert\vec{v}+\vec{w}\Vert^{2}+\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}+2(\vec{v}\cdot\vec{w}-(\vec{v}+\vec{w})\cdot\vec{v}-(\vec{v}+\vec{w})\cdot\vec{w})=\\ +=\Vert\vec{v}+\vec{w}\Vert^{2}+(\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}+2\vec{v}\cdot\vec{w})-2\Vert\vec{v}+\vec{w}\Vert^{2}=0 +\end{multline*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\Vert\vec{v}+\vec{w}\Vert^{2}=\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}+2\vec{v}\cdot\vec{w}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\vec{v}\cdot\vec{w}=\frac{1}{2}(\Vert\vec{v}+\vec{w}\Vert^{2}-\Vert\vec{v}\Vert^{2}-\Vert\vec{w}\Vert^{2})$ +\end_inset + + y por tanto si una aplicación lineal conserva normas también conserva productos + escalares. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Propiedades de las transformaciones ortogonales: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $U\bot W\implies f(U)\bot f(W)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Su composición es ortogonal. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\Vert g(f(\vec{v}))\Vert=\Vert f(\vec{v})\Vert=\Vert\vec{v}\Vert$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Son inyectivas. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $(f(\vec{v})=\vec{0}\implies\Vert\vec{v}\Vert=\Vert f(\vec{v})\Vert=0\implies\vec{v}=\vec{0})\implies\text{Nuc}(f)=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +La inversa de una transformación ortogonal biyectiva es ortogonal. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\Vert f^{-1}(\vec{v})\Vert=\Vert f(f^{-1}(\vec{v}))\Vert=\Vert\vec{v}\Vert$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + tiene dimensión finita, sus transformaciones ortogonales son biyectivas + y +\begin_inset Formula ${\cal O}(V)$ +\end_inset + + con la composición de aplicaciones es un grupo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + un espacio vectorial de dimensión finita y +\begin_inset Formula ${\cal B}=\{\vec{v}_{1},\dots,\vec{v}_{n}\}$ +\end_inset + + una base ortonormal de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + +. + Otra base +\begin_inset Formula ${\cal B}'$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + es ortonormal si +\begin_inset Formula $M_{{\cal B}{\cal B}'}$ +\end_inset + + es ortogonal. + +\begin_inset Formula $f:V\rightarrow V$ +\end_inset + + es ortogonal si y sólo si +\begin_inset Formula $M_{{\cal B}}(f)$ +\end_inset + + es ortogonal. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $A=M_{{\cal B}}(f)$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es ortogonal, +\begin_inset Formula $A^{t}\cdot A=(f(\vec{v}_{i})\cdot f(\vec{v}_{j}))_{ij}=(\vec{v}_{i}\cdot\vec{v}_{j})_{ij}=(\delta_{ij})_{ij}=I_{n}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $A^{t}\cdot A=(f(\vec{v}_{i})\cdot f(\vec{v}_{j}))_{ij}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es ortogonal, +\begin_inset Formula $f(\vec{v}_{i})\cdot f(\vec{v}_{j})=\delta_{ij}$ +\end_inset + +, por lo que si +\begin_inset Formula $\vec{v}=\sum_{i}r_{i}\vec{v}_{i}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f(\vec{v})=\sum_{i}r_{i}f(\vec{v}_{i})$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\Vert f(\vec{v})\Vert^{2}=(\sum_{i}r_{i}f(\vec{v}_{i}))(\sum_{j}r_{j}f(\vec{v}_{j}))=\sum_{i}\sum_{j}r_{i}r_{j}f(\vec{v}_{i})\cdot f(\vec{v}_{j})=\sum_{i}\sum_{j}r_{i}r_{j}\delta_{ij}=\sum_{i}r_{i}^{2}=\Vert\vec{v}\Vert^{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El determinante de una transformación ortogonal solo puede ser +\begin_inset Formula $1$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $-1$ +\end_inset + +, pues +\begin_inset Formula $1=\det(I_{n})=\det(A^{t})\det(A)=\det(A)^{2}$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $f\in{\cal O}(V)$ +\end_inset + + es +\series bold +positiva +\series default + o +\series bold +directa +\series default + ( +\begin_inset Formula $f\in{\cal O}^{+}(V)$ +\end_inset + +) si +\begin_inset Formula $\det(f)=1$ +\end_inset + +, y es +\series bold +negativa +\series default + o +\series bold +inversa +\series default + ( +\begin_inset Formula $f\in{\cal O}^{-}(V)$ +\end_inset + +) si +\begin_inset Formula $\det(f)=-1$ +\end_inset + +. + Claramente +\begin_inset Formula ${\cal O}(V)={\cal O}^{+}(V)\dot{\cup}{\cal O}^{-}(V)$ +\end_inset + +. + Se cumple la +\series bold +regla de los signos +\series default +: La composición de transformaciones del mismo signo es positiva, y la de + transformaciones de distinto signo es negativa. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los únicos valores propios que puede tener +\begin_inset Formula $f\in{\cal O}(V)$ +\end_inset + + son +\begin_inset Formula $\pm1$ +\end_inset + +, y los subespacios +\begin_inset Formula $\text{Inv}(f)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\text{Opp}(f)$ +\end_inset + +, que pueden ser nulos, son ortogonales. + Además, si +\begin_inset Formula $\dim(V)$ +\end_inset + + es impar, al menos uno de estos subespacios es no nulo. + +\series bold +Demostración: +\series default + El polinomio característico de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + tiene pues grado impar y por tanto al menos una raíz real, que por lo anterior + debe ser +\begin_inset Formula $\pm1$ +\end_inset + +, y el correspondiente subespacio propio es no nulo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + es un subespacio invariante de +\begin_inset Formula $f\in{\cal O}(V)$ +\end_inset + +, también lo es +\begin_inset Formula $U^{\bot}$ +\end_inset + +, y de hecho, +\begin_inset Formula $f(U)=U$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f(U^{\bot})=U^{\bot}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f|_{U}\in{\cal O}(U)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f|_{U^{\bot}}\in{\cal O}(U^{\bot})$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es inyectiva y la dimensión finita, +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq U$ +\end_inset + + implica +\begin_inset Formula $f(U)=U$ +\end_inset + +, y por la conservación del producto escalar, +\begin_inset Formula $f(U^{\bot})\bot f(U)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f(U^{\bot})\subseteq U^{\bot}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $f(U^{\bot})=U^{\bot}$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + conserva el producto escalar, también lo conservan +\begin_inset Formula $f|_{U}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f|_{U^{\bot}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dadas +\begin_inset Formula $g\in{\cal O}(U)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $h\in{\cal O}(U^{\bot})$ +\end_inset + +, existe una única +\begin_inset Formula $f\in{\cal O}(V)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f|_{U}=g$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f|_{U^{\bot}}=h$ +\end_inset + +. + Se cumple entonces que si +\begin_inset Formula ${\cal B}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal B}_{2}$ +\end_inset + + son bases ortonormales respectivas de +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $U^{\bot}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula +\[ +M_{{\cal B}}(f)=\left(\begin{array}{c|c} +M_{{\cal B}_{1}}(g) & 0\\ +\hline 0 & M_{{\cal B}_{2}}(h) +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $V=U\oplus W$ +\end_inset + + y tenemos +\begin_inset Formula $g:U\rightarrow U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $h:W\rightarrow W$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f:V\rightarrow V$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $\vec{v}=\vec{u}+\vec{w}\mapsto g(\vec{u})+h(\vec{w})$ +\end_inset + + es lineal y el único endomorfismo con +\begin_inset Formula $f|_{U}=g$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f|_{W}=h$ +\end_inset + +. + Si además +\begin_inset Formula $W=U^{\bot}$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $h$ +\end_inset + + son ortogonales, entonces por el teorema de Pitágoras, +\begin_inset Formula $\Vert f(\vec{u}+\vec{w})\Vert^{2}=\Vert g(\vec{u})+h(\vec{w})\Vert^{2}=\Vert g(\vec{u})\Vert^{2}+\Vert h(\vec{w})\Vert^{2}=\Vert\vec{u}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}=\Vert\vec{u}+\vec{w}\Vert^{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En adelante llamamos +\begin_inset Formula ${\cal E}_{n}$ +\end_inset + + a cualquier espacio vectorial euclídeo isomorfo a +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + con el producto escalar ordinario, pues todos los de igual dimensión sobre + el mismo cuerpo son isomorfos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dos bases +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal B}'$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula ${\cal E}_{n}$ +\end_inset + + son +\series bold +equivalentes +\series default + si +\begin_inset Formula $\det(M_{{\cal B}{\cal B}'})>0$ +\end_inset + +. + +\series bold +Orientar +\series default + el espacio +\begin_inset Formula ${\cal E}_{n}$ +\end_inset + + es elegir en él una base, de modo que las bases equivalentes a esta son + +\series bold +positivas +\series default + o +\series bold +directas +\series default + y el resto son +\series bold +negativas +\series default + o +\series bold +inversas +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Transformaciones ortogonales en +\begin_inset Formula ${\cal E}_{1}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un vector en +\begin_inset Formula ${\cal E}_{1}$ +\end_inset + + solo puede ser llevado por una transformación ortogonal a sí mismo y su + inverso, luego +\begin_inset Formula ${\cal O}^{+}({\cal E}_{1})=\{id_{{\cal E}_{1}}\}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal O}^{-}({\cal E}_{1})=\{-id_{{\cal E}_{1}}\}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Tranformaciones ortogonales en +\begin_inset Formula ${\cal E}_{2}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $M=M_{{\cal B}}(f)$ +\end_inset + + para una base +\begin_inset Formula ${\cal B}$ +\end_inset + + arbitraria. + Si +\begin_inset Formula $M=\left(\begin{array}{cc} +a & b\\ +c & d +\end{array}\right)$ +\end_inset + + es ortogonal positiva, entonces +\begin_inset Formula $M^{-1}=M^{t}=\left(\begin{array}{cc} +d & -c\\ +-b & a +\end{array}\right)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $d=a$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $c=-b$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula +\[ +M=\left(\begin{array}{cc} +a & -b\\ +b & a +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + +con +\begin_inset Formula $a^{2}+b^{2}=1$ +\end_inset + +. + Escribimos +\begin_inset Formula ${\cal O}^{+}(2,\mathbb{R}):={\cal O}^{+}({\cal E}_{2})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $b=0$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $a^{2}=1$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $a=\pm1$ +\end_inset + + y se obtienen las transformaciones +\begin_inset Formula $\pm id_{{\cal E}_{2}}$ +\end_inset + +. + En particular, +\begin_inset Formula $id_{{\cal E}_{2}}$ +\end_inset + + cumple +\begin_inset Formula $\dim(\text{Inv}(f))=2$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\dim(\text{Opp}(f))=0$ +\end_inset + +, mientras que +\begin_inset Formula $-id_{{\cal E}_{2}}$ +\end_inset + + cumple lo contrario. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $b\neq0$ +\end_inset + +, el polinomio característico tiene raíces complejas, luego +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\dim(\text{Inv}(f))=\dim(\text{Opp}(f))=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dadas +\begin_inset Formula $f,g\in{\cal O}^{+}({\cal E}_{2})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f\circ g=g\circ f$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula +\[ +\left(\begin{array}{cc} +a & -b\\ +b & a +\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc} +c & -d\\ +d & c +\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc} +ac-bd & -ad-bc\\ +ad+bc & ac-bd +\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc} +c & -d\\ +d & c +\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc} +a & -b\\ +b & a +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos a la aplicación +\begin_inset Formula $g_{\theta}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $M_{{\cal B}}(g_{\theta})=\left(\begin{array}{cc} +\cos\theta & -\sin\theta\\ +\sin\theta & \cos\theta +\end{array}\right)$ +\end_inset + + la +\series bold +rotación +\series default + o +\series bold +giro +\series default + de ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +. + Se cumple que +\begin_inset Formula $g_{\theta'}\circ g_{\theta}=g_{\theta+\theta'}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g_{\theta}^{-1}=g_{-\theta}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $M=\left(\begin{array}{cc} +a & b\\ +c & d +\end{array}\right)$ +\end_inset + + es ortogonal negativa, entonces +\begin_inset Formula $M^{-1}=M^{t}=\left(\begin{array}{cc} +-d & c\\ +b & -a +\end{array}\right)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $a=-d$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $b=c$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula +\[ +M=\left(\begin{array}{cc} +a & b\\ +b & -a +\end{array}\right) +\] + +\end_inset + +con +\begin_inset Formula $a^{2}+b^{2}=1$ +\end_inset + +. + Por el polinomio característico hallamos que +\begin_inset Formula $\text{Inv}(f)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\text{Opp}(f)$ +\end_inset + + son rectas ortogonales, y decimos que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es la +\series bold +simetría axial +\series default + sobre +\begin_inset Formula $\text{Inv}(f)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Toda rotación puede expresarse como composición de 2 simetrías axiales, + y una de ellas puede elegirse arbitrariamente. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + la rotación y +\begin_inset Formula $\sigma$ +\end_inset + + una simetría axial, entonces +\begin_inset Formula $\sigma':=\sigma\circ f$ +\end_inset + + es negativa y por tanto una simetría axial. + Entonces +\begin_inset Formula $\sigma\circ\sigma'=\sigma\circ\sigma\circ f=f$ +\end_inset + +. + Si queremos que +\begin_inset Formula $\sigma$ +\end_inset + + aparezca a la derecha, hacemos un razonamiento análogo con +\begin_inset Formula $\sigma'':=f\circ\sigma$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Transformaciones ortogonales en +\begin_inset Formula ${\cal E}_{3}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f\in{\cal O}({\cal E}_{3})$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $\dim(\text{Inv}(f))=3$ +\end_inset + +, todo vector de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + es invariante y por tanto +\begin_inset Formula $f=id_{{\cal E}_{3}}$ +\end_inset + +, una transformación positiva. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $\dim(\text{Inv}(f))=2$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $H=\text{Inv}(f)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f|_{H^{\bot}}$ +\end_inset + + es una transformación ortogonal de la recta +\begin_inset Formula $H^{\bot}$ +\end_inset + + que no puede tener invariantes, luego +\begin_inset Formula $H^{\bot}=\text{Opp}(f)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\dim(\text{Opp}(f))=1$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $f=\sigma_{H}$ +\end_inset + + es la +\series bold +simetría especular +\series default + sobre +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + +, una transformación negativa. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $\dim(\text{Inv}(f))=1$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $\ell=\text{Inv}(f)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f|_{\ell^{\bot}}$ +\end_inset + + es una transformación ortogonal del plano +\begin_inset Formula $\ell^{\bot}$ +\end_inset + + sin vectores invariantes, luego es una rotación distinta de la identidad, + de ángulo +\begin_inset Formula $\theta\neq0$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es la +\series bold +rotación +\series default + de eje +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + + y ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +, una transformación positiva. + En particular, si +\begin_inset Formula $\theta=\pi$ +\end_inset + + ( +\series bold +simetría axial +\series default +), entonces +\begin_inset Formula $f|_{\ell^{\bot}}=-id_{\ell^{\bot}}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $\dim(\text{Opp}(f))=2$ +\end_inset + +, mientras que en otro caso +\begin_inset Formula $\dim(\text{Opp}(f))=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $\dim(\text{Inv}(f))=0$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\text{Opp}(f)\neq0$ +\end_inset + +. + Sea entonces +\begin_inset Formula $\vec{v}\in\text{Opp}(f)$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $\ell:=<\vec{v}>\subseteq\text{Opp}(f)$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $f|_{\ell}=-id_{\ell}$ +\end_inset + +, mientras que +\begin_inset Formula $f|_{\ell^{\bot}}$ +\end_inset + + es una transformación ortogonal del plano +\begin_inset Formula $\ell^{\bot}$ +\end_inset + + sin vectores invariantes y por tanto una rotación distinta de la identidad, + de ángulo +\begin_inset Formula $\theta\neq0$ +\end_inset + +. + Decimos que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es una +\series bold +rotación con simetría +\series default + de eje +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + + y ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +, una transformación negativa. + En particular, si +\begin_inset Formula $\theta=\pi$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f|_{\ell^{\bot}}=-id_{\ell^{\bot}}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $f=-id_{{\cal E}_{3}}$ +\end_inset + +, con +\begin_inset Formula $\dim(\text{Opp}(f))=3$ +\end_inset + +, mientras que si +\begin_inset Formula $\theta\neq\pi$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $\text{Opp}(f|_{\ell^{\bot}})=0$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $\dim(\text{Opp}(f))=1$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Así pues, en general, +\begin_inset Formula ${\cal O}^{+}({\cal E}_{3})$ +\end_inset + + son las rotaciones (incluyendo de ángulo 0) y +\begin_inset Formula ${\cal O}^{-}({\cal E}_{3})$ +\end_inset + + son las rotaciones con simetría. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para construir la matriz de una transformación en +\begin_inset Formula ${\cal E}_{3}$ +\end_inset + +, tomamos una base +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +cómoda +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + +\begin_inset Formula ${\cal B}=\{\vec{v}_{1},\vec{v}_{2},\vec{v}_{3}\}$ +\end_inset + + y aplicamos la fórmula de cambio de base. + Entonces: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\align center +\begin_inset Tabular +<lyxtabular version="3" rows="4" columns="3"> +<features tabularvalignment="middle"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<column alignment="center" valignment="top"> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Rotación (eje +\begin_inset Formula $<\vec{v}_{1}>$ +\end_inset + +, ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +) +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Rotación con simetría (ídem) +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Matriz +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\left(\begin{array}{ccc} +1 & 0 & 0\\ +0 & \cos\theta & -\sin\theta\\ +0 & \sin\theta & \cos\theta +\end{array}\right)$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\left(\begin{array}{ccc} +-1 & 0 & 0\\ +0 & \cos\theta & -\sin\theta\\ +0 & \sin\theta & \cos\theta +\end{array}\right)$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Traza +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $1+2\cos\theta$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $-1+2\cos\theta$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +<row> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +Det. +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $1$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none"> +\begin_inset Text + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $-1$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset +</cell> +</row> +</lyxtabular> + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Aquí se incluyen la identidad, menos identidad y simetrías axiales y especulares + como casos especiales de estos dos. + La traza de un endomorfismo (suma de los elementos de la diagonal de la + matriz) no depende de la base, pues +\begin_inset Formula $\text{tr}(M')=\text{tr}(P^{-1}MP)=\text{tr}(MPP^{-1})=\text{tr}(M)$ +\end_inset + +, pudiendo servir para determinar el ángulo de una transformación dada su + matriz en cualquier base. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Toda rotación se expresa como composición de 2 simetrías especulares, de + las que una se puede elegir arbitrariamente siempre que su base contenga + al eje de la rotación. + Por tanto toda rotación con simetría se expresa como composición de tres + simetrías especulares. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + una rotación de eje +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sigma$ +\end_inset + + la simetría especular sobre un plano que contiene a +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\sigma':=\sigma\circ f$ +\end_inset + + es negativa con vectores invariantes y por tanto otra simetría especular, + y entonces +\begin_inset Formula $\sigma\circ\sigma'=\sigma\circ\sigma\circ f=f$ +\end_inset + +. + Si queremos que +\begin_inset Formula $\sigma$ +\end_inset + + aparezca a la derecha basta hacer lo mismo con +\begin_inset Formula $\sigma'':=f\circ\sigma$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/gae/n5.lyx b/gae/n5.lyx new file mode 100644 index 0000000..8332603 --- /dev/null +++ b/gae/n5.lyx @@ -0,0 +1,887 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +isometría +\series default + o +\series bold +movimiento +\series default + de +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + + es una aplicación +\begin_inset Formula $f:E\rightarrow E$ +\end_inset + + con +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $d(P,Q)=d(f(P),f(Q))$ +\end_inset + + (también se puede hablar de isometrías entre espacios distintos). + El conjunto que forman es el +\series bold +grupo de los movimientos +\series default + de +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +, escrito +\begin_inset Formula $\text{Is}(E)$ +\end_inset + +. + Una aplicación +\begin_inset Formula $f:E\rightarrow E$ +\end_inset + + es un movimiento si y sólo si es afín y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}:V\rightarrow V$ +\end_inset + + es ortogonal. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Fijado +\begin_inset Formula $A\in E$ +\end_inset + +, demostramos que si +\begin_inset Formula $\ell:V\rightarrow V$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $\ell(\vec{v}):=\overrightarrow{f(A)f(A+\vec{v})}$ +\end_inset + + es lineal, entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es afín con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\ell$ +\end_inset + +. + En efecto, para +\begin_inset Formula $P\in E$ +\end_inset + + arbitrario, +\begin_inset Formula $\ell(\overrightarrow{AP})=\overrightarrow{f(A)f(A+\overrightarrow{AP})}=\overrightarrow{f(A)f(P)}$ +\end_inset + +, y dados +\begin_inset Formula $P,Q\in E$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\ell(\overrightarrow{PQ})=\ell(-\overrightarrow{AP}+\overrightarrow{AQ})=-\ell(\overrightarrow{AP})+\ell(\overrightarrow{AQ})=-\overrightarrow{f(A)f(P)}+\overrightarrow{f(A)f(Q)}=\overrightarrow{f(P)f(Q)}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +A continuación veamos que +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + + es ortogonal, y por tanto será lineal y +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + será afín con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\ell$ +\end_inset + +. + Dados +\begin_inset Formula $\vec{v},\vec{w}\in V$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $P:=A+\vec{v}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $Q:=A+\vec{w}$ +\end_inset + +, deducimos +\begin_inset Formula $\vec{v}\cdot\vec{w}=\frac{1}{2}\left(\Vert\vec{v}\Vert^{2}+\Vert\vec{w}\Vert^{2}-\Vert\vec{w}-\vec{v}\Vert^{2}\right)$ +\end_inset + + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $=\frac{1}{2}\left(\Vert\overrightarrow{AP}\Vert^{2}+\Vert\overrightarrow{AQ}\Vert^{2}-\Vert\overrightarrow{PQ}\Vert^{2}\right)=\frac{1}{2}\left(d(A,P)^{2}+d(A,Q)^{2}-d(P,Q)^{2}\right)$ +\end_inset + +. + Pero del mismo modo, +\begin_inset Formula $\ell(\vec{v})\cdot\ell(\vec{w})=\frac{1}{2}\left(d(\ell(A),\ell(P))^{2}+d(\ell(A),\ell(Q))^{2}-d(\ell(P),\ell(Q))^{2}\right)$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + conserva distancias, entonces +\begin_inset Formula $\ell(\vec{v})\cdot\ell(\vec{w})=\vec{v}\cdot\vec{w}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $d(P,Q)=\Vert\overrightarrow{PQ}\Vert=\Vert\overrightarrow{f}(\overrightarrow{PQ})\Vert=\Vert\overrightarrow{f(P)f(Q)}\Vert=d(f(P),f(Q))$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Propiedades: Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + son isometrías: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula ${\cal L}_{1}\bot{\cal L}_{2}\implies f({\cal L}_{1})\bot f({\cal L}_{2})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $f\circ g$ +\end_inset + + es una isometría. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es biyectiva, +\begin_inset Formula $f^{-1}$ +\end_inset + + es una isometría. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es inyectiva. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\dim(E)<\infty$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\text{Is}(E)$ +\end_inset + + es un grupo con la composición de aplicaciones. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un movimiento +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es +\series bold +positivo/directo +\series default + o +\series bold +negativo/inverso +\series default + según lo sea +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +. + Llamamos +\begin_inset Formula $\text{Is}^{+}(E)$ +\end_inset + + al conjunto de todos los movimientos positivos de +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + +, e +\begin_inset Formula $\text{Is}^{-}(E)$ +\end_inset + + al de todos los negativos. +\end_layout + +\begin_layout Section +Movimientos en +\begin_inset Formula $E_{1}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=id$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f=t_{\vec{v}}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{v}=\overrightarrow{Qf(Q)}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $Q\in E$ +\end_inset + + arbitrario. + Si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=-id$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f=s_{P}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $P=\frac{Q+f(Q)}{2}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $Q\in E$ +\end_inset + + arbitrario. +\end_layout + +\begin_layout Section +Movimientos en +\begin_inset Formula $E_{2}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Además de los dos casos posibles en +\begin_inset Formula $E_{1}$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}$ +\end_inset + + es una simetría ortogonal, si hay puntos fijos entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es la +\series bold +simetría ortogonal (afín) +\series default + de base +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)$ +\end_inset + + (y con dirección +\begin_inset Formula $\text{dir}(\text{Fix}(f))^{\bot}$ +\end_inset + +), y de lo contrario es la +\series bold +simetría ortogonal con deslizamiento +\series default + de base +\begin_inset Formula ${\cal L}=A+\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + + y con vector de deslizamiento +\begin_inset Formula $\vec{v}=\overrightarrow{Af(A)}$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $A:=\frac{Q+f(Q)}{2}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $Q\in E$ +\end_inset + + arbitrario, de modo que +\begin_inset Formula $f=s_{{\cal L}}\circ t_{\vec{v}}=t_{\vec{v}}\circ s_{{\cal L}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +En efecto, dado +\begin_inset Formula $Q\in E$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Qf(Q)}=\vec{v}+\vec{w}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{v}\in W=\text{Inv}(\overrightarrow{f})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}\in W^{\bot}$ +\end_inset + + y llamamos +\begin_inset Formula $A:=\frac{Q+f(Q)}{2}=Q+\frac{1}{2}(\vec{v}+\vec{w})$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\sigma_{W}$ +\end_inset + + es la simetría de base +\begin_inset Formula $W$ +\end_inset + + y dirección +\begin_inset Formula $W^{\bot}$ +\end_inset + +, se tiene +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}(\overrightarrow{QA})=\overrightarrow{f}(\frac{1}{2}(\vec{v}+\vec{w}))=\frac{1}{2}\vec{v}-\frac{1}{2}\vec{w}$ +\end_inset + +, con lo que si +\begin_inset Formula $g=t_{-\vec{v}}\circ f$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $g(A)=(t_{-\vec{v}}\circ f)(A)=f(A)-\vec{v}=f(Q)+\overrightarrow{f}(\overrightarrow{QA})-\vec{v}=f(Q)-\frac{1}{2}\vec{v}-\frac{1}{2}\vec{w}-\vec{v}=f(Q)-\frac{1}{2}(\vec{v}+\vec{w})=A$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula $\text{Fix}(g)\neq\emptyset$ +\end_inset + + y como +\begin_inset Formula $\overrightarrow{g}=\overrightarrow{f}$ +\end_inset + +, resulta +\begin_inset Formula $g=s_{A+\text{Inv}(\overrightarrow{g})}=s_{{\cal L}}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f=t_{\vec{v}}\circ g$ +\end_inset + +, y es fácil comprobar que +\begin_inset Formula $t_{\vec{v}}\circ g=g\circ t_{\vec{v}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=g_{\theta}$ +\end_inset + + es la rotación de ángulo +\begin_inset Formula $\theta\neq0$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f=\rho_{P,\theta}$ +\end_inset + + es la +\series bold +rotación +\series default + de centro +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + y ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + el único punto fijo de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +, pues +\begin_inset Formula $\text{Inv}(\overrightarrow{f})=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Movimientos en +\begin_inset Formula $E_{3}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Lo dicho respecto a las traslaciones y simetrías también se aplica aquí, + pero también se pueden dar otros dos casos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\rho_{F,\theta}$ +\end_inset + + es la rotación de eje +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + + y ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +, si hay puntos fijos entonces +\begin_inset Formula $f=\rho_{\ell,\theta}$ +\end_inset + + es la +\series bold +rotación +\series default + de eje +\begin_inset Formula $\ell=\text{Fix}(f)$ +\end_inset + + y ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +, y de lo contrario +\begin_inset Formula $f=t_{\vec{v}}\circ\rho_{\ell,\theta}=\rho_{\ell,\theta}\circ t_{\vec{v}}$ +\end_inset + + es la +\series bold +rotación con deslizamiento +\series default + o +\series bold +movimiento helicoidal +\series default + de eje +\begin_inset Formula $\ell$ +\end_inset + +, ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + + y vector de deslizamiento +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $\vec{v}=\pi_{F}(\overrightarrow{Qf(Q)})$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $Q\in E_{3}$ +\end_inset + + arbitrario y +\begin_inset Formula $\ell=\text{Fix}(t_{-\vec{v}}\circ f)$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Todo movimiento +\begin_inset Formula $f:E_{3}\rightarrow E_{3}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\rho_{F,\theta}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $\theta\neq0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)=\emptyset$ +\end_inset + + es un movimiento helicoidal con los elementos mencionados, y viceversa. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $Q\in E_{3}$ +\end_inset + + arbitrario y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Qf(Q)}=\vec{v}+\vec{w}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\vec{v}\in F$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\vec{w}\in F^{\bot}$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + es la proyección ortogonal de +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Qf(Q)}$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + +. + Sean ahora +\begin_inset Formula $g:=t_{-\vec{v}}\circ f$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal H}:=Q+F^{\bot}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $g({\cal H})\subseteq{\cal H}$ +\end_inset + +, pues +\begin_inset Formula $Q'\in{\cal H}\implies\exists\vec{x}\in F^{\bot}:Q'=Q+\vec{x}\implies g(Q')=g(Q+\vec{x})=f(Q+\vec{x})-\vec{v}=f(Q)-\vec{v}+\overrightarrow{f}(\vec{x})=Q+\vec{w}+\overrightarrow{f}(\vec{x})\in Q+F^{\bot}={\cal H}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $g|_{{\cal H}}$ +\end_inset + + es un movimiento para el que +\begin_inset Formula $\overrightarrow{g}|_{F^{\bot}}=\overrightarrow{f}|_{F^{\bot}}$ +\end_inset + + es una rotación, luego existe +\begin_inset Formula $P\in{\cal H}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $g(P)=P$ +\end_inset + +. + Esto implica +\begin_inset Formula $\vec{v}\neq\vec{0}$ +\end_inset + +, pues de lo contrario sería +\begin_inset Formula $f=g$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + tendría puntos fijos. + Deducimos pues que +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es la rotación +\begin_inset Formula $\rho_{\ell,\theta}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\ell=\text{Fix}(g)=\text{Fix}(t_{-\vec{v}}\circ f)$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $f=t_{\vec{v}}\circ g$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $g:=\rho_{\ell,\theta}$ +\end_inset + +, para un +\begin_inset Formula $Q\in E_{3}$ +\end_inset + + arbitrario, +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Qf(Q)}=\overrightarrow{Q(g(Q)+\vec{v})}=\vec{v}+\overrightarrow{Qg(Q)}$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $\vec{v}\in F$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Qg(Q)}\in F^{\bot}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\vec{v}$ +\end_inset + + es la proyección ortogonal de +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Qf(Q)}$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $F$ +\end_inset + +. + Esto prueba que +\begin_inset Formula $\text{Fix}(f)=\emptyset$ +\end_inset + +, pues de lo contrario se tendría +\begin_inset Formula $\overrightarrow{Qf(Q)}=\vec{0}$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $\vec{v}=\vec{0}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\rho_{F,\theta}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Itemize +Si +\begin_inset Formula $\overrightarrow{f}=\rho_{F,\theta}\circ\sigma_{F^{\bot}}$ +\end_inset + + es una rotación con simetría, entonces +\begin_inset Formula $f=\rho_{\ell,\theta}\circ s_{{\cal H}}=s_{{\cal H}}\circ p_{\ell,\theta}$ +\end_inset + + es una +\series bold +rotación con simetría especular +\series default + de base +\begin_inset Formula ${\cal H}$ +\end_inset + + y ángulo +\begin_inset Formula $\theta$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $\ell=P+F$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal H}=P+F^{\bot}$ +\end_inset + + siendo +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + el único punto fijo de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + (pues +\begin_inset Formula $\text{Inv}(\overrightarrow{f})=0$ +\end_inset + +). +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/license.lyx b/license.lyx index ef038d6..4288ef3 100644 --- a/license.lyx +++ b/license.lyx @@ -132,6 +132,18 @@ literal "false" \end_layout \begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + Esta obra está bajo la licencia Reconocimiento-CompartirIgual 4.0 Internacional de Creative Commons (CC-BY-SA 4.0). Para ver una copia de esta licencia, visite @@ -146,6 +158,19 @@ https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ \end_inset . +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + \end_layout \end_body diff --git a/tem/n.lyx b/tem/n.lyx new file mode 100644 index 0000000..c17307e --- /dev/null +++ b/tem/n.lyx @@ -0,0 +1,212 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package babel +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize 10 +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize a5paper +\use_geometry true +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\leftmargin 0.2cm +\topmargin 0.7cm +\rightmargin 0.2cm +\bottommargin 0.7cm +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle empty +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Title +Topología de espacios métricos +\end_layout + +\begin_layout Date +\begin_inset Note Note +status open + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +cryear{2018} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "../license.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Bibliografía: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Topología de Espacios Métricos, Grado en Matemáticas, Dr. + Luis J. + Alías & Dr. + Miguel Ángel Javaloyes, Departamento de Matemáticas, Universidad de Murcia + (Curso 2017–18). +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Espacios métricos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n1.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Subconjuntos notables +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n2.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Aplicaciones continuas +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n3.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Espacios compactos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n4.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Espacios conexos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n5.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tem/n1.lyx b/tem/n1.lyx new file mode 100644 index 0000000..63ebf66 --- /dev/null +++ b/tem/n1.lyx @@ -0,0 +1,2320 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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P}(X)$ +\end_inset + + y cumple que: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $X,\emptyset\in{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\{A_{1},\dots,A_{n}\}\subseteq{\cal T}\implies\bigcap_{i=1}^{n}A_{i}\in{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\{A_{i}\}_{i\in I}\subseteq{\cal T}\implies\bigcup_{i\in I}A_{i}\in{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Decimos que +\begin_inset Formula ${\cal T}$ +\end_inset + + es una +\series bold +topología +\series default + para +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + y sus elementos son +\series bold +conjuntos abiertos +\series default +, o simplemente +\series bold +abiertos +\series default +, de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +cerrados +\series default + a los complementarios de los abiertos: +\begin_inset Formula ${\cal C_{T}}:={\cal C}:=\{X\backslash A\}_{A\in{\cal T}}$ +\end_inset + +. + Un +\series bold +entorno +\series default + de +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + es un abierto que contiene a +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, y llamamos +\begin_inset Formula ${\cal E}(p)$ +\end_inset + + a la familia de todos los entornos de +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall p\in A,\exists{\cal U}\in{\cal E}(p):{\cal U}\subseteq A$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $x\in A$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula ${\cal U}=A$ +\end_inset + + es un entorno de +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Para cada +\begin_inset Formula $x\in A$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula ${\cal U}_{x}\in{\cal E}(x)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula ${\cal U}_{x}\subseteq A$ +\end_inset + +, se afirma que +\begin_inset Formula $\bigcup_{x\in A}{\cal U}_{x}=A$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula ${\cal U}_{x}\subseteq A\forall x\in A\implies\bigcup_{x\in A}{\cal U}_{x}\subseteq A$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\forall x\in A,x\in{\cal U}_{x}\subseteq\bigcup_{x\in A}{\cal U}_{x}\implies A\subseteq\bigcup_{x\in A}{\cal U}_{x}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Standard +Propiedades de los cerrados: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $X,\emptyset\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\{C_{1},\dots,C_{n}\}\subseteq{\cal C_{T}}\implies\bigcup_{i=1}^{n}C_{i}\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $\{C_{i}\}_{i\in I}\subseteq{\cal C_{T}}\implies\bigcap_{i\in I}C_{i}\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es un abierto y +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + un cerrado, entonces +\begin_inset Formula $A\backslash C$ +\end_inset + + es abierto y +\begin_inset Formula $C\backslash A$ +\end_inset + + es cerrado. + +\series bold +Demostración: +\series default + +\begin_inset Formula $X\backslash C$ +\end_inset + + es abierto, por lo que +\begin_inset Formula $A\backslash C=A\cap(X\backslash C)$ +\end_inset + + también. + Por otro lado, +\begin_inset Formula $X\backslash(C\backslash A)=(X\backslash C)\cup A$ +\end_inset + +, que es abierto, por lo que +\begin_inset Formula $C\backslash A$ +\end_inset + + es cerrado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Algunas topologías: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +topología discreta +\series default +: +\begin_inset Formula ${\cal T}_{D}:={\cal P}(X)$ +\end_inset + +, la topología más grande que se puede definir sobre +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +topología trivial +\series default + o +\series bold +indiscreta +\series default +: +\begin_inset Formula ${\cal T}_{T}=\{\emptyset,X\}$ +\end_inset + +, la topología más pequeña que se puede definir sobre +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La +\series bold +topología cofinita +\series default +: +\begin_inset Formula ${\cal T}_{CF}=\{\emptyset\}\cup\{A\subseteq X:X\backslash A\text{ es finito}\}$ +\end_inset + +. + Esta se define sobre conjuntos infinitos, pues de lo contrario es +\begin_inset Formula ${\cal T}_{CF}={\cal T}_{D}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $A,B\in{\cal T}$ +\end_inset + + no vacíos, +\begin_inset Formula $X\backslash A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $X\backslash B$ +\end_inset + + son finitos, por lo que +\begin_inset Formula $(X\backslash A)\cup(X\backslash B)=X\backslash(A\cap B)$ +\end_inset + + también lo es y +\begin_inset Formula $A\cap B\in{\cal T}$ +\end_inset + +. + Si, por ejemplo, +\begin_inset Formula $B=\emptyset$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $A\cap B=\emptyset\in{\cal T}$ +\end_inset + +. + Por otro lado, si +\begin_inset Formula $\{A_{i}\}_{i\in I}\subseteq{\cal T}$ +\end_inset + + es tal que +\begin_inset Formula $\bigcup_{i\in I}A_{i}\neq\emptyset$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $X\backslash\bigcup_{i\in I}A_{i}=\bigcap_{i\in I}(X\backslash A_{i})$ +\end_inset + + es finito. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado el espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +, definimos la +\series bold +topología inducida +\series default + por +\begin_inset Formula ${\cal T}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $H\subseteq X$ +\end_inset + +, +\series bold +topología relativa +\series default + o +\series bold +topología de subespacio +\series default + como +\begin_inset Formula ${\cal T}|_{H}:={\cal T}_{H}:=\{A\cap H\}_{A\in{\cal T}}$ +\end_inset + +. + Los abiertos de +\begin_inset Formula ${\cal T}_{H}$ +\end_inset + + se llaman +\series bold +abiertos relativos +\series default +, y +\begin_inset Formula $(H,{\cal T}_{H})$ +\end_inset + + es un +\series bold +subespacio topológico +\series default + de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +. + Todo subespacio topológico es un espacio topológico. + +\series bold +Demostración: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\emptyset=\emptyset\cap H$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $H=X\cap H$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sean +\begin_inset Formula $A',B'\in{\cal T}_{H}$ +\end_inset + +, existen +\begin_inset Formula $A,B\in{\cal T}$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $A'=A\cap H$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B'=B\cap H$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $A'\cap B'=A\cap B\cap H\in{\cal T}_{H}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $\{A'_{i}\}_{i\in I}\subseteq{\cal T}_{H}$ +\end_inset + +, para cada +\begin_inset Formula $i\in I$ +\end_inset + + existe un +\begin_inset Formula $A_{i}\in{\cal T}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $A'_{i}=A_{i}\cap H$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $\bigcup_{i\in I}A'_{i}=\bigcup_{i\in I}(A_{i}\cap H)=\left(\bigcup_{i\in I}A_{i}\right)\cap H\in{\cal T}_{H}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + + es abierto en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + entonces todo abierto relativo +\begin_inset Formula $A'\in{\cal T}_{H}$ +\end_inset + + también es abierto en el total. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $A'=A\cap H$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $A,H\in{\cal T}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $A'\in{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +, un subconjunto +\begin_inset Formula $C'\subseteq H\subseteq X$ +\end_inset + + es cerrado relativo ( +\begin_inset Formula $C'\in{\cal C}_{H})$ +\end_inset + + si y sólo si existe +\begin_inset Formula $C\in{\cal C}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $C'=C\cap H$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $C'\in{\cal C}_{H}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $H\backslash C'\in{\cal T}_{H}$ +\end_inset + +, por lo que existe +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $H\backslash C'=A\cap H$ +\end_inset + +. + Pero si +\begin_inset Formula $C:=X\backslash A$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $C'=H\backslash(H\backslash C')=H\backslash(A\cap H)=H\backslash A=H\cap(X\backslash A)=H\cap C$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $C'=C\cap H$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $C\in{\cal C}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $H\backslash C'=H\backslash(C\cap H)=H\backslash C=H\cap(X\backslash C)$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $X\backslash C\in{\cal T}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $H\backslash C'\in{\cal T}_{H}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $C'\in{\cal C}_{H}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Primer axioma de numerabilidad y condición de Hausdorff +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +base de entornos +\series default + de +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + es una subfamilia +\begin_inset Formula ${\cal B}(p)\subseteq{\cal E}(p)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\forall V\in{\cal E}(p),\exists U\in{\cal B}(p):U\subseteq V$ +\end_inset + +. + A partir de aquí, un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + satisface el +\series bold +primer axioma de numerabilidad +\series default +, o es +\series bold +1AN +\series default +, si todo punto posee una base de entornos numerable, es decir, si +\begin_inset Formula $\forall p\in X,\exists{\cal B}(p)\text{ base de }p:|{\cal B}(p)|\leq|\mathbb{N}|$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Así, +\begin_inset Formula $(X,{\cal T}_{T})$ +\end_inset + + es 1AN, pues cada punto posee la base +\begin_inset Formula ${\cal B}(p)=\{X\}$ +\end_inset + +. + Sin embargo, +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},{\cal T}_{CF})$ +\end_inset + + no es 1AN. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si lo fuera, tendríamos +\begin_inset Formula ${\cal B}(0)=\{U_{n}\}_{n\in\mathbb{N}}$ +\end_inset + +, pero entonces +\begin_inset Formula $U_{n}=\mathbb{R}\backslash F_{n}$ +\end_inset + +, con +\begin_inset Formula $F_{n}$ +\end_inset + + finito, para cada +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + +. + Ahora bien, como la unión numerable de conjuntos finitos es numerable y + +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + + no lo es, podemos elegir un punto +\begin_inset Formula $x\in\mathbb{R}\backslash\left(\bigcup_{n\in\mathbb{N}}F_{n}\right)=\bigcap_{n\in\mathbb{N}}(\mathbb{R}\backslash F_{n})=\bigcap_{n\in\mathbb{N}}U_{n}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x\neq0$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $A=\mathbb{R}\backslash\{x\}\in{\cal E}(0)$ +\end_inset + +, existirá un +\begin_inset Formula $U_{i}\subseteq A$ +\end_inset + +, pero entonces +\begin_inset Formula $x\in U_{i}\subseteq A=\mathbb{R}\backslash\{x\}\#$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La propiedad 1AN es hereditaria, es decir, si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es 1AN, también lo es cualquier +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + +subes +\backslash +-pa +\backslash +-cio +\end_layout + +\end_inset + + topológico de este. + +\series bold +Demostración: +\series default + Debemos probar que si +\begin_inset Formula $Y\subseteq X$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $y\in Y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal B}(y)$ +\end_inset + + una base de entornos de +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, debemos probar que +\begin_inset Formula ${\cal B}_{Y}(y)=\{B\cap Y\}_{B\in{\cal B}(y)}$ +\end_inset + + es base de entornos de +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $Y$ +\end_inset + +, pues entonces +\begin_inset Formula $|{\cal B}_{Y}(y)|\leq|{\cal B}(y)|\leq|\mathbb{N}|$ +\end_inset + +. + Para ello, vemos que todo +\begin_inset Formula $A\in{\cal B}_{Y}(y)$ +\end_inset + + es entorno de +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $Y$ +\end_inset + +, pues +\begin_inset Formula $A=B\cap Y\in{\cal T}_{Y}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + + un entorno de +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. + Ahora, si +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + es un entorno de +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $Y$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + es abierto en +\begin_inset Formula $Y$ +\end_inset + +, por lo que existe un +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}$ +\end_inset + + abierto en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $V=A\cap Y$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es entorno de +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, existe un +\begin_inset Formula $B\in{\cal B}(y)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $B\subseteq A$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $y\in B\cap Y\subseteq A\cap Y=V$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es +\series bold +de Hausdorff +\series default + o +\begin_inset Formula $T_{2}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall p,q\in X,p\neq q;\exists U\in{\cal E}(p),V\in{\cal E}(q):U\cap V=\emptyset$ +\end_inset + +. + Así, por ejemplo, +\begin_inset Formula $(X,{\cal T}_{T})$ +\end_inset + + no es de Hausdorff para +\begin_inset Formula $|X|\geq2$ +\end_inset + +, pues dados +\begin_inset Formula $x,y\in X$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x\neq y$ +\end_inset + +, el único entorno de +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + y contiene a +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Espacios métricos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +espacio métrico +\series default + es un par +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + formado por un conjunto +\begin_inset Formula $X\neq\emptyset$ +\end_inset + + y una aplicación +\begin_inset Formula $d:X\times X\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + que cumple que +\begin_inset Formula $\forall x,y,z\in X:$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $d(x,y)\geq0\land(d(x,y)=0\iff x=y)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Simetría: +\series default + +\begin_inset Formula $d(y,x)=d(x,y)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Desigualdad triangular: +\series default + +\begin_inset Formula $d(x,z)\leq d(x,y)+d(y,z)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Decimos que +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + es una +\series bold +métrica +\series default + o +\series bold +distancia +\series default + sobre +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. + Ejemplos de métricas: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica usual +\series default + sobre +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + +: +\begin_inset Formula $d_{u}(x,y)=d_{|\,|}(x,y)=|x-y|$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica del ascensor +\series default + sobre +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{2}$ +\end_inset + + +\series bold +: +\series default + +\begin_inset Formula +\[ +d((x_{1},x_{2}),(y_{1},y_{2}))=\begin{cases} +|x_{2}-y_{2}| & \text{si }x_{1}=y_{1}\\ +|x_{1}-y_{1}|+|x_{2}|+|y_{2}| & \text{si }x_{1}\neq y_{1} +\end{cases} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica discreta +\series default +: +\begin_inset Formula $d_{D}(x,y)=\begin{cases} +0 & \text{si }x=y\\ +1 & \text{si }x\neq y +\end{cases}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Espacios métricos producto +\series default +: Dados los espacios métricos +\begin_inset Formula $(X_{1},d_{1}),\dots,(X_{n},d_{n})$ +\end_inset + +, sean +\begin_inset Formula $x=(x_{1},\dots,x_{n}),y=(y_{1},\dots,y_{n})\in\prod_{i=1}^{n}X_{i}$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica del taxi: +\series default + +\begin_inset Formula $d_{T}(x,y)=\sum_{i=1}^{n}d_{i}(x_{i},y_{i})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica euclídea: +\series default + +\begin_inset Formula $d_{E}(x,y)=\sqrt{\sum_{i=1}^{n}d_{i}(x_{i},y_{i})^{2}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica del ajedrez: +\series default + +\begin_inset Formula $d_{\infty}(x,y)=\max\{d_{i}(x_{i},y_{i})\}_{1\leq i\leq n}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Formula $d_{k}(x,y)=(\sum_{i=1}^{n}d_{i}(x_{i}y_{i})^{k})^{\frac{1}{k}}$ +\end_inset + +. + Entonces se tiene que +\begin_inset Formula $d_{T}=d_{1}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d_{E}=d_{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d_{\infty}$ +\end_inset + + tiene un nombre apropiado. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica estándar acotada +\series default +: +\begin_inset Formula $\overline{d}(x,y)=\min\{1,d(x,y)\}$ +\end_inset + +. + En general, obtenemos las mismas propiedades cambiando el 1 por cualquier + otro número real positivo. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica estándar acotada (bis) +\series default +: +\begin_inset Formula $d'(x,y)=\frac{d(x,y)}{1+d(x,y)}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Métrica inducida +\series default + por +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $H\subseteq X$ +\end_inset + + +\series bold +: +\series default + +\begin_inset Formula $d_{H}:H\times H\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d_{H}(x,y)=d(x,y)$ +\end_inset + + para cualesquiera +\begin_inset Formula $x,y\in H$ +\end_inset + +. + Decimos que +\begin_inset Formula $(H,d_{H})$ +\end_inset + + es un +\series bold +subespacio métrico +\series default + de +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + +Se define la distancia de un punto +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + a un subconjunto +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $d(p,S)=\inf\{d(p,x)\}_{x\in S}$ +\end_inset + +. + Así, si +\begin_inset Formula $p\in S$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $d(p,S)=0$ +\end_inset + +, si bien el recíproco no es cierto. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Círculos y bolas +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +círculo +\series default + en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + centrado en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + con radio +\begin_inset Formula $r$ +\end_inset + + es el conjunto +\begin_inset Formula $C_{d}(p;r):=C(p;r):=\{x\in X:d(p,x)=r\}$ +\end_inset + +. + Del mismo modo, la +\series bold +bola abierta +\series default + en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + centrada en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + con radio +\begin_inset Formula $r$ +\end_inset + + es el conjunto +\begin_inset Formula $B_{d}(p;r):=B(p;r):=\{x\in X:d(p,x)<r\}$ +\end_inset + +, y la +\series bold +bola cerrada +\series default + en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + centrada en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + con radio +\begin_inset Formula $r$ +\end_inset + + es el conjunto +\begin_inset Formula $\overline{B}_{d}(p;r):=\overline{B}(p;r):=B[p;r]:=\{x\in X:d(p,x)\leq r\}$ +\end_inset + +. + Se tiene que +\begin_inset Formula $B_{d}(p;r)=\bigcup_{0<s<r}C_{d}(p;s)$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $\overline{B}_{d}(p;r)=\bigcup_{0<s\leq r}C_{d}(p;s)$ +\end_inset + +. + Dado el espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $H\subseteq X$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $B_{d_{H}}(p;r)=B_{d}(p;r)\cap H$ +\end_inset + + para cualesquiera +\begin_inset Formula $p\in H$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es +\series bold +acotado +\series default + si +\begin_inset Formula $\exists k>0:\forall x,y\in X,d(x,y)\leq k$ +\end_inset + +, y decimos entonces que +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + es una +\series bold +métrica acotada +\series default +. + Esto sucede si y sólo si +\begin_inset Formula $\exists k>0,x_{0}\in X:B(x_{0};k)=X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $x_{0}\in X$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\forall x\in X,d(x_{0},x)\leq k<k+1\implies x\in B_{d}(x_{0},k+1)\implies X\subseteq B_{d}(x_{0},k+1)\subseteq X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Por la desigualdad triangular, +\begin_inset Formula $\forall p,q\in X,d(p,q)\leq d(p,x_{0})+d(x_{0},q)<k+k=2k$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es acotado por +\begin_inset Formula $2k$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +También se dice que +\begin_inset Formula $H\subseteq X$ +\end_inset + + es acotado si +\begin_inset Formula $(H,d_{H})$ +\end_inset + + es acotado, o equivalentemente, si +\begin_inset Formula $\exists k>0,x_{0}\in X:H\subseteq B_{d}(x_{0};k)$ +\end_inset + +. + Por tanto las bolas son subconjuntos acotados, pues +\begin_inset Formula $B(p;r)$ +\end_inset + + está acotado por +\begin_inset Formula $r$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overline{B}_{d}(x;r)$ +\end_inset + + por (al menos) +\begin_inset Formula $2r$ +\end_inset + +. + Definimos el +\series bold +diámetro +\series default + de un espacio métrico acotado +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula $\text{diám}(X)=\sup\{d(x,y)\}_{x,y\in X}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Subconjuntos abiertos y cerrados +\end_layout + +\begin_layout Standard +En un espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $A\subseteq X$ +\end_inset + + es un +\series bold +subconjunto abierto +\series default +, o simplemente un +\series bold +abierto +\series default +, si +\begin_inset Formula $\forall x\in A,\exists r_{x}>0:B(x;r_{x})\subseteq A$ +\end_inset + +. + Toda bola abierta es un abierto. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $B(x;r)$ +\end_inset + + una bola abierta en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y\in B(x;r)$ +\end_inset + +, si tomamos +\begin_inset Formula $\delta$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $0<\delta\leq r-d(x,y)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $z\in B(y;\delta)$ +\end_inset + +, por la desigualdad triangular, +\begin_inset Formula $d(x,z)\leq d(x,y)+d(y,z)<d(x,y)+\delta\leq r$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $B(y;\delta)\subseteq B(x;r)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La condición de ser abierto depende de la métrica y del conjunto sobre el + que esta se define, si bien el conjunto total +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + y el vacío +\begin_inset Formula $\emptyset$ +\end_inset + + son abiertos en cualquier espacio métrico. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dados +\begin_inset Formula $A_{1},\dots,A_{n}$ +\end_inset + + abiertos en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +, la intersección finita +\begin_inset Formula $\bigcap_{i=1}^{n}A_{i}$ +\end_inset + + también lo es. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si tomamos un +\begin_inset Formula $p\in\bigcap_{i=1}^{n}A_{i}$ +\end_inset + + arbitrario, para cada +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $1\leq i\leq n$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $p\in A_{i}$ +\end_inset + + y existe un +\begin_inset Formula $r_{i}>0$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $B(p;r_{i})\subseteq A_{i}$ +\end_inset + +. + Ahora bien, si tomamos +\begin_inset Formula $r:=\min\{r_{1},\dots,r_{n}\}$ +\end_inset + +, vemos que +\begin_inset Formula $B(p;r)\subseteq B(p;r_{i})\subseteq A_{i}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $B(p;r)\subseteq\bigcap_{i=1}^{n}A_{i}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dada la familia +\begin_inset Formula $\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + de abiertos en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\bigcup_{i\in I}A_{i}$ +\end_inset + + también es un abierto. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $p\in\bigcup_{i\in I}A_{i}$ +\end_inset + + arbitrario. + Entonces existe un +\begin_inset Formula $i_{0}\in I$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $p\in A_{i_{0}}$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $A_{i_{0}}$ +\end_inset + + es abierto, existe un +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $B(p;r)\subseteq A_{i_{0}}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $B(p;r)\subseteq A_{i_{0}}\subseteq\bigcup_{i\in I}A_{i}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Así pues, todo espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + lleva asociado un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T}_{d})$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d}$ +\end_inset + + es el conjunto de abiertos de +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Espacios metrizables +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es +\series bold +metrizable +\series default + si existe una métrica +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula ${\cal T}={\cal T}_{d}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La métrica discreta lleva asociada la topología discreta ( +\begin_inset Formula ${\cal T}_{D}={\cal T}_{d_{D}}$ +\end_inset + +). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Todo subconjunto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + es abierto en +\begin_inset Formula $(X,d_{D})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La topología indiscreta solo es metrizable si +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + es +\series bold +unipuntual +\series default + ( +\begin_inset Formula $|X|=1$ +\end_inset + +). +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +De lo contrario tendríamos +\begin_inset Formula $p,q\in X$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $p\neq q$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $d(p,q)=r>0$ +\end_inset + +, y entonces +\begin_inset Formula $q\notin B(p;\frac{r}{2})$ +\end_inset + +, pero esta bola sería un abierto distinto del vacío y del total, lo que + no existe en +\begin_inset Formula ${\cal T}_{T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado el espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $H\subseteq X$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d}|_{H}={\cal T}_{d_{H}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $A'\in{\cal T}_{d}|_{H}$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}_{d}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $A'=A\cap H$ +\end_inset + +. + Entonces para todo +\begin_inset Formula $p\in A'\subseteq A$ +\end_inset + + existe un +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $B_{d}(p;r)\subseteq A$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $B_{d}(p;r)\cap H\subseteq A'$ +\end_inset + +, pero como +\begin_inset Formula $B_{d}(p;r)\cap H=B_{d_{H}}(p;r)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $A'\in{\cal T}_{d_{H}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $A'\in{\cal T}_{d_{H}}$ +\end_inset + +, entonces para todo +\begin_inset Formula $p\in A'$ +\end_inset + + existe un +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $B_{d_{H}}(p;r)=B_{d}(p;r)\cap H\subseteq A'$ +\end_inset + +, y si llamamos +\begin_inset Formula $A=\bigcup_{p\in A'}B_{d}(p;r)$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $A'\subseteq A\cap H=\left(\bigcup_{p\in A'}B_{d}(p;r)\right)\cap H=\bigcup_{p\in A'}(B_{d}(p;r)\cap H)=\bigcup_{p\in A'}B_{d_{H}}(p;r)\subseteq A'$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A'=A\cap H$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}_{d}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $A'\in{\cal T}_{d}|_{H}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo espacio metrizable es 1AN, pues cada punto +\begin_inset Formula $x\in X$ +\end_inset + + posee la base de entornos +\begin_inset Formula ${\cal B}(x)=\{B(x;\frac{1}{n})\}_{n\in\mathbb{N}}$ +\end_inset + +. + También es +\begin_inset Formula $T_{2}$ +\end_inset + +, pues dados +\begin_inset Formula $p,q\in X$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $p\neq q$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $r=d(p,q)>0$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $B(p;\frac{r}{2})\cap B(q;\frac{r}{2})=\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Métricas equivalentes +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dos métricas +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d'$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + son +\series bold +equivalentes +\series default + si +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d}={\cal T}_{d'}$ +\end_inset + +. + Equivalentemente, lo son si +\begin_inset Formula $\forall p\in X,r>0;(\exists\delta>0:B_{d}(p;\delta)\subseteq B_{d'}(p;r)\land\exists\delta'>0:B_{d'}(p;\delta')\subseteq B_{d}(p;r))$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d'$ +\end_inset + + equivalentes, dados +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $B_{d'}(p;r)$ +\end_inset + + es un abierto en +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d'}$ +\end_inset + + y por tanto en +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $\exists\delta>0:B_{d}(p;\delta)\subseteq B_{d'}(p;r)$ +\end_inset + +. + La otra condición se prueba de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + un abierto de +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $p\in A$ +\end_inset + +, existe pues un +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $B_{d}(p;r)\subseteq A$ +\end_inset + + y por tanto un +\begin_inset Formula $\delta'>0$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $B_{d'}(p;\delta')\subseteq B_{d}(p;r)$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es abierto en +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d'}$ +\end_inset + +. + El otro contenido se prueba de forma análoga. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dadas dos métricas +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d'$ +\end_inset + + sobre +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, si existen +\begin_inset Formula $m,M>0$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $\forall x,y\in X,md(x,y)\leq d'(x,y)\leq Md(x,y)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $d$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d'$ +\end_inset + + son equivalentes. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dados +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + +, tomando +\begin_inset Formula $\delta=\frac{r}{M}$ +\end_inset + +, se tiene que si +\begin_inset Formula $d(p,q)\leq\delta$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $d'(p,q)\leq Md(p,q)\leq M\delta=r$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $B_{d}(p;\delta)\subseteq B_{d'}(p;r)$ +\end_inset + +. + Análogamente, tomando +\begin_inset Formula $\delta'=mr$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $B_{d'}(p;\delta')\subseteq B_{d}(p;r)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Así, las métricas +\begin_inset Formula $d_{E}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d_{T}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d_{\infty}$ +\end_inset + + sobre un mismo conjunto +\begin_inset Formula $X=X_{1}\times\dots\times X_{n}$ +\end_inset + + y métricas +\begin_inset Formula $d_{1},\dots,d_{n}$ +\end_inset + + son equivalentes, y si un subconjunto es acotado para alguna de las tres + métricas también lo es para las otras dos. + +\series bold +Demostración: +\series default + Se deduce de que +\begin_inset Formula $\frac{1}{n}d_{T}(x,y)\leq d_{\infty}(x,y)\leq d_{T}(x,y)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\frac{1}{\sqrt{n}}d_{E}(x,y)\leq d_{\infty}(x,y)\leq d_{E}(x,y)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +No obstante, las métricas euclídea y discreta no tienen por qué ser equivalentes +, pues en +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{2}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\{(0,0)\}$ +\end_inset + + es abierto en la discreta pero no en la euclídea. + Llamamos +\begin_inset Formula $(\mathbb{R}^{n},d_{u})=(\mathbb{R}^{n},d_{E})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d_{E}$ +\end_inset + + definido sobre +\begin_inset Formula $d_{|\,|}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula ${\cal T}_{u}$ +\end_inset + + a la topología asociada a +\begin_inset Formula $d_{u}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tem/n2.lyx b/tem/n2.lyx new file mode 100644 index 0000000..02c4d59 --- /dev/null +++ b/tem/n2.lyx @@ -0,0 +1,1269 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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bold +adherencia +\series default + de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + es el menor cerrado que contiene a +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +, es decir, la intersección de todos los cerrados que lo contienen, y se + denota +\begin_inset Formula +\[ +\overline{S}:=\text{cl}(S):=\text{ad}(S):=\bigcap\{C\in{\cal C}_{{\cal T}}:S\subseteq C\} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}\iff\forall V\in{\cal E}(p),V\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}$ +\end_inset + + y supongamos que existe +\begin_inset Formula $V\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $V\cap S=\emptyset$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $S\subseteq X\backslash V\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}\subseteq X\backslash V$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $V\cap S\neq\emptyset\forall V\in{\cal E}(x)$ +\end_inset + + y supongamos +\begin_inset Formula $p\notin\overline{S}$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $p\in X\backslash\overline{S}\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $(X\backslash\overline{S})\cap S=\emptyset$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es un espacio métrico y +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}\iff d(p,S)=0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}$ +\end_inset + +, si suponemos +\begin_inset Formula $d(p,S)=r>0$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $B(p;r)\cap S=\emptyset$ +\end_inset + +, lo que contradice +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $d(p,S)=0$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\forall n\in\mathbb{N},\exists q\in S:d(p,q)<\frac{1}{n}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\forall n\in\mathbb{N},B(p;\frac{1}{n})\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $S\subseteq T\implies\overline{S}\subseteq\overline{T}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $S\subseteq T\subseteq\overline{T}\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +, por lo que +\begin_inset Formula $\overline{T}$ +\end_inset + + es un cerrado que contiene a +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $\overline{S}\subseteq\overline{T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\bigcup_{i\in I}\overline{S_{i}}\subseteq\overline{\bigcup_{i\in I}S_{i}}$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $\bigcup_{i=1}^{n}\overline{S_{i}}=\overline{\bigcup_{i=1}^{n}S_{i}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\forall j\in I,S_{j}\subseteq\bigcup_{i\in I}S_{i}\implies\overline{S_{j}}\subseteq\overline{\bigcup_{i\in I}S_{i}}\implies\bigcup_{i\in I}\overline{S_{i}}\subseteq\overline{\bigcup_{i\in I}S_{i}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\overline{\bigcup_{i\in I}S_{i}}\subseteq\overline{\bigcup_{i\in I}\overline{S_{i}}}\overset{\text{\textbf{SI \ensuremath{I} es finito}}}{=}\bigcup_{i\in I}\overline{S_{i}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\overline{\bigcap_{i\in I}S_{i}}\subseteq\bigcap_{i\in I}\overline{S_{i}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula +\[ +\forall i\in I,S_{i}\subseteq\overline{S_{i}}\implies\bigcap_{i\in I}S_{i}\subseteq\bigcap_{i\in I}\overline{S_{i}}\implies\overline{\bigcap_{i\in I}S_{i}}\subseteq\overline{\bigcap_{i\in I}\overline{S_{i}}}=\bigcap_{i\in I}\overline{S_{i}} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $S\in{\cal C_{T}}\iff\overline{S}=S$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $S\in{\cal C_{T}}\implies\overline{S}\subseteq S\overset{S\subseteq\overline{S}}{\implies}S=\overline{S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $S=\overline{S}\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\overline{\overline{S}}=\overline{S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $D\subseteq X$ +\end_inset + + es +\series bold +denso +\series default + en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\overline{D}=X$ +\end_inset + +, si y sólo si cualquier abierto no vacío corta a +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es +\series bold +separable +\series default + si admite un subconjunto denso y numerable. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo espacio numerable es separable pero el recíproco no se cumple, pues + por ejemplo, +\begin_inset Formula $\mathbb{Q}$ +\end_inset + + es denso en +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + y numerable y por tanto +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + + es separable, pero no es numerable. + Igualmente +\begin_inset Formula $(X,{\cal T}_{D})$ +\end_inset + + es separable si y sólo si es numerable, mientras que +\begin_inset Formula $(X,{\cal T}_{CF})$ +\end_inset + + es siempre separable (basta tomar un subconjunto numerable no finito). +\end_layout + +\begin_layout Section +Puntos de acumulación y aislados +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + es un +\series bold +punto de acumulación +\series default + de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall U\in{\cal E}(p),(U\backslash\{p\})\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +acumulación +\series default + o +\series bold +conjunto derivado +\series default + de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $\text{ac}(S)$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $S'$ +\end_inset + +) al conjunto de todos los puntos de acumulación de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +. + Por otro lado, +\begin_inset Formula $p\in S$ +\end_inset + + es un +\series bold +punto aislado +\series default + de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\exists U\in{\cal E}(p):U\cap S=\{p\}$ +\end_inset + +, y el conjunto de todos los puntos aislados de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $\text{ais}(S)=S\backslash S'$ +\end_inset + +, y se tiene que +\begin_inset Formula $\overline{S}=S\cup S'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Frontera +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + es un +\series bold +punto frontera +\series default + de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall U\in{\cal E}(p),(U\cap S\neq\emptyset\land U\cap(X\backslash S)\neq\emptyset)$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +frontera +\series default + de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $\partial S$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $\text{fr}(S)$ +\end_inset + +) al conjunto de todos los puntos frontera de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\partial S=\overline{S}\cap\overline{X\backslash S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\partial S\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Además, en un espacio métrico, +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +p\in\partial S & \iff & \forall r>0,(B(p;r)\cap S\neq\emptyset\land B(p;r)\cap(X\backslash S)\neq\emptyset)\\ + & \iff & \forall n\in\mathbb{N},(B(p;\frac{1}{n})\cap S\neq\emptyset\land B(p;\frac{1}{n})\cap(X\backslash S)\neq\emptyset)\\ + & \iff & d(p,S)=d(p,X\backslash S)=0 +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Interior +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + un espacio topológico y +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + +, el +\series bold +interior +\series default + de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + es el mayor abierto contenido en +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +, es decir, la unión de todos los abiertos contenidos en +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +, y se denota +\begin_inset Formula +\[ +\mathring{S}:=\text{int}S:=\bigcup\{A\in{\cal T}:A\subseteq S\} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Newpage newpage +\end_inset + +Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\mathring{S}=X\backslash\overline{X\backslash S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $p\in\mathring{S}\implies\exists A\in{\cal T}:p\in A\subseteq\mathring{S}\subseteq S\implies A\cap(X\backslash S)=\emptyset\implies p\notin\overline{X\backslash S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\begin{array}{c} +X\backslash S\subseteq\overline{X\backslash S}\implies X\backslash\overline{X\backslash S}\subseteq S\\ +X\backslash\overline{X\backslash S}\in{\cal T} +\end{array}\implies X\backslash\overline{X\backslash S}\subseteq\mathring{S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $S\in{\cal T}\iff S=\mathring{S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\partial S=\overline{S}\backslash\mathring{S}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\partial S=\overline{S}\cap\overline{X\backslash S}=\overline{S}\cap(X\backslash\mathring{S})=\overline{S}\backslash\mathring{S} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $S\in{\cal T}\iff S\cap\partial S=\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $S\in{\cal T}\implies\partial S=\overline{S}\backslash\mathring{S}=\overline{S}\backslash S\implies\partial S\cap S=\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\emptyset=\partial S\cap S=(\overline{S}\backslash\mathring{S})\cap S=S\backslash\mathring{S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $p\in\mathring{S}\iff\exists U\in{\cal E}(p):U\subseteq S$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $S\subseteq T\implies\mathring{S}\subseteq\mathring{T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\bigcap_{i=1}^{n}\mathring{S_{i}}=\mathring{\overbrace{\bigcap_{i=1}^{n}S_{i}}}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\[ +\begin{array}{c} +\mathring{S}\cap\mathring{T}=(X\backslash\overline{X\backslash S})\cap(X\backslash\overline{X\backslash T})=X\backslash(\overline{X\backslash S}\cup\overline{X\backslash T})=\\ +=X\backslash\overline{(X\backslash S)\cup(X\backslash T)}=X\backslash\overline{X\backslash(S\cap T)}=\mathring{\overbrace{S\cap T}} +\end{array} +\] + +\end_inset + +Esto NO se cumple para la unión. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Además, en un espacio métrico, +\begin_inset Formula +\begin{eqnarray*} +p\in\mathring{S} & \iff & \exists r>0:B(p;r)\subseteq S\\ + & \iff & \exists n\in\mathbb{N}:B(p;\frac{1}{n})\subseteq S\\ + & \iff & d(p,X\backslash S)>0 +\end{eqnarray*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Clausura, frontera e interior relativos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Escribimos +\begin_inset Formula $\text{cl}_{X}(S)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\text{int}_{X}(S)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\partial_{X}(S)$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\text{cl}_{H}(S)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\text{int}_{H}(S)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\partial_{H}(S)$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $(H,{\cal T}|_{H})$ +\end_inset + +. + Así, sea +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + un espacio topológico y +\begin_inset Formula $S\subseteq H\subseteq X$ +\end_inset + +: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\text{cl}_{H}(S)=\text{cl}_{X}(S)\cap H$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\subseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sabemos que +\begin_inset Formula $S\subseteq\text{cl}_{X}(S)\cap H\in{\cal C}_{H}$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $\text{cl}_{H}(S)$ +\end_inset + + es el menor cerrado en +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + + que contiene a +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\text{cl}_{H}(S)\subseteq\text{cl}_{X}(S)\cap H$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\supseteq]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $p\in\text{cl}_{X}(S)\cap H$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $U'\in{\cal E}_{H}(p)$ +\end_inset + +, entonces existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}_{X}(p)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $U'=U\cap H$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $p\in\text{cl}_{X}(S)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $U\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + +, ahora bien, +\begin_inset Formula $U'\cap S=U\cap H\cap S=U\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $p\in\text{cl}_{H}(S)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\text{int}_{X}(S)\cap H\subseteq\text{int}_{H}(S)$ +\end_inset + +, y esta inclusión suele ser estricta. +\series bold + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\series default + +\begin_inset Formula $\text{int}_{X}(S)\cap H$ +\end_inset + + es un abierto de +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + + contenido en +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +, y por tanto +\begin_inset Formula $\text{int}_{X}(S)\cap H\subseteq\text{int}_{H}(S)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\partial_{H}(S)\subseteq\partial_{X}(S)\cap H$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula +\begin{multline*} +\begin{array}{c} +\partial_{H}(S)=\text{cl}_{H}(S)\backslash\text{int}_{H}(S)\subseteq(\text{cl}_{X}(S)\cap H)\backslash(\text{int}_{X}(S)\cap H)=\\ +=(\text{cl}_{X}(S)\backslash\text{int}_{X}(S))\cap H=\partial_{X}(S)\cap H +\end{array} +\end{multline*} + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Section +Convergencia +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + una sucesión de puntos de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + +\series bold +converge +\series default + o +\series bold +tiende +\series default + a +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + ( +\begin_inset Formula $x_{n}\rightarrow x$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $\lim x_{n}=x$ +\end_inset + +) si +\begin_inset Formula $\forall U\in{\cal E}(x),\exists n_{U}\in\mathbb{N}:\forall n\geq n_{U},x_{n}\in U$ +\end_inset + +. + En particular, en un espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $x_{n}\rightarrow x\iff\forall\varepsilon>0,\exists n_{\varepsilon}\in\mathbb{N}:\forall n\geq n_{\varepsilon},x_{n}\in B(x;r)$ +\end_inset + +, o lo que es lo mismo, si la sucesión +\begin_inset Formula $\{d(x_{n},x)\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + converge a 0 en +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},d_{u})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + un espacio métrico, +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $x\in X$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $x\in\overline{S}\iff\exists\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}\subseteq S:x_{n}\rightarrow x$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $x\in\overline{S}$ +\end_inset + +, para cada +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $B(x;\frac{1}{n})\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + +, luego podemos tomar +\begin_inset Formula $x_{n}\in B(x;\frac{1}{n})\cap S$ +\end_inset + + y construir así la sucesión. + Entonces +\begin_inset Formula $d(x_{n},x)<\frac{1}{n}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $x_{n}\rightarrow x$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Cualquier +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}(x)$ +\end_inset + + contiene puntos de la sucesión, de forma que +\begin_inset Formula $U\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $x\in\overline{S}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Así pues, en un espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + es denso en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall x\in X,\exists\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}\subseteq S:x_{n}\rightarrow x$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $x\in\partial S$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\exists\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}\subseteq S,\{y_{n}\}_{n=1}^{\infty}\subseteq X\backslash S:x_{n},y_{n}\rightarrow x$ +\end_inset + +. + Estas caracterizaciones sólo son ciertas en espacios métricos, pero no + es espacios topológicos arbitrarios. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tem/n3.lyx b/tem/n3.lyx new file mode 100644 index 0000000..245e95c --- /dev/null +++ b/tem/n3.lyx @@ -0,0 +1,1734 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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E}(f(p)),\exists U\in{\cal E}(p):f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +. + Equivalentemente, si +\begin_inset Formula ${\cal B}(p)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal B}(f(p))$ +\end_inset + + son bases de entornos de +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(p)$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall V\in{\cal B}(f(p)),\exists U\in{\cal B}(p):f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $V\in{\cal B}(f(p))$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +, pero entonces existe +\begin_inset Formula $U'\in{\cal B}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $U'\subseteq U$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f(U')\subseteq f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Dado +\begin_inset Formula $V\in{\cal E}(f(p))$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $V'\in{\cal B}(f(p))$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $V'\subseteq V$ +\end_inset + +, pero existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal B}(p)\subseteq{\cal E}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq V'\subseteq V$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que +\begin_inset Formula $f:(X,d)\rightarrow(Y,d')$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + respecto a las topologías métricas +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal T}_{d'}$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall\varepsilon>0,\exists\delta>0:\forall x\in X,(d(x,p)<\delta\implies d'(f(x),f(p))<\varepsilon)$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Tomando +\begin_inset Formula ${\cal B}(p)=\{B(p;\delta):\delta>0\}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal B}(f(p))=\{B(f(p);r)\}_{r>0}$ +\end_inset + +, la equivalencia es consecuencia de lo anterior y de que +\begin_inset Formula $x\in B(p;\delta)\iff d(x,p)<\delta$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(p)\in B(f(p);\varepsilon)\iff d(f(x),f(p))<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es 1AN, +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}\subseteq X,(x_{n}\rightarrow p\implies f(x_{n})\rightarrow f(p))$ +\end_inset + +. + Además, la implicación a la derecha se cumple para espacios topológicos + arbitrarios. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, dada una sucesión +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}\subseteq X$ +\end_inset + + que converge a +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $V\in{\cal E}(f(p))$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +, y por la convergencia de +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + +, existe un +\begin_inset Formula $n_{U}$ +\end_inset + + tal que si +\begin_inset Formula $n>n_{U}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $x_{n}\in U$ +\end_inset + +, pero entonces +\begin_inset Formula $f(x_{n})\in f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f(x_{n})\rightarrow f(p)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula ${\cal B}(p)$ +\end_inset + + una base de entornos de +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + numerable, si suponemos que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + no es continua, entonces +\begin_inset Formula $\exists V\in{\cal B}(f(p)):\forall U\in{\cal B}(p),f(U)\nsubseteq V$ +\end_inset + +. + Sea ahora +\begin_inset Formula $U_{1}\in{\cal B}(p)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $V_{1}$ +\end_inset + + un entorno de +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + que no contiene a +\begin_inset Formula $U_{1}$ +\end_inset + +. + Podemos tomar +\begin_inset Formula $V'_{1}:=V_{1}\cap U_{1}\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + y existirá +\begin_inset Formula $U_{2}\in{\cal B}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $U_{2}\subseteq V'_{1}$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula ${\cal B}(p)$ +\end_inset + + es numerable, podemos hacer esto sucesivamente ordenando así sus elementos + en una sucesión +\begin_inset Formula $\{U_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + de entornos con +\begin_inset Formula $U_{1}\supseteq U_{2}\supseteq\dots$ +\end_inset + +. + Con esto formamos una sucesión +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x_{i}\in U_{i}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(x_{i})\notin V$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $x_{n}\rightarrow p$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + mientras que +\begin_inset Formula $f(x_{n})\not\rightarrow f(p)$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $Y$ +\end_inset + +, lo que contradice la hipótesis. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})\overset{f}{\rightarrow}(Y,{\cal T}')\overset{g}{\rightarrow}(Z,{\cal T}'')$ +\end_inset + + aplicaciones continuas en +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(p)$ +\end_inset + +, respectivamente, entonces +\begin_inset Formula $g\circ f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dado +\begin_inset Formula $W\in{\cal E}(g(f(p)))$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $f(p)$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $V\in{\cal E}(f(p))$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $g(V)\subseteq W$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $g(f(U))\subseteq g(V)\subseteq W$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f(p)\in\overline{f(S)}$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $V\in{\cal E}(f(p))$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +, pero como +\begin_inset Formula $p\in\overline{S}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $U\cap S\neq\emptyset$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\emptyset\neq f(U\cap S)\subseteq f(U)\cap f(S)\subseteq V\cap f(S)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Continuidad global +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua si lo es en cualquier punto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. + Equivalentemente, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall A\in{\cal T}',f^{-1}(A)\in{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + continua, +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}'$ +\end_inset + +. + Dado +\begin_inset Formula $p\in f^{-1}(A)$ +\end_inset + + arbitrario, entonces +\begin_inset Formula $f(p)\in A\in{\cal E}(f(p))$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua, existe +\begin_inset Formula $V_{p}\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(V_{p})\subseteq A$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $V_{p}\subseteq f^{-1}(A)$ +\end_inset + +. + Pero entonces +\begin_inset Formula $\bigcup_{p\in f^{-1}(A)}V_{p}=f^{-1}(A)\in{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A\in{\cal E}(f(p))$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $p\in f^{-1}(A)$ +\end_inset + +, y como por hipótesis +\begin_inset Formula $f^{-1}(A)\in{\cal T}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f^{-1}(A)\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + es pues el entorno de +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + buscado para que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + sea continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall p\in X,V\in{\cal E}(f(p));f^{-1}(V)\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Trivial. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Cada +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}'$ +\end_inset + + se puede escribir como +\begin_inset Formula $A=\bigcup_{q\in A}V_{q}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $V_{q}\in{\cal E}(q)$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $f^{-1}(A)=f^{-1}(\bigcup_{q\in A}V_{q})=\bigcup_{q\in A}f^{-1}(V_{q})$ +\end_inset + +. + Por tanto, si los +\begin_inset Formula $f^{-1}(V_{q})$ +\end_inset + + son abiertos, +\begin_inset Formula $f^{-1}(A)$ +\end_inset + + también lo es por ser unión arbitraria de abiertos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall C\in{\cal C}_{{\cal T}'},f^{-1}(C)\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua y +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + es cerrado en +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $X\backslash f^{-1}(C)=f^{-1}(Y\backslash C)\in{\cal T}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f^{-1}(C)\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Análoga. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Algunas aplicaciones continuas: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $id:(X,{\cal T})\rightarrow(X,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua si y sólo si +\begin_inset Formula ${\cal T}'\subseteq{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Una aplicación constante siempre es continua. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Toda +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T}_{D})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Toda +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}_{T})$ +\end_inset + + es continua. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Si +\begin_inset Formula $f,g:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + son continuas entonces +\begin_inset Formula $f+g,fg:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + también lo son. + Si además +\begin_inset Formula $g(x)\neq0\forall x\in X$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\frac{f}{g}:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es continua. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Las proyecciones +\begin_inset Formula $\pi_{i}:(\mathbb{R}^{n},d_{u})\rightarrow(\mathbb{R},d_{u})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\pi_{i}(x_{1},\dots,x_{n})=x_{i}$ +\end_inset + + son continuas. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R}^{n},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula $f(x)=(f_{1}(x),\dots,f_{n}(x))$ +\end_inset + +, siendo +\begin_inset Formula $f_{1},\dots,f_{n}:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + las llamadas +\series bold +funciones coordenadas +\series default + de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua si y sólo si +\begin_inset Formula $f_{1},\dots,f_{n}$ +\end_inset + + lo son. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Las funciones polinómicas +\begin_inset Formula $f:(\mathbb{R}^{n},{\cal T}_{u})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + sobre una o varias variables son siempre continuas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para toda aplicación continua +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + y todo +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + + se tiene que +\begin_inset Formula $f(\overline{S})\subseteq\overline{f(S)}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Homeomorfismos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +homeomorfismo +\series default + es una aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + biyectiva, continua y con aplicación inversa continua. + Dos espacios topológicos son +\series bold +homeomorfos +\series default + si existe un homeomorfismo entre ellos, y una +\series bold +propiedad topológica +\series default + es una propiedad de los espacios topológicos invariante por homomorfismos. + Ejemplos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Dos espacios topológicos triviales, o dos discretos, son homeomorfos si + y sólo si existe una aplicación biyectiva entre ellos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +En +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + +, son homeomorfos todos los intervalos de la forma +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $[c,d]$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $(a,b)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(c,d)$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $(a,+\infty)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(b,+\infty)$ +\end_inset + +; +\begin_inset Formula $(-\infty,a)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(-\infty,b)$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $(a,+\infty)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(-\infty,b)$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + + es homeomorfo a cualquier intervalo abierto y acotado, por ejemplo, por + +\begin_inset Formula $\tan:(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2})\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dada una aplicación +\emph on +biyectiva +\emph default + +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + +, son equivalentes: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es un homeomorfismo. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}\iff f(A)\in{\cal T}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $C\in{\cal C_{T}}\iff f(C)\in{\cal C}_{{\cal T}'}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $1\implies2]$ +\end_inset + + Sea +\begin_inset Formula $g:=f^{-1}:Y\rightarrow X$ +\end_inset + + continua y +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f(A)=(f^{-1})^{-1}(A)=g^{-1}(A)\in{\cal T}'$ +\end_inset + +. + Recíprocamente, si +\begin_inset Formula $f(A)\in{\cal T}'$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f^{-1}(f(A))=A\in{\cal T}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $2\implies1]$ +\end_inset + + Para ver que +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua, dado +\begin_inset Formula $A\subseteq X$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $f(A)\in{\cal T}'$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f^{-1}(f(A))=A\in{\cal T}$ +\end_inset + +. + Para ver que +\begin_inset Formula $g:=f^{-1}$ +\end_inset + + es continua, dado +\begin_inset Formula $A\subseteq X$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $g^{-1}(A)=f(A)\in{\cal T}'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 +\begin_inset Formula $1\iff3]$ +\end_inset + + Análogo usando la caracterización de continuidad por cerrados. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es +\series bold +abierta +\series default + si +\begin_inset Formula $\forall A\in{\cal T},f(A)\in{\cal T}'$ +\end_inset + +, y es +\series bold +cerrada +\series default + si +\begin_inset Formula $\forall C\in{\cal C_{T}},f(C)\in{\cal C}_{{\cal T}'}$ +\end_inset + +. + Así, una aplicación biyectiva es un homeomorfismo si y sólo si es continua + y abierta (o continua y cerrada). +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es abierta si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall S\subseteq X,f(\mathring{S})\subseteq\mathring{\overbrace{f(S)}}$ +\end_inset + +, es un homeomorfismo si y sólo si es biyectiva y +\begin_inset Formula $\forall S\subseteq X,f(\mathring{S})=\mathring{\overbrace{f(S)}}$ +\end_inset + +, y es cerrada si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall S\subseteq X,\overline{f(S)}\subseteq f(\overline{S})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Continuidad en subespacios +\end_layout + +\begin_layout Standard +La aplicación inclusión +\begin_inset Formula $i:(H,{\cal T}_{H})\looparrowright(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es continua. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $A\in{\cal T}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $i^{-1}(A)=A\cap H\in{\cal T}_{H}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(X)\subseteq H\subseteq Y$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + si y sólo si +\begin_inset Formula $\hat{f}:(X,{\cal T})\rightarrow(H,{\cal T}_{H})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\hat{f}(x)=f(x)$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. + En particular, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua si y sólo si +\begin_inset Formula $\hat{f}$ +\end_inset + + es continua. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $V'\in{\cal E}_{{\cal T}'_{H}}(f(p))$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $V\in{\cal E}_{{\cal T}'}(f(p))$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $V'=V\cap H$ +\end_inset + +, luego existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}_{{\cal T}}(p)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f(U)\subseteq V$ +\end_inset + +, y entonces +\begin_inset Formula $f'(U)=f(U)=f(U)\cap H\subseteq V\cap H=V'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(H,{\cal T}'_{H})$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, como la inclusión es continua en +\begin_inset Formula $f(p)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f=i\circ\hat{f}$ +\end_inset + + es también continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p\in H\subseteq X$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f|_{H}:(H,{\cal T}_{H})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + también es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. + En particular, si +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua también lo es +\begin_inset Formula $f|_{H}$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Como la inclusión es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f|_{H}=f\circ i$ +\end_inset + + también lo es. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + si y sólo si existe +\begin_inset Formula $U\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f|_{U}$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Basta tomar +\begin_inset Formula $U=X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $f|_{U}:(U,{\cal T}_{U})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $V\in{\cal E}(f(p))$ +\end_inset + +, por la continuidad de +\begin_inset Formula $f|_{U}$ +\end_inset + + existe +\begin_inset Formula $U'\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f|_{U}(U')\subseteq V$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $f(U')=f|_{U}(U')\subseteq V$ +\end_inset + +, lo que prueba la continuidad de +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + una familia de abiertos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $X=\bigcup_{i\in I}A_{i}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $f|_{A_{i}}$ +\end_inset + + es continua para todo +\begin_inset Formula $i\in I$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dado +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + +, existe un +\begin_inset Formula $i_{0}\in I$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $p\in A_{i_{0}}\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + y por la propiedad anterior, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua en +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\{C_{1},\dots,C_{n}\}$ +\end_inset + + una familia finita de cerrados de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $X=\bigcup_{i=1}^{n}C_{i}$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $f|_{C_{i}}$ +\end_inset + + es continua para todo +\begin_inset Formula $i\in1,\dots,n$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dado +\begin_inset Formula $C'\in(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f^{-1}(C')=f^{-1}(C')\cap X=f^{-1}(C')\cap\left(\bigcup_{i=1}^{n}C_{i}\right)=\bigcup_{i=1}^{n}(C_{i}\cap f^{-1}(C'))=\bigcup_{i=1}^{n}f|_{C_{i}}^{-1}(C')$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $f|_{C_{i}}$ +\end_inset + + es continua para cualquier +\begin_inset Formula $i\in\{1,\dots,n\}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $f|_{C_{i}}^{-1}(C')$ +\end_inset + + es cerrado en +\begin_inset Formula $(C_{i},{\cal T}_{C_{i}})$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $C_{i}$ +\end_inset + + es cerrado en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f|_{C_{i}}^{-1}(C')$ +\end_inset + + es cerrado en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula $f^{-1}(C')$ +\end_inset + + es cerrado en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua. +\end_layout + +\begin_layout Section +Continuidad uniforme e isometrías +\end_layout + +\begin_layout Standard +Definimos la +\series bold +oscilación +\series default + de una función +\begin_inset Formula $f:D\subseteq\mathbb{R}\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + en un intervalo +\begin_inset Formula $I\subseteq D$ +\end_inset + + como +\begin_inset Formula +\[ +\theta(f,J)=\begin{cases} +\sup\{f(I)\}-\inf\{f(I)\} & \text{si }f(I)\text{ está acotado}\\ ++\infty & \text{si }f(I)\text{ no está acotado} +\end{cases} +\] + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,d)\rightarrow(Y,d')$ +\end_inset + + es +\series bold +uniformemente continua +\series default + si +\begin_inset Formula $\forall\varepsilon>0,\exists\delta>0:\forall x_{1},x_{2}\in X,(d(x_{1},x_{2})<\delta\implies d'(f(x_{1}),f(x_{2}))<\varepsilon)$ +\end_inset + +. + Toda aplicación uniformemente continua es continua. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Llamamos +\series bold +isometría +\series default + a una aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,d)\rightarrow(Y,d')$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\forall x_{1},x_{2}\in X,(d(x_{1},x_{2})=d'(f(x_{1}),f(x_{2})))$ +\end_inset + +. + Toda isometría es inyectiva y uniformemente continua. + Finalmente, una aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,d)\rightarrow(X,d')$ +\end_inset + + es +\series bold +lipschitziana +\series default + si +\begin_inset Formula $\exists M>0:\forall x,y\in X,d'(f(x),f(y))\leq Md(x,y)$ +\end_inset + +, y es además +\series bold +contráctil +\series default + si podemos encontrar un +\begin_inset Formula $M<1$ +\end_inset + + para el que se cumpla la propiedad. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tem/n4.lyx b/tem/n4.lyx new file mode 100644 index 0000000..574a4a5 --- /dev/null +++ b/tem/n4.lyx @@ -0,0 +1,2144 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package 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+\end_inset + + con +\begin_inset Formula $S\subseteq\bigcup_{i\in I}A_{i}$ +\end_inset + +, y un +\series bold +subrecubrimiento +\series default + es una familia +\begin_inset Formula ${\cal B}\subseteq{\cal A}$ +\end_inset + + que es también recubrimiento de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +. + Un recubrimiento +\begin_inset Formula $\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + + es +\series bold +finito +\series default + si está formado por una cantidad finita de conjuntos, y es +\series bold +abierto +\series default + en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + si cada +\begin_inset Formula $A_{i}$ +\end_inset + + lo es. + Con esto, un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es +\series bold +compacto +\series default + si todo recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + admite un subrecubrimiento finito. +\end_layout + +\begin_layout Section +Subespacios compactos +\end_layout + +\begin_layout Standard +El subespacio +\begin_inset Formula $(K,{\cal T}_{K})$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es compacto si y sólo si todo recubrimiento de +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + admite un subrecubrimiento finito. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento de +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\{A_{i}\cap K\}_{i\in I}$ +\end_inset + + es un recubrimiento de +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $(K,{\cal T}_{K})$ +\end_inset + +, por lo que existe una familia finita +\begin_inset Formula $A_{i_{1}},\dots,A_{i_{r}}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $K=(A_{i_{1}}\cap K)\cup\dots\cup(A_{i_{r}}\cap K)$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $K\subseteq A_{i_{1}}\cup\dots\cup A_{i_{r}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $\{A'_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento de +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $(K,{\cal T}_{K})$ +\end_inset + +, y sea por tanto +\begin_inset Formula $\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + una familia de abiertos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $A'_{i}=A_{i}\cap K$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $K\subseteq\bigcup_{i\in I}A_{i}$ +\end_inset + + y por hipótesis existen +\begin_inset Formula $A_{i_{1}},\dots,A_{i_{r}}$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $K\subseteq A_{i_{1}}\cup\dots\cup A_{i_{r}}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $K=(A_{i_{1}}\cap K)\cup\dots\cup(A_{i_{r}}\cap K)=A'_{i_{1}}\cup\dots\cup A'_{i_{r}}$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + es compacto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por tanto el concepto de compacidad es intrínseco del espacio topológico, + pues no depende del espacio total donde se considere. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo cerrado +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + de un compacto +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es compacto. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula ${\cal A}=\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento de +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula ${\cal A}\cup\{X\backslash C\}$ +\end_inset + + es un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, del que extraemos un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $\{A_{i_{1}},\dots,A_{i_{n}}\}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $C\subseteq X=\{A_{i_{1}},\dots,A_{i_{n}}\}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +teorema de Heine-Borel +\series default + afirma que todo intervalo cerrado y acotado +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es compacto. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula ${\cal A}=\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento de +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + y definimos +\begin_inset Formula $G=\{x\in[a,b]|\exists\{A_{i_{1}},\dots,A_{i_{n}}\}\in{\cal P}_{0}({\cal A}):[a,x]\subseteq A_{i_{1}}\cup\dots\cup A_{i_{n}}\}$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $a\in[a,b]$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $i_{0}\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $a\in A_{i_{0}}\in{\cal T}_{u}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\exists\varepsilon>0:[a,a+\varepsilon)\subseteq A_{i_{0}}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $[a,a+\varepsilon)\subseteq G$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G\neq\emptyset$ +\end_inset + +. + Ahora veamos que +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es cerrado. + Sea +\begin_inset Formula $y\in[a,b]\backslash G$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $y\in[a,b]$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $j_{0}\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $y\in A_{j_{0}}\in{\cal T}_{u}$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $\exists\delta>0:(y-\delta,y+\delta)\subseteq A_{j_{0}}$ +\end_inset + +, e +\begin_inset Formula $(y-\delta,y+\delta)\subseteq[a,b]\backslash G$ +\end_inset + +. + En efecto, si existiera un +\begin_inset Formula $z\in(y-\delta,y+\delta)\cap G$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $z\in G$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $[a,z]\subseteq\bigcup_{j=1}^{n}A_{i_{j}}$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $\{A_{i_{0}},\dots,A_{i_{n}},A_{j_{0}}\}\in{\cal P}_{0}({\cal A})$ +\end_inset + +, entonces para +\begin_inset Formula $t\in(y-\delta,y+\delta)$ +\end_inset + + se tendría +\begin_inset Formula $[a,t]\subseteq\bigcup_{j=1}^{n}A_{i_{j}}\cup A_{j_{0}}$ +\end_inset + +, llegando así a la contradicción de que +\begin_inset Formula $y\in G$ +\end_inset + +. + En consecuencia, +\begin_inset Formula $(y-\delta,y+\delta)\subseteq[a,b]\backslash G$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + es un elemento arbitrario de +\begin_inset Formula $[a,b]\backslash G$ +\end_inset + +, se tiene que +\begin_inset Formula $[a,b]\backslash G$ +\end_inset + + es abierto y por tanto +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es cerrado. + Finalmente, vemos que +\begin_inset Formula $G=[a,b]$ +\end_inset + +. + En efecto, sea +\begin_inset Formula $s=\sup(G)$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es cerrado entonces +\begin_inset Formula $s\in G$ +\end_inset + +. + Supongamos que +\begin_inset Formula $s<b$ +\end_inset + +, entonces existe +\begin_inset Formula $k_{0}\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $s\in A_{k_{0}}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $[s,s+\varepsilon)\subseteq A_{k_{0}}$ +\end_inset + + contradiciendo que sea +\begin_inset Formula $s$ +\end_inset + + el supremo de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. + Y como +\begin_inset Formula $s\in G\implies[a,s]\subseteq G$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $G=[a,b]$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En un espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + donde las bolas cerradas son siempre compactas (como sabemos que ocurre + en +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + por el teorema anterior), todo subespacio cerrado y acotado es compacto. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $C\subseteq X$ +\end_inset + + cerrado y acotado, entonces existen +\begin_inset Formula $x_{0}\in X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $C\subseteq B_{d}(x_{0};r)\subseteq B_{d}[x_{0};r]$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + es un cerrado contenido en el compacto +\begin_inset Formula $B_{d}[x_{0};r]$ +\end_inset + +, es también compacto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo subespacio compacto +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + de un espacio topológico Hausdorff +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es cerrado. + +\series bold +Demostración: +\series default + Probamos que +\begin_inset Formula $X\backslash K$ +\end_inset + + es abierto, para lo cual vemos que todos sus puntos son interiores, es + decir, +\begin_inset Formula $\forall p\in X\backslash K,\exists A\in{\cal E}(p):A\subseteq X\backslash K$ +\end_inset + +. + Dado +\begin_inset Formula $p\in X\backslash K$ +\end_inset + +, para cada +\begin_inset Formula $x\in K$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $p\neq x$ +\end_inset + +, la condición de Hausdorff nos asegura que existen +\begin_inset Formula $A_{x}\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B_{x}\in{\cal E}(x)$ +\end_inset + + disjuntos. + Ahora bien, +\begin_inset Formula $\{B_{x}\}_{x\in K}$ +\end_inset + + es un recubrimiento de +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + del que podemos extraer un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $B_{x_{1}},\dots,B_{x_{r}}$ +\end_inset + + para ciertos +\begin_inset Formula $x_{1},\dots,x_{r}\in K$ +\end_inset + +. + Sea entonces +\begin_inset Formula $A:=\bigcap_{i=1}^{r}A_{x_{i}}\in{\cal E}(p)$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $a\in A$ +\end_inset + +, para cada +\begin_inset Formula $i\in\{1,\dots,r\}$ +\end_inset + + se tiene que +\begin_inset Formula $a\in A_{x_{i}}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $a\notin B_{x_{i}}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $a\notin K$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $A\subseteq X\backslash K$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo subespacio compacto +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + de un espacio métrico +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es acotado. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dado +\begin_inset Formula $a\in X$ +\end_inset + +, para todo +\begin_inset Formula $x\in K$ +\end_inset + + existe un +\begin_inset Formula $n_{x}\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d(x,a)<n_{x}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $\{B(a;n)\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + es un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $K$ +\end_inset + + del que podemos extraer un subrecubrimiento finito +\begin_inset Newline newline +\end_inset + + +\begin_inset Formula $\{B(a;n_{1}),\dots,B(a;n_{r})\}$ +\end_inset + +, pero entonces +\begin_inset Formula $K\subseteq B(a;n_{1})\cup\dots\cup B(a;n_{r})=B(a;\max\{n_{1},\dots,n_{r}\})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De las tres últimas proposiciones se tiene que si +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es un espacio métrico donde las bolas cerradas son siempre compactas, entonces + un subespacio de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T}_{d})$ +\end_inset + + es compacto si y sólo si es cerrado y acotado en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Productos finitos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dados dos espacios topológicos +\begin_inset Formula $(X_{1},{\cal T}_{1})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(X_{2},{\cal T}_{2})$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +espacio topológico producto +\series default + +\begin_inset Formula $(X_{1},{\cal T}_{1})\times(X_{2},{\cal T}_{2})=(X_{1}\times X_{2},{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2})$ +\end_inset + + a aquel en el que +\begin_inset Formula $G\in{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2}\iff\forall(x_{1},x_{2})\in G,\exists A_{1}\in{\cal T}_{1},A_{2}\in{\cal T}_{2}:(x_{1},x_{2})\in A_{1}\times A_{2}\subseteq G$ +\end_inset + +. + Veamos que en efecto este es un espacio topológico. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +\begin_inset Formula $\emptyset,X_{1}\times X_{2}\in{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sean +\begin_inset Formula $G,G'\in{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2}$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $(x_{1},x_{2})\in G\cap G'$ +\end_inset + +, existen +\begin_inset Formula $A_{1}\in{\cal T}_{1},A_{2}\in{\cal T}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $(x_{1},x_{2})\in A_{1}\times A_{2}\subseteq G$ +\end_inset + +, y análogamente, existen +\begin_inset Formula $A'_{1}\in{\cal T}_{1},A'_{2}\in{\cal T}_{2}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $A'_{1}\times A'_{2}\subseteq G'$ +\end_inset + +. + Por tanto +\begin_inset Formula $(x_{1},x_{2})\in(A_{1}\cap A'_{1})\times(A_{2}\cap A'_{2})\subseteq G\cap G'$ +\end_inset + +. + En efecto, si +\begin_inset Formula $(p_{1},p_{2})\in(A_{1}\cap A'_{1})\times(A_{2}\cap A'_{2})$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $p_{1}\in A_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $p_{2}\in A_{2}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $(p_{1},p_{2})\in A_{1}\times A_{2}\subseteq G$ +\end_inset + +, y análogamente +\begin_inset Formula $(p_{1},p_{2})\in G'$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Sea +\begin_inset Formula $\{G_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + una familia de abiertos de +\begin_inset Formula ${\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(x_{1},x_{2})\in\bigcup_{i\in I}G_{i}$ +\end_inset + +, entonces existe +\begin_inset Formula $j\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $(x_{1},x_{2})\in G_{j}\in{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2}$ +\end_inset + +, de modo que existen +\begin_inset Formula $A_{j1}\in{\cal T}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A_{j2}\in{\cal T}_{2}$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $(x_{1},x_{2})\in A_{j1}\times A_{j2}\subseteq G_{j}\subseteq\bigcup_{i\in I}G_{i}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $G\subseteq X_{1}\times X_{2}$ +\end_inset + + es abierto en +\begin_inset Formula $(X_{1}\times X_{2},{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2})$ +\end_inset + + si y sólo si existen un conjunto de índices +\begin_inset Formula $I$ +\end_inset + + y abiertos +\begin_inset Formula $A_{i1}\in{\cal T}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A_{i2}\in{\cal T}_{2}$ +\end_inset + + para cada +\begin_inset Formula $i\in I$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $G=\bigcup_{i\in I}(A_{i1}\times A_{i2})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $G\in{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2}$ +\end_inset + +, para cada +\begin_inset Formula $x=(x_{1},x_{2})\in G$ +\end_inset + + existen +\begin_inset Formula $A_{x_{1}}\in{\cal T}_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A_{x_{2}}\in{\cal T}_{2}$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $x=A_{x_{1}}\times A_{x_{2}}\subseteq G$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $G=\bigcup_{x\in G}\{x\}\subseteq\bigcup_{x\in G}(A_{x_{1}}\times A_{x_{2}})\subseteq G$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $G=\bigcup_{i\in I}(A_{i1}\times A_{i2})$ +\end_inset + +, entonces todo punto de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + se encuentra en algún +\begin_inset Formula $A_{j1}\times A_{j2}$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + cumple la definición de abierto de la topología producto. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +teorema de Tíjonov +\series default + o +\series bold +Tychonoff +\series default + afirma que +\begin_inset Formula $(X\times Y,{\cal T}\times{\cal T}')$ +\end_inset + + es compacto si y sólo si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + son compactos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $(X\times Y,{\cal T}\times{\cal T}')$ +\end_inset + + es compacto, sea +\begin_inset Formula ${\cal A}=\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\{A_{i}\times Y\}_{i\in I}$ +\end_inset + + es un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X\times Y$ +\end_inset + + del que podemos extraer un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $\{A_{1}\times Y,\dots,A_{r}\times Y\}$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $\{A_{1},\dots,A_{r}\}$ +\end_inset + + es un subrecubrimiento finito de +\begin_inset Formula ${\cal A}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + compactos, +\begin_inset Formula ${\cal W}$ +\end_inset + + un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X\times Y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal G}$ +\end_inset + + la familia de subconjuntos +\begin_inset Formula $S\subseteq X$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $S\times Y$ +\end_inset + + puede ser recubierto por una cantidad finita de abiertos de +\begin_inset Formula ${\cal W}$ +\end_inset + +, hemos de demostrar que +\begin_inset Formula $X\in{\cal G}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize +Sean +\begin_inset Formula $S,S'\in{\cal G}$ +\end_inset + +, entonces existen +\begin_inset Formula ${\cal X}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal X}'$ +\end_inset + + subrecubrimientos finitos de +\begin_inset Formula $S\times Y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S'\times Y$ +\end_inset + +, respectivamente, por lo que +\begin_inset Formula ${\cal X}\cup{\cal X}'$ +\end_inset + + es un subrecubrimiento finito de +\begin_inset Formula $(S\cup S')\times Y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S\cup S'\in{\cal G}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Dado +\begin_inset Formula $x\in X$ +\end_inset + +, para cada +\begin_inset Formula $y\in Y$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula ${\cal W}$ +\end_inset + + es un recubrimiento de +\begin_inset Formula $X\times Y$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $W_{y}\in{\cal W}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $(x,y)\in W_{y}$ +\end_inset + +, de modo que podemos encontrar +\begin_inset Formula $A_{y}\in{\cal T}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B_{y}\in{\cal T}'$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $(x,y)\in A_{y}\times B_{y}\subseteq W_{y}$ +\end_inset + +. + Así, +\begin_inset Formula $\{B_{y}\}_{y\in Y}$ +\end_inset + + es un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $Y$ +\end_inset + + del que podemos obtener un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $\{B_{y_{1}},\dots,B_{y_{r}}\}$ +\end_inset + +. + Sea entonces +\begin_inset Formula $A_{x}=A_{y_{1}}\cap\dots\cap A_{y_{r}}$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $A_{x}\times Y=A_{x}\times(\bigcup_{i=1}^{r}B_{y_{i}})=\bigcup_{i=1}^{r}(A_{x}\times B_{y_{i}})\subseteq\bigcup_{i=1}^{r}(A_{y_{i}}\times B_{y_{i}})\subseteq\bigcup_{i=1}^{r}W_{y_{i}}$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $A_{x}\in{\cal G}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Por lo segundo, tenemos un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + de la forma +\begin_inset Formula $\{A_{x}\}_{x\in X}$ +\end_inset + + donde cada +\begin_inset Formula $A_{x}\in{\cal G}$ +\end_inset + +, por lo que podemos encontrar un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $X=A_{x_{1}}\cup\dots\cup A_{x_{k}}$ +\end_inset + +, y por lo primero esto implica +\begin_inset Formula $X\in{\cal G}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Standard +De esto, junto con el apartado anterior, se obtiene la versión general del + teorema de Heine-Borel, que afirma que un subespacio de +\begin_inset Formula $(\mathbb{R}^{n},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es compacto si y sólo si es cerrado y acotado para alguna de las métricas + +\begin_inset Formula $d_{T}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d_{E}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d_{\infty}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Compacidad y continuidad +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua y +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es compacto entonces +\begin_inset Formula $f(X)$ +\end_inset + + es compacto. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula ${\cal A}=\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento de +\begin_inset Formula $f(X)$ +\end_inset + + por abiertos de +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $\{f^{-1}(A_{i})\}_{i\in I}$ +\end_inset + + es un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, que admite pues un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $\{f^{-1}(A_{1}),\dots,f^{-1}(A_{r})\}$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $\{A_{1},\dots,A_{r}\}$ +\end_inset + + es un subrecubrimiento finito de +\begin_inset Formula ${\cal A}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $f(X)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Esto significa que la compacidad es una propiedad topológica, es decir, + si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + son homeomorfos y +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es compacto, +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + también lo es. + También significa que, si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es compacto, toda función continua +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,d')$ +\end_inset + + es cerrada y acotada. + En particular toda +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + continua alcanza su máximo y su mínimo en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, y si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})=([a,b],{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $f([a,b])$ +\end_inset + + es un intervalo cerrado y acotado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +teorema de la continuidad de la función inversa +\series default + afirma que toda +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + biyectiva y continua, siendo +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + compacto e +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + Hausdorff, es un homeomorfismo. + +\series bold +Demostración: +\series default + Basta probar que +\begin_inset Formula $g:=f^{-1}$ +\end_inset + + es continua. + Así, +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + lleva compactos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + a compactos de +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + +, pero dado +\begin_inset Formula $C\in{\cal C_{T}}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + es compacto, +\begin_inset Formula $f(C)$ +\end_inset + + también y por ser +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + Hausdorff, +\begin_inset Formula $f(C)$ +\end_inset + + es cerrado. + Hemos probado que dado +\begin_inset Formula $C\subseteq X$ +\end_inset + + cerrado, +\begin_inset Formula $g^{-1}(C)=f(C)$ +\end_inset + + es cerrado, luego +\begin_inset Formula $g$ +\end_inset + + es continua. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por tanto toda aplicación +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + inyectiva y continua, siendo +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + compacto e +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + Hausdorff, es un homeomorfismo entre +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(f(X),{\cal T}'_{f(X)})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Toda +\begin_inset Formula $f:(X,d)\rightarrow(Y,d')$ +\end_inset + + continua, siendo +\begin_inset Formula $(X,{\cal T}_{d})$ +\end_inset + + compacto, es uniformemente con +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +ti +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +nua. + +\series bold +Demostración: +\series default + Dado +\begin_inset Formula $\varepsilon>0$ +\end_inset + +, para +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $\delta_{p}>0$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\forall y\in X,(d(p,y)<\delta_{p}\implies d'(f(p),f(y))<\frac{\varepsilon}{2})$ +\end_inset + +. + Sea ahora +\begin_inset Formula $\delta'_{p}:=\frac{\delta_{p}}{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\{B(p;\delta'_{p})\}_{p\in X}$ +\end_inset + + un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, podemos extraer un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $\{B(p_{1};\delta'_{p_{1}}),\dots,B(p_{r};\delta'_{p_{r}})\}$ +\end_inset + +, y llamamos +\begin_inset Formula $\delta:=\min\{\delta'_{p_{1}},\dots,\delta'_{p_{r}}\}$ +\end_inset + +. + Sean +\begin_inset Formula $x,y\in X$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d(x,y)<\delta$ +\end_inset + +, entonces existe +\begin_inset Formula $i\in\{1,\dots r\}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d(x,p_{i})<\delta_{p_{i}}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $d(y,p_{i})\leq d(y,x)+d(x,p_{i})<\delta+\delta'_{p_{i}}\leq2\delta'_{p_{i}}=\delta_{p_{i}}$ +\end_inset + +. + Así, +\begin_inset Formula $d'(f(x),f(p_{i}))<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d'(f(y),f(p_{i}))<\frac{\varepsilon}{2}$ +\end_inset + +, y por tanto +\begin_inset Formula $d'(f(y),f(x))\leq d'(f(y),f(p_{i}))+d'(f(p_{i}),f(x))<\varepsilon$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Compacidad por sucesiones +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es +\series bold +compacto por sucesiones +\series default +si toda sucesión admite una subsucesión convergente. + Ahora probaremos que todo espacio métrico compacto es compacto por sucesiones, + y viceversa. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Primero probamos que si +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + es una sucesión en +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + es un punto de acumulación de ella, +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + posee una subsucesión convergente a +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. + En efecto, sea +\begin_inset Formula $S=\{x_{n}\}_{n\in\mathbb{N}}$ +\end_inset + + el conjunto de puntos, para todo +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + debe ser +\begin_inset Formula $(B(p;r)\backslash\{p\})\cap S$ +\end_inset + + infinito, pues si fuera finito +\begin_inset Formula $\{x_{n_{1}},\dots,x_{n_{r}}\}$ +\end_inset + + podríamos escoger +\begin_inset Formula $r'>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $r'<d(p,x_{n_{i}})\forall i$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $(B(p;r')\backslash\{p\})\cap S=\emptyset$ +\end_inset + +, lo que contradice que +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + sea punto de acumulación. + Ahora bien, si para +\begin_inset Formula $k=1$ +\end_inset + + tomamos +\begin_inset Formula $r=1$ +\end_inset + + existirá +\begin_inset Formula $x_{n_{1}}\in B(p;1)$ +\end_inset + +, y si tenemos +\begin_inset Formula $x_{n_{k}}\in B(p;\frac{1}{k})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $n_{k}>n_{k-1}$ +\end_inset + + entonces como +\begin_inset Formula $B(p;\frac{1}{k+1})\cap S$ +\end_inset + + es infinito, podemos tomar +\begin_inset Formula $x_{n_{k+1}}\in B(p;\frac{1}{k+1})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $n_{k+1}>n_{k}$ +\end_inset + +, formando una subsucesión +\begin_inset Formula $\{x_{n_{k}}\}_{k}$ +\end_inset + + que converge a +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. + Esto también vale para cualquier espacio topológico 1AN y Hausdorff. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Ahora vemos que todo subconjunto infinito +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + compacto tiene al menos un punto de acumulación. + Supongamos que no los tiene, es decir, +\begin_inset Formula $\forall p\in X,\exists U_{p}\in{\cal E}(p):(U_{p}\backslash\{p\})\cap S=\emptyset$ +\end_inset + +. + Entonces podríamos considerar el recubrimiento abierto +\begin_inset Formula $\{U_{p}\}_{p\in X}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, del que podemos extraer un subrecubrimiento finito +\begin_inset Formula $\{U_{p_{1}},\dots,U_{p_{r}}\}$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $S=S\cap X=S\cap(U_{p_{1}}\cup\dots\cup U_{p_{r}})=(S\cap U_{p_{1}})\cup\dots\cup(S\cap U_{p_{r}})\subseteq\{p_{1},\dots,p_{r}\}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Con esto podemos probar que todo espacio métrico compacto es compacto por + sucesiones. + Supongamos que +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es compacto y sea +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + una sucesión en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. + Ahora sea +\begin_inset Formula $S=\{x_{n}\}_{n\in\mathbb{N}}$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + es finito, debe existir +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + que se repite infinitas veces en la sucesión, y estos términos forman una + subsucesión constante y por tanto convergente. + Si es infinito, posee un punto de acumulación y por tanto tiene una subsucesión + convergente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Observamos que toda sucesión acotada en +\begin_inset Formula $\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d_{T}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d_{E}$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $d_{\infty}$ +\end_inset + + posee una subsucesión convergente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es +\series bold +precompacto +\series default + o +\series bold +totalmente acotado +\series default + si para cada +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + existe una cantidad finita de puntos +\begin_inset Formula $\{x_{1},\dots,x_{m}\}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $X=B(x_{1};r)\cup\dots\cup B(x_{m};r)$ +\end_inset + +. + Esta definición es casi igual a la de compacto, pero no se considera un + recubrimiento abierto cualquiera sino solo los de la forma +\begin_inset Formula $\{B(p;r)\}_{p\in X}$ +\end_inset + +. + Así, todo espacio métrico compacto es precompacto, y todo espacio precompacto + es acotado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo espacio métrico compacto por sucesiones es precompacto. + Sea +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + un espacio métrico compacto por sucesiones tal que +\begin_inset Formula $\exists r>0:\forall S\subseteq X,X\neq\bigcup_{x\in S}B(x;r)$ +\end_inset + +, y construiremos una sucesión +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + de la siguiente forma. + Sea +\begin_inset Formula $x_{1}\in X$ +\end_inset + + cualquiera y supongamos que hemos construido +\begin_inset Formula $x_{1},\dots,x_{m}$ +\end_inset + + de modo que +\begin_inset Formula $d(x_{i},x_{j})>r\forall i,j\leq m,i\neq j$ +\end_inset + +, y como por la hipótesis +\begin_inset Formula $X\neq\bigcup_{i=1}^{m}B(x_{i};r)$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $x_{m+1}\in X\backslash\bigcup_{i=1}^{m}B(x_{i};r)$ +\end_inset + + y tenemos por inducción una sucesión tal que +\begin_inset Formula $d(x_{i},x_{j})>r\forall i\neq j$ +\end_inset + +. + Ahora bien, por la compacidad por sucesiones ha de existir una subsucesión + +\begin_inset Formula $\{x_{n_{k}}\}_{k=1}^{\infty}$ +\end_inset + + convergente a un +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + +, pero entonces existe +\begin_inset Formula $k_{0}\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $d(p,x_{n_{k}})<\frac{r}{2}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $k\geq k_{0}$ +\end_inset + + y entonces +\begin_inset Formula $d(x_{n_{k}},x_{n_{k+1}})\leq r$ +\end_inset + +, lo cual es absurdo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo espacio métrico precompacto es separable. + Si +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es precompacto, para +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + existen +\begin_inset Formula $\{x_{1n},\dots,x_{r_{n}n}\}$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $X=\bigcup_{i=1}^{r_{n}}B(x_{in};\frac{1}{n})$ +\end_inset + +. + El conjunto +\begin_inset Formula $D=\{x_{in}\}_{n\in\mathbb{N},1\leq i\leq r_{n}}$ +\end_inset + + es numerable por ser unión numerable de conjuntos finitos. + Probaremos que es denso viendo que, dado +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + +, se tiene +\begin_inset Formula $p\in\overline{D}$ +\end_inset + +. + Para todo +\begin_inset Formula $n\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + existe +\begin_inset Formula $x_{in}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $p\in B(x_{in};\frac{1}{n})$ +\end_inset + +, pero entonces +\begin_inset Formula $x_{in}\in B(p;\frac{1}{n})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B(p;\frac{1}{n})$ +\end_inset + + corta a +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $D$ +\end_inset + + corta a todos los entornos de la base +\begin_inset Formula $\{B(p;\frac{1}{n})\}_{n\in\mathbb{N}}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado un recubrimiento abierto +\begin_inset Formula ${\cal A}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + es un +\series bold +número de Lebesgue +\series default + de +\begin_inset Formula ${\cal A}$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall p\in X,\exists A_{p}\in{\cal A}:B(p;r)\subseteq A_{p}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +lema de Lebesgue +\series default + afirma que si +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es compacto por sucesiones entonces todo recubrimiento abierto admite un + número de Lebesgue. + Sea +\begin_inset Formula ${\cal A}=\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + que no admite un número de Lebesgue. + Entonces +\begin_inset Formula $\forall r>0,\exists p\in X:\forall i\in I,B(p;r)\nsubseteq A_{i}$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $\{x_{n}\}_{n\in\mathbb{N}}\subseteq X$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $B(x_{n};\frac{1}{n})\nsubseteq A_{i}\forall i\in I$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + es compacto por sucesiones, existirá +\begin_inset Formula $\{x_{n_{k}}\}_{k\in\mathbb{N}}$ +\end_inset + + convergente a un +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $i_{0}\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $p\in A_{i_{0}}\in{\cal T}_{d}$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $r_{0}>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $B(p;r_{0})\subseteq A_{i_{0}}$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $N\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d(p,x_{N})<\frac{r_{0}}{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\frac{1}{N}<\frac{r_{0}}{2}$ +\end_inset + +. + Ahora, tomando +\begin_inset Formula $t\in B(x_{N};\frac{1}{N})$ +\end_inset + + vemos que +\begin_inset Formula $d(p,y)\leq d(p,x_{N})+d(x_{N},y)<r_{0}$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $y\in B(p;r_{0})\subseteq A_{i_{0}}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $B(x_{N};\frac{1}{N})\subseteq B(p;r_{0})$ +\end_inset + +, lo cual es absurdo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que todo espacio métrico compacto por sucesiones es compacto. + Sean +\begin_inset Formula $(X,d)$ +\end_inset + + un espacio métrico compacto por sucesiones y +\begin_inset Formula ${\cal A}=\{A_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + un recubrimiento abierto de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. + Sea +\begin_inset Formula $\varepsilon$ +\end_inset + + un número de Lebesgue para +\begin_inset Formula ${\cal A}$ +\end_inset + +. + Entonces existe un recubrimiento finito de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + mediante bolas +\begin_inset Formula $\{B(x_{1};\varepsilon),\dots,B(x_{r};\varepsilon)\}$ +\end_inset + + de radio +\begin_inset Formula $\varepsilon$ +\end_inset + +. + Pero como cada bola +\begin_inset Formula $B(x_{i};\varepsilon)$ +\end_inset + + ha de estar contenida en un abierto +\begin_inset Formula $A_{i}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula ${\cal A}$ +\end_inset + +, tendremos que +\begin_inset Formula $\{A_{1},\dots,A_{r}\}$ +\end_inset + + es un subrecubrimiento finito de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tem/n5.lyx b/tem/n5.lyx new file mode 100644 index 0000000..93b40a3 --- /dev/null +++ b/tem/n5.lyx @@ -0,0 +1,1516 @@ +#LyX 2.3 created this file. 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+\end_inset + + de subconjuntos abiertos no vacíos con +\begin_inset Formula $A\dot{\cup}B=X$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es +\series bold +conexo +\series default + si no admite ninguna separación por abiertos, y de lo contrario es +\series bold +disconexo +\series default +\SpecialChar endofsentence + Equivalentemente, +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es conexo si y sólo si no existe ningún par de cerrados +\begin_inset Formula $\{C,D\}$ +\end_inset + + no vacíos con +\begin_inset Formula $C\dot{\cup}D=X$ +\end_inset + +, si y sólo si los únicos subconjuntos de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + abiertos y cerrados al mismo tiempo son el total y el vacío. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es conexo si y sólo si toda aplicación continua +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(\{0,1\},{\cal T}_{D})$ +\end_inset + + es constante. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + conexo y supongamos que existe +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(\{0,1\},{\cal T}_{D})$ +\end_inset + + continua no constante. + Entonces existen +\begin_inset Formula $p,q\in X$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(p)=0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(q)=1$ +\end_inset + +. + Como +\begin_inset Formula $\{0\}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\{1\}$ +\end_inset + + son abiertos, +\begin_inset Formula $A=f^{-1}(\{0\})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B=f^{-1}(\{1\})$ +\end_inset + + forman una separación por abiertos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + disconexo y +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + + abiertos no vacíos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $A\dot{\cup}B=X$ +\end_inset + +. + Si definimos +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(\{0,1\},{\cal T}_{D})$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $f(p)=0$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $p\in A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(p)=1$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $p\in B$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $f$ +\end_inset + + es continua porque la imagen inversa de todo abierto es abierto, pero no + es constante. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es conexo si y sólo si toda aplicación continua cumple que +\begin_inset Formula $\forall x,y\in X,c\in(f(x),f(y));\exists z\in X:f(z)=c$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Supongamos que existe +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + tal que existen +\begin_inset Formula $x,y\in X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $c\in\mathbb{R}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(x)<c<f(y)$ +\end_inset + + pero +\begin_inset Formula $c\notin f(X)$ +\end_inset + +. + Entonces +\begin_inset Formula $f^{-1}(-\infty,c)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f^{-1}(c,+\infty)$ +\end_inset + + forman una separación por abiertos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + (ningún +\begin_inset Formula $x\in X$ +\end_inset + + va a parar a +\begin_inset Formula $(-\infty,c)$ +\end_inset + + y a +\begin_inset Formula $(c,+\infty)$ +\end_inset + + a la vez). +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + disconexo, entonces existe +\begin_inset Formula $g:(X,{\cal T})\rightarrow(\{0,1\},{\cal T}_{D})$ +\end_inset + + no constante. + Si componemos esto con la inclusión +\begin_inset Formula $\{0,1\}\looparrowright\mathbb{R}$ +\end_inset + +, obtenemos +\begin_inset Formula $x,y\in X$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(x)=0$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(y)=1$ +\end_inset + +, y si tomamos +\begin_inset Formula $c=\frac{1}{2}$ +\end_inset + + entre +\begin_inset Formula $f(x)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(y)$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $c\notin f(X)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es conexo y +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua entonces +\begin_inset Formula $(f(X),{\cal T}'|_{f(X)})$ +\end_inset + + es conexo. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + + abierto y cerrado en +\begin_inset Formula $(f(X),{\cal T}'|_{f(X)})$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua, +\begin_inset Formula $f^{-1}(B)$ +\end_inset + + es abierto y cerrado en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +, por lo que es el total o el vacío y por tanto +\begin_inset Formula $B=f(X)$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $B=\emptyset$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + son homeomorfos y uno es conexo, el otro también, y si +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(Y,{\cal T}')$ +\end_inset + + es continua y +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es conexo, la gráfica +\begin_inset Formula $\{(x,f(x))\}_{x\in X}$ +\end_inset + + es conexa, pues es homeomorfa a +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Subespacios conexos de +\begin_inset Formula $\mathbb{R}$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +teorema de Bolzano +\series default + afirma que si +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es continua y +\begin_inset Formula $f(a)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(b)$ +\end_inset + + son de signos opuestos, existe +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(x)=0$ +\end_inset + +. + El +\series bold +teorema de los valores intermedios +\series default + o +\series bold +primer teorema de Weierstrass +\series default + afirma que si +\begin_inset Formula $f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ +\end_inset + + es continua y +\begin_inset Formula $c\in\mathbb{R}$ +\end_inset + + cumple +\begin_inset Formula $f(a)\leq c\leq f(b)$ +\end_inset + + entonces existe +\begin_inset Formula $x\in[a,b]$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f(x)=c$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $S\subseteq\mathbb{R}$ +\end_inset + + no vacío es un +\series bold +intervalo +\series default + si y sólo si +\begin_inset Formula $\forall x,y\in S,z\in\mathbb{R};(x<z<y\implies z\in S)$ +\end_inset + +. + Un subespacio de +\begin_inset Formula $(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es conexo si y sólo si es un intervalo. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + no es un intervalo, existen +\begin_inset Formula $x,y\in S$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $z\in\mathbb{R}\backslash S$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x<z<y$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $S\cap(-\infty,z)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $S\cap(z,+\infty)$ +\end_inset + + es una separación por abiertos no vacíos de +\begin_inset Formula $(S,{\cal T}_{u}|_{S})$ +\end_inset + + y por tanto es disconexo. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sea +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + un intervalo y supongamos que no es conexo. + Entonces existe +\begin_inset Formula $f:(S,{\cal T}_{u}|_{S})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + tal que existen +\begin_inset Formula $x,y\in S$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $x<y$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $f(x)\neq f(y)$ +\end_inset + + y existe +\begin_inset Formula $c\in(f(x),f(y))$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $c\notin f(S)$ +\end_inset + +. + Pero entonces existe +\begin_inset Formula $f:([x,y],{\cal T}_{u}|_{[x,y]})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + que no cumple el teorema de los valores intermedios. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que si +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es conexo y +\begin_inset Formula $f:(X,{\cal T})\rightarrow(\mathbb{R},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es continua entonces +\begin_inset Formula $f(X)$ +\end_inset + + es un intervalo. +\end_layout + +\begin_layout Section +Propiedades +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + + es un subespacio conexo de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + entonces todo +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $H\subseteq S\subseteq\overline{H}$ +\end_inset + + es conexo. + +\series bold +Demostración: +\series default + Supongamos que existen abiertos no vacíos +\begin_inset Formula $A'$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B'$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $(S,{\cal T}_{S})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $A'\dot{\cup}B'=S$ +\end_inset + +. + Entonces existen +\begin_inset Formula $A,B\in{\cal T}$ +\end_inset + + no vacíos con +\begin_inset Formula $A'=A\cap S$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $B'=B\cap S$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $(A\cap H)\cap(B\cap H)=(A'\cap H)\cap(B'\cap H)=A'\cap B'\cap H=\emptyset$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(A\cap H)\cup(B\cap H)=(A'\cap H)\cup(B'\cap H)=(A'\cup B')\cap H=S\cap H=H$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $(H,{\cal T}|_{H})$ +\end_inset + + es conexo, debe ser +\begin_inset Formula $A\cap H=\emptyset$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $B\cap H=\emptyset$ +\end_inset + +. + Si por ejemplo +\begin_inset Formula $A\cap H=\emptyset$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $A'\neq\emptyset$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $p\in A'=A\cap S\subseteq A\cap\overline{H}$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es un entorno de +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + que no corta a +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + + por lo que +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + no puede estar en +\begin_inset Formula $\overline{H}$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +De aquí que la clausura de un subespacio conexo es conexa. + Veamos ahora el +\series bold +criterio del peine +\series default +, que afirma que dado un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\{H_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + una familia de subespacios conexos para la que existe +\begin_inset Formula $i_{0}\in I$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $H_{i}\cap H_{i_{0}}\neq\emptyset$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $i\in I$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $H:=\bigcup_{i\in I}H_{i}$ +\end_inset + + es conexo. + +\series bold +Demostración: +\series default + Primero vemos que dado +\begin_inset Formula $C\subseteq X$ +\end_inset + + conexo y +\begin_inset Formula $\{A,B\}$ +\end_inset + + una separación de +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + por abiertos entonces +\begin_inset Formula $C\subseteq A$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $C\subseteq B$ +\end_inset + +. + En efecto, si no fuera así se tendría +\begin_inset Formula $C\cap A\neq\emptyset$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $C\cap B\neq\emptyset$ +\end_inset + +, y +\begin_inset Formula $C=(C\cap A)\cup(C\cap B)$ +\end_inset + + siendo +\begin_inset Formula $C\cap A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $C\cap B$ +\end_inset + + abiertos en +\begin_inset Formula $(C,{\cal T}_{C})$ +\end_inset + + no vacíos con +\begin_inset Formula $(C\cap A)\cap(C\cap B)=C\cap(A\cap B)=\emptyset$ +\end_inset + +, contradiciendo que +\begin_inset Formula $C$ +\end_inset + + sea conexo. + Ahora bien, si +\begin_inset Formula $\{A,B\}$ +\end_inset + + es una separación por abiertos de +\begin_inset Formula $(H,{\cal T}_{H})$ +\end_inset + +, dado +\begin_inset Formula $i\in I$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $H_{i}\subseteq B$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $H_{i}\subseteq A$ +\end_inset + +. + Supongamos +\begin_inset Formula $H_{i_{0}}\subseteq A$ +\end_inset + +. + Como para cualquier +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + se tiene +\begin_inset Formula $H_{i}\cap H_{i_{0}}\neq\emptyset$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A\cap B=\emptyset$ +\end_inset + + no puede ser +\begin_inset Formula $H_{i}\subseteq B$ +\end_inset + +, luego cada +\begin_inset Formula $H_{i}\subseteq A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $H=\bigcup_{i\in I}H_{i}\subseteq A$ +\end_inset + +, con lo que +\begin_inset Formula $B=\emptyset$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $H$ +\end_inset + + es conexo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En particular, si +\begin_inset Formula $\{H_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + es una familia de subespacios conexos de +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\bigcap_{i\in I}H_{i}\neq\emptyset$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $H:=\bigcup_{i\in I}H_{i}$ +\end_inset + + es conexo, y si +\begin_inset Formula $H_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $H_{2}$ +\end_inset + + son conexos con +\begin_inset Formula $H_{1}\cap H_{2}\neq\emptyset$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $H_{1}\cup H_{2}$ +\end_inset + + es conexo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El espacio producto +\begin_inset Formula $(X_{1}\times X_{2},{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2})$ +\end_inset + + es conexo si y sólo si +\begin_inset Formula $(X_{1},{\cal T}_{1})$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $(X_{2},{\cal T}_{2})$ +\end_inset + + son conexos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Se deriva de que las proyecciones son continuas. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $X_{1},X_{2}\neq\emptyset$ +\end_inset + + (de lo contrario +\begin_inset Formula $X_{1}\times X_{2}=\emptyset$ +\end_inset + + y la propiedad es cierta), dado +\begin_inset Formula $p_{2}\in X_{2}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $X_{1}\times\{p_{2}\}$ +\end_inset + + es homeomorfo a +\begin_inset Formula $(X_{1},{\cal T}_{1})$ +\end_inset + + y por tanto conexo, y lo mismo ocurre con +\begin_inset Formula $\{p_{1}\}\times X_{2}$ +\end_inset + + dado +\begin_inset Formula $p_{1}\in X_{1}$ +\end_inset + +. + La unión de espacios conexos +\begin_inset Formula $\bigcup_{p_{1}\in X_{1}}\{p_{1}\}\times X_{2}\cup\bigcup_{p_{2}\in X_{2}}X_{1}\times\{p_{2}\}$ +\end_inset + + da +\begin_inset Formula $(X_{1}\times X_{2},{\cal T}_{1}\times{\cal T}_{2})$ +\end_inset + +, y basta aplicar el criterio del peine. +\end_layout + +\begin_layout Section +Conexión por arcos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dados +\begin_inset Formula $p,q\in X$ +\end_inset + +, un +\series bold +arco +\series default + de +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $q$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es una aplicación continua +\begin_inset Formula $\sigma:([0,1],{\cal T}_{u})\rightarrow(X,{\cal T})$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $\sigma(0)=p$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sigma(1)=q$ +\end_inset + +. + Un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es +\series bold +conexo por arcos +\series default + o +\series bold +por caminos +\series default + si cualquier par de puntos pueden ser conectados por un arco. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un subconjunto +\begin_inset Formula $S\subseteq\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + es +\series bold +convexo +\series default + si para cualesquiera +\begin_inset Formula $x,y\in S$ +\end_inset + +, el +\series bold +segmento +\series default + +\begin_inset Formula $L_{xy}:=\{(1-t)x+ty\}_{t\in[0,1]}$ +\end_inset + + es un subconjunto de +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + +. + Todo subconjunto convexo de +\begin_inset Formula $(\mathbb{R}^{n},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es conexo por arcos. + Por tanto las bolas en +\begin_inset Formula $d_{T}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d_{E}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $d_{\infty}$ +\end_inset + +, tanto abiertas como cerradas, y los rectángulos, son conexos por arcos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo espacio topológico conexo por arcos es conexo. + +\series bold +Demostración: +\series default + Supongamos que existe una separación +\begin_inset Formula $\{A,B\}$ +\end_inset + + por abiertos no vacíos del espacio +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + conexo por arcos. + Entonces podemos tomar +\begin_inset Formula $a\in A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $b\in B$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\sigma$ +\end_inset + + un arco de +\begin_inset Formula $a$ +\end_inset + + hasta +\begin_inset Formula $b$ +\end_inset + +. + Pero como +\begin_inset Formula $\sigma([0,1])$ +\end_inset + + es conexo, debe estar contenido en +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + o en +\begin_inset Formula $B$ +\end_inset + +. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +El recíproco no se cumple, pues +\begin_inset Formula $([0,1]\times\{0\})\cup(\{\frac{1}{n}\}_{n\in\mathbb{N}}\times[0,1])\cup\{(0,1)\}$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $(\mathbb{R}^{2},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es conexo pero no conexo por arcos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $\sigma_{1},\sigma_{2}:[0,1]\rightarrow X$ +\end_inset + + dos arcos en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + que unen, respectivamente, +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + +, llamamos +\series bold +unión +\series default +, +\series bold +producto +\series default + o +\series bold +composición de arcos +\series default +, escrito +\begin_inset Formula $\sigma_{1}\ast\sigma_{2}$ +\end_inset + +, a la aplicación +\begin_inset Formula $\tau:[0,1]\rightarrow X$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula +\[ +\tau(t)=\begin{cases} +\sigma_{1}(2t) & \text{si }t\in[0,\frac{1}{2}]\\ +\sigma_{2}(2t-1) & \text{si }t\in[\frac{1}{2},1] +\end{cases} +\] + +\end_inset + +que es un arco que une +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Decimos que un subconjunto +\begin_inset Formula $S\subseteq\mathbb{R}^{n}$ +\end_inset + + es +\series bold +estrellado +\series default + en +\begin_inset Formula $p\in S$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\forall x\in S,L_{px}\subseteq S$ +\end_inset + +. + Un espacio topológico +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + + es conexo por arcos si y sólo si existe +\begin_inset Formula $p\in X$ +\end_inset + + tal que cualquier +\begin_inset Formula $q\in X$ +\end_inset + + se pueda unir con +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + por un arco en +\begin_inset Formula $(X,{\cal T})$ +\end_inset + +, y en particular los subconjuntos estrellados son conexos por arcos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo subconjunto abierto y conexo de +\begin_inset Formula $(\mathbb{R}^{n},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + + es conexo por arcos. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sean +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + un abierto conexo de +\begin_inset Formula $(\mathbb{R}^{n},{\cal T}_{u})$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $p\in U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + el subconjunto de los puntos de +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + que se pueden unir con +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $y\in A$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + es abierto, existe +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $B(y;r)\subseteq U$ +\end_inset + + y si +\begin_inset Formula $z\in B(y;r)$ +\end_inset + +, la unión del arco que une +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + y el radio que une +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + + es un arco que une +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $B(y;r)\subseteq A$ +\end_inset + + y, como +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + es arbitrario, +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es abierto. + Ahora bien, sea +\begin_inset Formula $y\in U\backslash A$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $r>0$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $B(y;r)\subseteq U$ +\end_inset + +. + Pero si existiera +\begin_inset Formula $z\in B(y;r)$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $z\in A$ +\end_inset + +, la unión del arco que une +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + + y el radio que une +\begin_inset Formula $z$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + es un arco que une +\begin_inset Formula $p$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $y\in A\#$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $B(y;r)\subseteq U\backslash A$ +\end_inset + +, y como +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + es arbitrario, +\begin_inset Formula $U\backslash A$ +\end_inset + + es abierto y +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es cerrado. + Como +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + es abierto y cerrado en un espacio conexo y +\begin_inset Formula $A\neq\emptyset$ +\end_inset + + porque +\begin_inset Formula $p\in A$ +\end_inset + +, entonces +\begin_inset Formula $A=U$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + es conexo por arcos. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tp/n.lyx b/tp/n.lyx new file mode 100644 index 0000000..d8b1574 --- /dev/null +++ b/tp/n.lyx @@ -0,0 +1,239 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize 10 +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize a5paper +\use_geometry true +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\leftmargin 0.2cm +\topmargin 0.7cm +\rightmargin 0.2cm +\bottommargin 0.7cm +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle empty +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Title +Tecnología de la programación +\end_layout + +\begin_layout Date +\begin_inset Note Note +status open + +\begin_layout Plain Layout + +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +def +\backslash +cryear{2018} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "../license.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Bibliografía: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Tecnología de la Programación, Título de Grado en Ingeniería Informática, + Departamento de Ingeniería de la Información y las Comunicaciones, Universidad + de Murcia (Curso 2017–18). +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Wikipedia, la Enciclopedia Libre ( +\begin_inset Flex URL +status open + +\begin_layout Plain Layout + +https://es.wikipedia.org/ +\end_layout + +\end_inset + +). +\end_layout + +\begin_layout Chapter* +El lenguaje C +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n0.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Abstracción de datos +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n1.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Estructuras de datos enlazadas +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n2.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Contenedores fundamentales +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n3.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Recursión +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n4.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Chapter +Estructuras arborescentes +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n5.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tp/n0.lyx b/tp/n0.lyx new file mode 100644 index 0000000..ba19958 --- /dev/null +++ b/tp/n0.lyx @@ -0,0 +1,3289 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard + +\series bold +C +\series default + es un lenguaje de programación creado en 1972 por Dennis M. + Ritchie orientado a implementar el sistema operativo Unix. + El primer estándar de C fue creado por ANSI en 1989 ( +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +C89 +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +), y al año siguiente fue ratificado como estándar ISO. + A mediados de los 80 se crea el C++, una extensión de C orientada a objetos, + que se convierte a estándar ISO en 1998. + El último estándar de C fue creado en 1999 ( +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +C99 +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +), pues los nuevos cambios son incorporados en C++ y no en C. + Usaremos el estándar C99 con extensiones de GNU. +\end_layout + +\begin_layout Standard +C es un lenguaje de +\series bold +medio nivel +\series default +, pues proporciona cierta abstracción de lenguajes de alto nivel pero con + la eficiencia del lenguaje máquina. + Es +\series bold +débilmente tipado +\series default +, pues permite conversiones implícitas entre tipos. + No permite encapsulado (aunque se puede simular), y permite la programación + estructurada. + Tiene como ventajas el ser muy transportable, flexible y expresivo, además + de generar código eficiente, si bien es poco modular, realiza pocas comprobacio +nes y es más difícil escribir y leer código en comparación con otros lenguajes. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La compilación de un programa en C la realizan los siguientes programas: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Preprocesador: +\series default + Elimina los comentarios del código (.c), incluye código de otros archivos + (.h), sustituye las macros y permite la inclusión de código de forma condicional. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Compilador: +\series default + Analiza el código resultante y lo convierte a lenguaje ensamblador (.s). +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Ensamblador: +\series default + Convierte el código ensamblador en código máquina dentro de un fichero + objeto (.o). +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Enlazador: +\series default + Crea el ejecutable final a partir de ficheros objeto y las bibliotecas + de código. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los +\series bold +comentarios +\series default + se usan para explicar alguna parte del código del programa, y no afectan + a su significado. + Se usan como +\family typewriter +/* +\emph on +comentario +\emph default + */ +\family default + o +\family typewriter +// +\emph on +comentario de una línea (sólo C99) +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Manipulación básica de datos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Tipos básicos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Enteros: +\series default + Se escriben como (expresión regular) +\family typewriter +-?[1-9][0-9]* +\family default + (base decimal), +\family typewriter +0[0-7]* +\family default + (octal) o +\family typewriter +0x[0-9a-fA-F] +\family default + (hexadecimal). + Se declaran con +\family typewriter +int +\family default +, que puede ir precedido por +\family typewriter +long +\family default +, +\family typewriter +long long +\family default + o +\family typewriter +short +\family default + para establecer el tamaño en bits, que normalmente es, respectivamente, + de 32, 64 o 16 bits, y si no se especifica es de 32 bits. + Precediendo a esto puede ir +\family typewriter +signed +\family default + o +\family typewriter +unsigned +\family default + para indicar si el entero tiene signo o no (por defecto en general tiene). + De hecho, si se indica cualquiera de los sufijos se puede omitir el +\family typewriter +int +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\series bold +Reales en coma flotante: +\series default + Se escriben como +\family typewriter +-?[0-9]* +\backslash +.[0-9]+([eE]-?[0-9][1-9]*)? +\family default +. + Se declaran con +\family typewriter +float +\family default +, +\family typewriter +double +\family default + o +\family typewriter +long double +\family default +, que en general se corresponden con un tamaño de 32, 64 y 128 bits, respectivam +ente. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Caracteres: +\series default + Se escriben entre comillas simples como +\family typewriter +' +\emph on +c +\emph default +' +\family default +, si bien algunos requieren secuencias de escape como +\family typewriter +' +\backslash +'' +\family default + (comilla simple), +\family typewriter +' +\backslash +n' +\family default + (salto de línea), +\family typewriter +' +\backslash +t' +\family default + (tabulador), etc. + También pueden funcionar como enteros (por lo general de 8 bits). + Se declaran con +\family typewriter +char +\family default +, que puede ir precedido de +\family typewriter +signed +\family default + o +\family typewriter +unsigned +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Cadenas de caracteres: +\series default + Se escriben entre comillas dobles, con secuencias de escape como las de + los caracteres sueltos (para las comillas dobles se usa +\family typewriter + +\backslash +" +\family default +). + Realmente son listas de caracteres, que terminan con el caracter nulo ( +\family typewriter +' +\backslash +0' +\family default +, que se corresponde con el entero 0). +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + +Los +\series bold +identificadores +\series default + nombran variables, funciones, tipos de datos definidos por el programador + o macros del preprocesador. + Su formato es +\family typewriter +[a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]* +\family default +, distinguen mayúsculas de minúsculas y no pueden ser +\series bold +palabras reservadas +\series default + por el compilador, que en C89 son: +\family typewriter +auto break case char const continue default do double else enum extern float + for goto if int long register return short signed sizeof static struct + switch typedef union unsigned void volatile while +\family default +. + C99 añade además las palabras reservadas: +\family typewriter +inline _Bool _Complex _Imaginary +\family default +. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las variables se definen con la sintaxis +\family typewriter +\emph on +tipo identificador +\emph default +; +\family default +. + Si antes del tipo se usa la palabra +\family typewriter +const +\family default +, la variable es de sólo lectura. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +expresión +\series default + consiste en al menos un operando y cero o más operadores, donde los operandos + pueden ser literales (valores escritos tal cual), variables o llamadas + a funciones que devuelven un valor. + Los operadores son (si no se dice nada son binarios): +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Paréntesis: +\family typewriter +( +\emph on +... +\emph default +) +\family default + para agrupar una expresión. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Operadores aritméticos: Suma ( +\family typewriter ++ +\family default +), resta ( +\family typewriter +- +\family default +), producto ( +\family typewriter +* +\family default +), división ( +\family typewriter +/ +\family default +), resto ( +\family typewriter +% +\family default +). + C no detecta desbordamientos, por lo que si el resultado está fuera del + rango, el valor es erróneo. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Operadores relacionales: Igual ( +\family typewriter +== +\family default +), distinto ( +\family typewriter +!= +\family default +), mayor ( +\family typewriter +> +\family default +), menor ( +\family typewriter +< +\family default +), mayor o igual ( +\family typewriter +>= +\family default +), menor o igual ( +\family typewriter +<= +\family default +). + Devuelven 1 si la expresión es verdadera y 0 si es falsa. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Operadores lógicos: Conjunción ( +\family typewriter +&& +\family default +), disyunción ( +\family typewriter +|| +\family default +), negación (unario, +\family typewriter +! +\family default +). + Interpretan el 0 como falso y cualquier otro valor como cierto, y devuelven + 1 si la expresión es cierta y 0 si es falsa. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Asignación ( +\family typewriter +\emph on +dest +\family default += +\family typewriter +expr +\family default +\emph default +). + También se puede usar, por ejemplo, +\family typewriter +\emph on +a +\emph default +*= +\emph on +b +\family default +\emph default +, como abreviatura de +\family typewriter +\emph on +a +\emph default += +\emph on +a +\emph default +* +\emph on +b +\family default +\emph default +. + Además, +\family typewriter +\emph on +x +\emph default +++ +\family default + y +\family typewriter +++ +\emph on +x +\family default +\emph default + y ambas añaden 1 a la variable +\family typewriter +\emph on +x +\family default +\emph default +, pero +\family typewriter +\emph on +x +\emph default +++ +\family default + devuelve el valor antes de modificarlo (postincremento) mientras que +\family typewriter +++ +\emph on +x +\family default +\emph default + lo devuelve después (preincremento). + Lo mismo sucede con +\family typewriter +\emph on +x +\emph default +-- +\family default + (postdecremento, resta 1) y +\family typewriter +-- +\emph on +x +\family default +\emph default + (predecremento). +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Obtención del tamaño de un tipo: +\family typewriter +sizeof( +\emph on +tipo +\emph default +) +\family default + o +\family typewriter +sizeof +\emph on +expr +\family default +\emph default + devuelve el tamaño (en bytes) de un tipo de dato o resultado de una expresión. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En C, la asociatividad (en general) es de izquierda a derecha, y la precedencia + es, de mayor a menor, la siguiente: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +() +\family default +, +\family typewriter +[] +\family default +, +\family typewriter +-> +\family default +, +\family typewriter +. +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Unarios +\family typewriter +! +\family default +, +\family typewriter +~ +\family default +, +\family typewriter ++ +\family default +, +\family typewriter +- +\family default +, +\family typewriter +++ +\family default +, +\family typewriter +-- +\family default +, +\family typewriter +& +\family default +, +\family typewriter +* +\family default +, +\family typewriter +sizeof() +\family default +, +\family typewriter +( +\emph on +tipo +\emph default +) +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +* +\family default + (binario), +\family typewriter +/ +\family default +, +\family typewriter +% +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter ++ +\family default +, +\family typewriter +- +\family default + (binarios). +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +<< +\family default +, +\family typewriter +>> +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +< +\family default +, +\family typewriter +<= +\family default +, +\family typewriter +> +\family default +, +\family typewriter +>= +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +== +\family default +, +\family typewriter +!= +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +& +\family default + (binario). +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +^ +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +| +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +&& +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +|| +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +?: +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter += +\family default +, +\family typewriter +*= +\family default +, +\family typewriter +/= +\family default +, +\family typewriter +%= +\family default +, +\family typewriter ++= +\family default +, +\family typewriter +-= +\family default +, +\family typewriter +&= +\family default +, +\family typewriter +^= +\family default +, +\family typewriter +|= +\family default +, +\family typewriter +<<= +\family default +, +\family typewriter +>>= +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +, +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si el resultado de una operación con enteros no es entero, se redondea a + la baja. + En la evaluación de una expresión pueden producirse conversiones de tipo, + lo que se llama +\series bold +promoción +\series default + si es hacia un tipo de mayor rango o +\series bold +degradación +\series default + si es a uno de menor rango, y pueden ser +\series bold +implícitas +\series default + si las hace automáticamente el compilador o +\series bold +explícitas +\series default + ( +\emph on +casting +\emph default +) si las indica el programador mediante la sintaxis +\family typewriter +( +\emph on +tipo +\emph default +) +\emph on +expr +\family default +\emph default +. + Para la conversión implícita: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +char +\family default + y +\family typewriter +short +\family default + se convierten a +\family typewriter +int +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\family typewriter +unsigned char +\family default + y +\family typewriter +unsigned short +\family default + se convierten a +\family typewriter +unsigned +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Los operandos de menor rango se promueven al de mayor rango. + Los tipos son, de menor a mayor rango, +\family typewriter +int +\family default +, +\family typewriter +unsigned +\family default +, +\family typewriter +long +\family default +, +\family typewriter +unsigned long +\family default +, +\family typewriter +float +\family default + y +\family typewriter +double +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +El resultado se degrada al asignarlo si es necesario. +\end_layout + +\begin_layout Section +Tipos de datos compuestos +\end_layout + +\begin_layout Paragraph +Enumerados +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + +El tipo se define con +\family typewriter +enum +\emph on +nombre +\emph default + { +\emph on +id1 +\emph default +, +\emph on +id2 +\emph default +, +\emph on +... + +\emph default + } +\emph on +var1 +\emph default +, +\emph on +var2 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +; +\family default +, donde no es necesario definir las variables +\family typewriter +\emph on +var1 +\emph default +, +\emph on +var2 +\emph default +, +\emph on +... + +\family default +\emph default + en la definición, sino que podemos definirlas después con el tipo +\family typewriter +enum +\emph on +nombre +\family default +\emph default +. + Una variable de este tipo puede tomar como valor cualquiera entre +\family typewriter +\emph on +id1 +\emph default +, +\emph on +id2 +\emph default +, +\emph on +... +\family default +\emph default +, que asignamos como +\family typewriter +\emph on +var +\emph default + = +\emph on +id +\family default +\emph default +. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Paragraph +Estructuras +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las estructuras están formadas por una serie de campos de varios tipos, + y se definen como +\family typewriter +struct +\emph on +nombre +\emph default + { +\emph on +tipo1 campo1 +\emph default +; +\emph on +tipo2 campo2 +\emph default +; +\emph on +... + +\emph default + } +\emph on +var1 +\emph default +, +\emph on +var2 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +; +\family default +, igual que con los enumerados. + El tipo es +\family typewriter +struct +\emph on +nombre +\family default +\emph default +, accedemos a los campos con la sintaxis +\family typewriter +\emph on +variable +\emph default +. +\emph on +campo +\family default +\emph default + y las inicializamos como +\family typewriter +struct +\emph on +nombre var +\emph default + = { +\emph on +valor_campo1 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +} +\family default +. + Podemos asignar una variable de un tipo +\family typewriter +struct +\family default + a otra del mismo, pero no a otra de un tipo +\family typewriter +struct +\family default + de distinto nombre. +\end_layout + +\begin_layout Paragraph +Uniones +\end_layout + +\begin_layout Standard +Similares a las estructuras, pero todos los campos se almacenan en el mismo + espacio, con lo que no debemos acceder a uno distinto al que fue asignado. + Se declaran con +\family typewriter +union +\emph on +nombre +\emph default + { +\emph on +tipo1 campo1 +\emph default +; +\emph on +... +\emph default +} +\emph on +var1 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +; +\family default +. + El tipo es +\family typewriter +union +\emph on +nombre +\family default +\emph default +, y se inicializan con +\family typewriter +union +\emph on +nombre var +\emph default + = {. +\emph on +campo +\emph default + = +\emph on +valor +\emph default +} +\family default + o con +\family typewriter +union +\emph on +nombre var +\emph default + = { +\emph on +campo +\emph default +: +\emph on +valor +\emph default +} +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Paragraph +Tablas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las tablas o +\emph on +arrays +\emph default + son estructuras que permiten almacenar elementos del mismo tipo consecutivament +e. + Se definen con +\family typewriter +\emph on +tipo nombre +\emph default +[ +\emph on +n1 +\emph default +][ +\emph on +... +\emph default +][ +\emph on +nt +\emph default +] +\family default +, donde los índices son enteros no negativos constantes que indican el tamaño, + y se accede a los elementos con +\family typewriter +\emph on +nombre +\emph default +[ +\emph on +j1 +\emph default +][ +\emph on +... +\emph default +][ +\emph on +jt +\emph default +] +\family default +, donde +\begin_inset Formula $0\leq j_{i}\leq n_{i}-1$ +\end_inset + +. + Las tablas unidimensionales se pueden inicializar como +\family typewriter +{ +\emph on +val0 +\emph default +, +\emph on +val1 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +, +\emph on +valN-1 +\emph default +} +\family default +, y de hecho podemos definirlas como +\family typewriter +\emph on +nombre +\emph default +[] +\family default + si la inicializamos en la misma definición de esta forma. + También, en esta sintaxis, se pueden inicializar dentro de las llaves elementos + sueltos con +\family typewriter +[ +\emph on +i +\emph default +] +\emph on +valor +\family default +\emph default + o +\family typewriter +[ +\emph on +i +\emph default +] = +\emph on +valor +\family default +\emph default + y rangos con +\family typewriter +[ +\emph on +i0 +\emph default + ... + +\emph on +if +\emph default +] = +\emph on +valor +\family default +\emph default +. + No podemos asignar una tabla a otra directamente, sino que para ello hemos + de copiar sus elementos. +\end_layout + +\begin_layout Paragraph +Renombrado de tipos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Permiten dar un nuevo nombre a un tipo mediante +\family typewriter + +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +typedef +\emph on +nombre_tipo nuevo_nombre +\emph default +; +\family default +, y este nuevo nombre de tipo se usa sin ningún prefijo (seguimos pudiendo + usar el nombre antiguo). + Al definir un enumerado, estructura o unión no es necesario decir su nombre + (se dice que es un tipo +\series bold +anónimo +\series default +), y de hecho tampoco hace falta definirlo antes de usarlo (se dice que + es un tipo +\series bold +incompleto +\series default +) salvo si fuera necesario conocer su estructura o tamaño, de modo que con + frecuencia el renombrado de tipos ocurre con tipos anónimos (con la definición + +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +dentro +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + del +\family typewriter +typedef +\family default +) o incompletos. +\end_layout + +\begin_layout Section +Ámbito y extensión +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +ámbito +\series default + de un identificador es el contexto del programa en que este puede ser utilizado +, mientras que la +\series bold +duración +\series default + de una variable es el tiempo desde que empieza a existir hasta que deja + de existir, liberándose el espacio que ocupaba. + Así: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Una +\series bold +variable global +\series default + o +\series bold +estática +\series default + (definida fuera de cualquier bloque) tiene como ámbito desde que se declara + hasta el final del módulo. + La declaración puede ser una definición o una declaración de su existencia + en otro módulo, que es como su definición pero con el prefijo +\family typewriter +extern +\family default +. + Sin embargo, si la variable fue definida en su módulo con el prefijo +\family typewriter +static +\family default +, no se puede usar en otros módulos. + Se almacena en el +\series bold +segmento de datos +\series default + del programa, por lo que su extensión es la del proceso en que se ejecuta + el programa. + Por defecto se inicializan a 0. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Una +\series bold +variable local +\series default + o +\series bold +automática +\series default + (declarada dentro de un bloque o función) tiene como ámbito desde que se + declara hasta el final del bloque en que se ha declarado, y oculta a cualquier + otra variable del mismo nombre global o definida en un bloque superior. + Un parámetro a función actúa como variable local a esta. + Se almacena en el +\series bold +segmento de pila +\series default + o en los registros de la CPU, por lo que su extensión es desde que se declara + hasta el final del bloque, salvo si se define con el prefijo +\family typewriter +static +\family default +, cuyo efecto en una variable local es guardar el valor de la variable en + el segmento de datos, conservando su valor entre llamadas a la función + o ejecuciones del bloque. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Una +\series bold +variable dinámica +\series default + es accesible mediante apuntadores, y se construye y destruye en tiempo + de ejecución. + Su ámbito es el de la variable que la apunta (puede haber varias). + Se almacena en el +\series bold +segmento montón +\series default + ( +\emph on +heap +\emph default +), y como se construyen y destruyen explícitamente mediante llamadas a funciones + de la biblioteca estándar, su extensión viene dada por estas llamadas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Por su parte, el ámbito de un tipo es similar al de una variable, y el de + una función es siempre global. +\end_layout + +\begin_layout Section +Apuntadores +\end_layout + +\begin_layout Standard +Son variables que almacenan una dirección de memoria. + Se usan para paso de parámetros por referencia, implementación de ciertas + estructuras, tratamiento de tablas (y por tanto cadenas de caracteres) + y gestión de la memoria dinámica. + Un apuntador a una variable de un cierto tipo se indica con +\family typewriter +\emph on +tipo +\emph default + * +\emph on +ptr +\emph default +; +\family default +. + También se puede definir con +\family typewriter +void * +\emph on +ptr +\emph default +; +\family default + si no se quiere indicar el tipo al que apunta. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para acceder al valor al que apunta se usa el +\series bold +operador de desreferencia +\series default + o +\series bold +indirección +\series default + +\family typewriter +* +\emph on +ptr +\family default +\emph default +, y para obtener la dirección de memoria de una variable se usa el +\series bold +operador de referencia +\series default + +\family typewriter +& +\emph on +var +\family default +\emph default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El apuntador nulo es aquel con valor 0, y la biblioteca estándar +\family typewriter +stdio.h +\family default + define la macro +\family typewriter +NULL +\family default + como 0 para referirse a este. + No apunta a una variable válida, y se usa para inicializar apuntadores + o como marca de fin o de error. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Podemos sumar y restar enteros a apuntadores mediante +\family typewriter ++ +\family default +, +\family typewriter +- +\family default +, +\family typewriter +++ +\family default +, +\family typewriter +-- +\family default +, +\family typewriter ++= +\family default + y +\family typewriter +-= +\family default +, en cuyo caso el resultado es una dirección de memoria igual a la inicial + más (o menos) el entero multiplicado por el tamaño del tipo de dato al + que apunta si este se ha especificado, o por 1 si el tipo es +\family typewriter +void* +\family default +. + Además, podemos comparar apuntadores con +\family typewriter +== +\family default +, +\family typewriter +<= +\family default +, +\family typewriter +>= +\family default +, +\family typewriter +< +\family default +, +\family typewriter +> +\family default + y +\family typewriter +!= +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una tabla es una constante cuyo valor es la dirección del primer elemento, + con lo que, en una tabla unidimensional, +\family typewriter +\emph on +v +\emph default +[ +\emph on +i +\emph default +] +\family default + equivale a +\family typewriter +*( +\emph on +v +\emph default ++ +\emph on +i +\emph default +) +\family default +. + Si +\family typewriter +\emph on +v +\family default +\emph default + es un array de dos dimensiones, entonces +\family typewriter +v[i][j] +\family default + equivale a +\family typewriter +*(*(v+i)+j) +\family default +, y algo similar ocurre con más dimensiones. + No obstante, un array bidimensional no puede ser asignado a un apuntador + a apuntador porque lo último no asume la contigüidad de los datos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un apuntador se puede asignar a otro, si bien para un apuntador de un tipo + a otro (o a ninguno) el compilador da un aviso si no se realiza una conversión + explícita. + Para apuntadores a estructuras, la sintaxis +\family typewriter +\emph on +ptr +\emph default +-> +\emph on +campo +\family default +\emph default + equivale a +\family typewriter +(* +\emph on +ptr +\emph default +). +\emph on +campo +\family default +\emph default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Sentencias +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +sentencia simple +\series default + es una expresión (terminada en +\family typewriter +; +\family default +), etiqueta, sentencia vacía ( +\family typewriter +; +\family default + +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +suelto +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, no hace nada) o cualquiera de las que veremos a continuación, mientras + que una +\series bold +sentencia compuesta +\series default + o +\series bold +bloque +\series default + está formada por varias sentencias entre llaves. + Sentencias simples: +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +if +\family default + +\family typewriter +if ( +\emph on +cond +\emph default +) +\emph on +then_clause [ +\emph default +else +\emph on +else_clause] +\family default +\emph default +. + Evalúa la expresión +\family typewriter +\emph on +cond +\family default +\emph default + y si el resultado es distinto de cero, se ejecuta +\family typewriter +\emph on +then_clause +\family default +\emph default +, de lo contrario, si está presente, se ejecuta +\family typewriter +\emph on +else_clause +\family default +\emph default +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +switch +\family default + +\family typewriter +switch ( +\emph on +expr +\emph default +) { +\emph on +( +\emph default +case +\emph on +comp_expr +\emph default +: +\emph on +clause*)+ [ +\emph default +default: +\emph on +clause*] +\emph default + } +\family default +. +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +Compara el resultado de evaluar la expresión +\family typewriter +\emph on +expr +\family default +\emph default + con cada +\family typewriter +\emph on +comp_expr +\family default +\emph default +, en orden, donde +\family typewriter +\emph on +comp_expr +\family default +\emph default + puede ser una constante o un rango de enteros consecutivos +\begin_inset Formula $[a,b]$ +\end_inset + + en el que puede encontrarse el valor, indicado por +\family typewriter +\emph on +a +\emph default + ... + +\emph on +b +\family default +\emph default +. + Entonces empieza a ejecutar las sentencias a partir de este caso (o a partir + de +\family typewriter +default +\family default + si está presente y la expresión no coincide con ningún caso), y hasta el + final del +\family typewriter +switch +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +while +\family default + +\family typewriter +while ( +\emph on +cond +\emph default +) +\emph on +clause +\family default +\emph default +. + Evalúa la expresión +\family typewriter +\emph on +cond +\family default +\emph default + y si el resultado es distinto de cero, se ejecuta +\family typewriter +\emph on +clause +\family default +\emph default + y vuelve a evaular +\family typewriter +\emph on +cond +\family default +\emph default +, en bucle. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +for +\family default + +\family typewriter +for ( +\emph on +init_expr +\emph default +; +\emph on +cond +\emph default +; +\emph on +update_expr +\emph default +) +\emph on +clause +\family default +\emph default +. + Equivale a +\family typewriter +\emph on +init_expr +\emph default +; while ( +\emph on +cond +\emph default +) { +\emph on +clause +\emph default + +\emph on +update_expr +\emph default +; } +\family default +\emph on +. + +\emph default + Las tres expresiones entre los paréntesis se pueden omitir. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +do +\begin_inset space ~ +\end_inset + +while +\family default + +\family typewriter +do +\emph on +clause +\emph default + while ( +\emph on +cond +\emph default +) +\family default +. + Equivale a +\family typewriter +\emph on +clause +\emph default + while ( +\emph on +cond +\emph default +) +\emph on +clause +\family default +\emph default +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +break; +\family default + Sale de un +\family typewriter +while +\family default +, +\family typewriter +do +\family default +, +\family typewriter +for +\family default + o +\family typewriter +switch +\family default +. + Suele usarse con +\family typewriter +switch +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +continue; +\family default + Termina la iteración actual de un bucle para comenzar la siguiente (incluyendo + evaluar +\family typewriter +\emph on +cond +\family default +\emph default +, +\family typewriter +\emph on +update_expr +\family default +\emph default +, etc.). +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +return +\family default + +\family typewriter +return +\emph on +[valor] +\emph default +; +\family default +. + Termina la ejecución de la función y devuelve un valor, que se omite de + la sentencia si la función no devuelve nada. +\end_layout + +\begin_layout Section +Funciones +\end_layout + +\begin_layout Standard +Se definen con +\family typewriter +\emph on +tipo_devuelto nombre +\emph default +( +\emph on +tipo1 param1 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +) { +\emph on +cuerpo +\emph default + } +\family default +, donde el +\begin_inset Newline newline +\end_inset + +cuerpo está formado por sentencias y definiciones de variables (y puede + que tipos) y debe terminar su ejecución por una sentencia +\family typewriter +return +\family default +. + Para +\series bold +declarar +\series default + una función sin dar su definición (porque se defina más adelante o en otro + módulo) sustituimos +\family typewriter +{ +\emph on +cuerpo +\emph default + } +\family default + por +\family typewriter +; +\family default +. + Si la función no devuelve nada, el tipo devuelto es +\family typewriter +void +\family default +, y si no toma ningún parámetro, la lista de pa +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +rá +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +me +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +- +\end_layout + +\end_inset + +tros es +\family typewriter +void +\family default +. + También se puede omitir la lista de parámetros (poniendo sólo los paréntesis), + pero esto indicaría que a la función se le puede pasar cualquier número + de parámetros de cualquier tipo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las llamadas a la función se hacen dentro de una expresión con +\family typewriter +\emph on +nombre +\emph default +( +\emph on +val1 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +) +\family default +. + Podemos declarar una función de forma similar a como se define pero sustituyend +o +\family typewriter +{ +\emph on +cuerpo +\emph default + } +\family default + por +\family typewriter +; +\family default +. + De esta forma la función puede ser usada sin haber sido definida todavía, + o si pertenece a otro módulo o a una biblioteca. + Los procedimientos en C son funciones que no devuelven ningún valor. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los parámetros se pasan por valor, es decir, se copia el +\series bold +parámetro actual +\series default + (el que se indica en la llamada) al +\series bold +parámetro formal +\series default + (el que se indica en la lista de parámetros y que luego puede ser usado + en el cuerpo). + Por tanto una función no puede alterar el valor de las variables usadas + como parámetros, y esto incluye los +\family typewriter +struct +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El paso de una tabla como parámetro a una función, no obstante, equivale + al paso de un apuntador al primer elemento de este, y si por ejemplo la + tabla es bidimensional, esto equivale a pasar un doble apuntador. + Por otro lado, si una función desea devolver una tabla, deberá construirla, + por ejemplo, en memoria dinámica (no puede construirla en una variable + local por su extensión) y devolver un apuntador. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Todo programa en C debe tener una función +\family typewriter +main +\family default +, que es invocada por el sistema operativo al comienzo de la ejecución del + programa, y puede recibir argumentos de este. + Su prototipo suele ser +\family typewriter +int main(int argc, char **argv) +\family default +, donde +\family typewriter +argc +\family default + es el número de argumentos (incluyendo el nombre de la aplicación), +\family typewriter +argv +\family default + es una tabla de longitud +\family typewriter +argc +\family default + de cadenas de caracteres que contiene los argumentos y el valor devuelto + es 0 si no ha ocurrido ningún error. +\end_layout + +\begin_layout Section +El preprocesador +\end_layout + +\begin_layout Standard +Es invocado por el compilador antes de la compilación en sí. + Tiene su propio lenguaje independiente del C y todas sus órdenes empiezan + por +\family typewriter +# +\family default +. + Podemos usarlo para: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Incluir ficheros, con +\family typewriter +#include < +\emph on +fichero +\emph default +> +\family default + para un fichero en una lista estándar de directorios, entre los que se + encuentran las cabeceras de los archivos de la biblioteca estándar de C, + o con +\family typewriter +#include " +\emph on +fichero +\emph default +" +\family default +, que antes busca en el directorio actual y aquellos indicados por el usuario. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Definir macros, con +\family typewriter +#define +\emph on +nombre código_sustituido +\family default +\emph default +, de forma que a partir de entonces cada aparición de +\family typewriter +\emph on +nombre +\family default +\emph default + fuera de una cadena de caracteres es sustituida. + También se puede usar +\family typewriter +#define +\emph on +nombre +\emph default +( +\emph on +par1 +\emph default +, +\emph on +par2 +\emph default +, +\emph on +... +\emph default +) +\emph on +código_sustituido +\family default +\emph default + para definir una macro con parámetros, y entonces en el código sustituido + se usan dichos parámetros. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +Des-definir +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + macros, con +\family typewriter +#undef +\emph on +nombre +\family default +\emph default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Insertar código de forma condicional. + Los fragmentos de código condicional empiezan por +\family typewriter +#if +\emph on +expr_del_preprocesador +\family default +\emph default +, +\family typewriter +#ifdef +\emph on +macro +\family default +\emph default + o +\family typewriter +#ifndef +\emph on +macro +\family default +\emph default +, pueden contener una directiva +\family typewriter +#else +\family default + en medio y terminan con +\family typewriter +#endif +\family default +. + Entonces, si, respectivamente, se cumple la condición, la macro está definida + o la macro no está definida, se inserta el código hasta el +\family typewriter +#else +\family default +, o hasta el +\family typewriter +#endif +\family default + si no hay +\family typewriter +#else +\family default +, y de lo contrario, si existe, se inserta el código entre el +\family typewriter +#else +\family default + y el +\family typewriter +#endif +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +La biblioteca estándar +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Entrada y salida ( +\family typewriter +<stdio.h> +\family default +) +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int printf(const char *fmt, ...) +\family default + imprime un texto en la salida estándar con formato indicado por +\family typewriter +fmt +\family default +, parámetro al que le sigue un número variable de argumentos (puede ser + 0) que se imprimen según lo indicado por los especificadores de conversión + en +\family typewriter +fmt +\family default +, que son: +\family typewriter +%c +\family default + para un +\family typewriter +char +\family default +, +\family typewriter +%d +\family default + para un +\family typewriter +int +\family default +, +\family typewriter +%f +\family default + para un +\family typewriter +float +\family default +, +\family typewriter +%lf +\family default + para un +\family typewriter +double +\family default +, +\family typewriter +%s +\family default + para una cadena de caracteres ( +\family typewriter +char* +\family default +), etc. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int scanf(const char *fmt, ...) +\family default + lee de la entrada estándar y usa los mismos especificadores de convesión + que +\family typewriter +printf +\family default +, pero requiere que los parámetros se le pasen por referencia para poder + modificarlos, salvo las cadenas de caracteres, que ya son de por sí apuntadores. + Devuelve el número de datos de entrada asignados o +\family typewriter +EOF +\family default + (macro definida como -1) si ocurre un error de entrada antes de realizar + ninguna conversión. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int puts(const char *s) +\family default + imprime +\family typewriter +s +\family default + por la salida estándar, acabado en salto de línea, devolviendo +\family typewriter +EOF +\family default + si hay un error o un valor no negativo en caso contrario. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +char *gets(char *s) +\family default + lee de la entrada estándar, guardando el resultado en la cadena apuntada + por +\family typewriter +s +\family default +, hasta encontrar un caracter de salto de línea, que descarta, escribiendo + al final un caracter nulo en +\family typewriter +s +\family default +, que debe tener suficiente espacio para almacenar la cadena. +\end_layout + +\begin_layout Standard +De forma más general, el tipo +\family typewriter +FILE +\family default + es un tipo opaco que representa un flujo ( +\emph on +stream +\emph default +) o canal de comunicación, y que manejamos con un apuntador. + Por lo general contiene un identificador, un indicador de posición, un + apuntador a un búfer, un indicador de errores y un indicador de final de + fichero. + En C se definen como +\emph on +streams +\emph default + estándares la entrada estándar +\family typewriter +stdin +\family default +, la salida estándar +\family typewriter +stdout +\family default + y la salida estándar de errores +\family typewriter +stderr +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +FILE *fopen(const char *name, const char *mode) +\family default + abre un fichero con un nombre dado y nos devuelve un manejador (apuntador + a +\family typewriter +FILE +\family default +), o +\family typewriter +NULL +\family default + si no se ha podido abrir. + El modo puede ser: +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +r +\family default + Lectura, el fichero debe existir. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +w +\family default + Escritura, y si el fichero existe se sobrescribe. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +a +\family default + Escritura, y si el fichero existe se escribe al final (el puntero para + escritura se sitúa al final de lo que ya hay). +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +r+ +\family default + Lectura y escritura, y el fichero debe existir. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +w+ +\family default + Lectura y escritura, y si el fichero existe se sobrescribe. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +a+ +\family default + Lectura y escritura, con el puntero para lectura y escritura al final. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +t +\family default + Fichero de texto (se especifica detrás de una de las otras opciones, pero + si se omite se entiende por defecto). +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +b +\family default + Fichero binario (se especifica detrás de una de las primeras seis opciones). +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int fclose(FILE *f) +\family default + cierra el fichero y libera el manejador asociado, junto con todo lo necesario. + Devuelve 0 si se ha cerrado con éxito o +\family typewriter +EOF +\family default + en caso contrario. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int fprintf(FILE *f, const char *fmt, ...) +\family default + es similar a +\family typewriter +printf +\family default +, pero escribe en un flujo indicado por +\family typewriter +f +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int fscanf(FILE *f, const char *fmt, ...) +\family default + es similar a +\family typewriter +scanf +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int fputs(char *s, FILE *f) +\family default + es similar a +\family typewriter +puts +\family default +, pero no inserta el salto de línea al final. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +char *fgets(char *s, int n, FILE *f) +\family default + es similar a +\family typewriter +gets +\family default +, pero lee de un flujo indicado por +\family typewriter +f +\family default + y hasta un máximo de +\family typewriter +n +\family default + caracteres incluyendo el caracter nulo, que siempre guarda al final. + Devuelve +\family typewriter +s +\family default + si la operación tiene éxito o +\family typewriter +NULL +\family default + si falla, en cuyo caso el contenido de +\family typewriter +s +\family default + queda invariable si ha encontrado un final de fichero antes de leer ningún + caracter, o indeterminado si ocurre un error de lectura durante el proceso. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int feof(FILE *f) +\family default + devuelve un valor distinto de 0 si se ha llegado al final del fichero y + 0 en caso contrario. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +void rewind(FILE *f) +\family default + mueve el indicador de posición de fichero al comienzo de este. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\family typewriter +int fseek(FILE *f, long offset, int orig) +\family default + mueve el indicador de posición de fichero a una posición +\family typewriter +offset +\family default + respecto a un origen +\family typewriter +orig +\family default +, que puede ser: +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +SEEK_SET +\family default + El principio del fichero. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +SEEK_CUR +\family default + La posición actual. +\end_layout + +\begin_layout Labeling +\labelwidthstring 00.00.0000 + +\family typewriter +SEEK_END +\family default + El final del fichero. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Subsection +Manipulación de cadenas de caracteres ( +\family typewriter +<string.h> +\family default +) +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +char *strcpy(char *dst, const char *src) +\family default + copia la cadena apuntada por +\family typewriter +src +\family default +, incluyendo el caracter nulo, a la cadena apuntada por +\family typewriter +dst +\family default +, que debe tener espacio suficiente. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +char *strcat(char *dst, const char *src) +\family default + copia la cadena apuntada por +\family typewriter +src +\family default +, incluyendo el caracter nulo, al final de +\family typewriter +dst +\family default +, con el caracter inicial de +\family typewriter +src +\family default + sobreescribiendo el caracter nulo de +\family typewriter +dst +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +unsigned int strlen(const char *s) +\family default + devuelve el número de caracteres de +\family typewriter +s +\family default +, sin contar el caracter nulo. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +int strcmp(const char *s1, const char *s2) +\family default + devuelve un número mayor, igual o menor que cero según si +\family typewriter +s1 +\family default + es mayor, igual o menor que +\family typewriter +s2 +\family default + en orden lexicográfico. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Gestión de la memoria dinámica ( +\family typewriter +<stdlib.h> +\family default +) +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\family typewriter +void *malloc(unsigned int bytes) +\family default + asigna una zona de memoria dinámica de un tamaño dado en bytes (por lo + que se suele usar con +\family typewriter +sizeof +\family default +) y devuelve un puntero a dicha zona, o +\family typewriter +NULL +\family default + si no hay espacio suficiente para ello. +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{sloppypar} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +void *calloc(unsigned int bytes) +\family default + actúa igual que +\family typewriter +malloc +\family default + pero inicializa la memoria asignada a cero. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +void *realloc(void *ptr, unsigned int bytes) +\family default + cambia el tamaño de un bloque asignado inicialmente por +\family typewriter +malloc +\family default + o +\family typewriter +calloc +\family default +, conservando el contenido de la memoria hasta el menor de los tamaños nuevo + y viejo. + Si +\family typewriter +ptr +\family default + es +\family typewriter +NULL +\family default +, la llamada equivale a +\family typewriter +malloc( +\emph on +bytes +\emph default +) +\family default +, y si +\family typewriter +bytes +\family default + es 0, equivale a +\family typewriter +free( +\emph on +ptr +\emph default +) +\family default +. + Como puede ser necesario cambiar la ubicación del contenido, liberando + el bloque anterior y asignando uno nuevo en otro sitio, la función devuelve + un puntero a la nueva ubicación del bloque. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +void free(void *ptr) +\family default + libera un bloque de memoria dinámica asignado por +\family typewriter +malloc +\family default +, +\family typewriter +calloc +\family default + o +\family typewriter +realloc +\family default +. + Es importante liberar un bloque antes de dejarlo sin un apuntador que lo + apunte, pues de lo contrario acumulamos +\series bold +basura +\series default +. + También es importante no liberar (con +\family typewriter +realloc +\family default + o +\family typewriter +free +\family default +) una zona de memoria que vaya a ser utilizada posteriormente en otra parte + del código. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Gestión de errores +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La variable +\family typewriter +extern int errno +\family default +, definida en +\family typewriter +<errno.h> +\family default +, contiene el valor del último error producido, al menos por la biblioteca + estándar de C. + Esta biblioteca también define macros para los códigos de error que se + pueden producir. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +char *strerror(int n_error) +\family default +, definida en +\family typewriter +<string.h> +\family default +, devuelve el mensaje de error asociado a un valor de +\family typewriter +errno +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\family typewriter +void perror(const char *msg) +\family default +, definida en +\family typewriter +<stdio.h> +\family default +, imprime por +\family typewriter +stderr +\family default + el mensaje +\family typewriter +msg +\family default + (salvo si es +\family typewriter +NULL +\family default +) y, a continuación, el mensaje de error estándar asociado al valor de +\family typewriter +errno +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Programación modular +\end_layout + +\begin_layout Standard +Es un paradigma de programación consistente en dividir el programa en +\series bold +módulos +\series default + o +\series bold +subprogramas +\series default + para hacerlo más manejable. + Estos deben tener una tarea bien definida y normalmente requieren de otros + para operar. + La comunicación entre módulos se realiza mediante una +\series bold +interfaz de comunicación +\series default + bien definida. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En C, cada módulo está definido en un fichero fuente con extensión +\family typewriter +.c +\family default + que puede ser compilado por separado creando un fichero +\family typewriter +.o +\family default +, y que lleva asociado un fichero cabecera con extensión +\family typewriter +.h +\family default +, en el que ofrece una serie de funciones, tipos de datos, variables y macros. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un fichero cabecera empieza, en general, por las líneas +\family typewriter +#ifndef __ +\emph on +NOMBRE +\emph default +_H +\family default + seguido de +\family typewriter +#define __ +\emph on +NOMBRE +\emph default +_H +\family default +, y termina por +\family typewriter +#endif +\family default +, +\family typewriter + +\family default +con el fin de evitar declaraciones múltiples. + Dentro suele llevar lo siguiente: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Las macros que se desean exportar. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Para cada tipo que se desea exportar, un renombrado de la forma +\family typewriter +typedef +\emph on +tipo_original +\emph default + * +\emph on +tipo_exportado +\family default +\emph default +, que define un apuntador a un tipo incompleto. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +La declaración de cada función que se desea exportar. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los módulos que desean usar un cierto módulo deben incluir su fichero de + cabecera con +\family typewriter +#include +\family default + en el fichero fuente, o en su propio fichero de cabecera si fuera necesario. + Dado que un módulo no conoce el funcionamiento interno de las estructuras + de otro, cada módulo debe exportar funciones para la creación y liberación + de memoria, y para la manipulación y acceso a campos, de cada estructura + que defina. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tp/n1.lyx b/tp/n1.lyx new file mode 100644 index 0000000..4d95d9f --- /dev/null +++ b/tp/n1.lyx @@ -0,0 +1,499 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +La +\series bold +abstracción +\series default + es un proceso mental consistente en simplificar un problema realzando los + detalles relevantes mientras se ignoran los irrelevantes. + En programación, consisten en enfatizar el +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +qué hace +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + sobre el +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +cómo lo hace +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, y existen tres formas fundamentales: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Abstracción de control: +\series default + Establece nuevos mecanismos de control sencillos ocultando los detalles + de su implementación. + Por ejemplo, +\family typewriter +while +\family default + usa internamente instrucciones de salto y condicionales de más bajo nivel. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Abstracción funcional: +\series default + Abstrae un conjunto de operaciones como una única operación, separando + el propósito de la implementación. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Abstracción de datos: +\series default + Permite mejorar la representación de los datos de un problema mediante + +\series bold +tipos de datos abstractos +\series default + o +\series bold +TDAs +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Tipos de datos abstractos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un TDA es un tipo de datos caracterizado por un conjunto de operaciones + o +\series bold +interfaz pública +\series default +, que representa el comportamiento del tipo y se define mediante una +\series bold +especificación +\series default +. + Cumple las propiedades de +\series bold +privacidad +\series default +, pues los usuarios del TDA no necesitan conocer la representación de los + valores en memoria, y +\series bold +protección +\series default +, pues los datos sólo pueden ser manipulados a través de las operaciones + previstas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los tipos primitivos de un lenguaje de programación se consideran TDAs, + pues cumplen estas dos propiedades. + El uso de TDAs tiene las siguientes ventajas: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Facilidad de uso: +\series default + No es necesario conocer los detalles internos, sino sólo la +\series bold +documentación +\series default +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Desarrollo y mantenimiento: +\series default + Cualquier cambio al TDA que siga respetando la interfaz no afecta al resto + del programa, y viceversa, lo que además facilita la localización de errores. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Reusabilidad: +\series default + El TDA puede usarse en varios programas. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Fiabilidad: +\series default + Es más fácil realizar pruebas sobre los módulos de forma independiente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Podemos clasificar los TDAs en +\series bold +simples +\series default +, si usan un espacio de almacenamiento constante, o +\series bold +contenedores +\series default +, si este espacio varía. + También podemos distinguir entre TDAs +\series bold +mutables +\series default +, si cuentan con operaciones de modificación, o +\series bold +inmutables +\series default +, si sus instancias no pueden modificarse una vez creadas. +\end_layout + +\begin_layout Section +Especificación +\end_layout + +\begin_layout Standard +Existen dos tipos de especificaciones: +\series bold +informales +\series default + y +\series bold +formales +\series default +. + Las informales usan lenguaje natural. + No son breves, pero son sencillas de entender. + Contienen dos partes: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Definición: +\series default + Se define el nuevo TDA junto con los términos relacionados necesarios para + comprender el resto de la especificación. + Se define el dominio de valores del TDA, y se puede hablar también de su + mutabilidad. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Operaciones: +\series default + Se define la sintaxis y semántica de cada operación. + Para la sintaxis, se incluye el nombre de la operación, los nombres y tipos + de los parámetros y el tipo devuelto. + Para la semántica se incluyen las precondiciones y efectos de la operación. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las especificaciones formales permiten establecer un sistema de comunicación + claro, simple y conciso, que permite la deducción formal de propiedades + y la verificación formal de programas, si bien son más difíciles de leer + y escribir. + Constan de tres partes: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Tipo: +\series default + Nombre del TDA. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Sintaxis: +\series default + Forma de cada operación: nombre de la función (tipo de los argumentos) + +\begin_inset Formula $\rightarrow$ +\end_inset + + tipo del resultado. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Semántica: +\series default + Significado de las operaciones: nombre de la función (valores particulares) + +\begin_inset Formula $\implies$ +\end_inset + + expresión del resultado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +A continuación vemos cómo elegir el conjunto de operaciones de un TDA. + Este debe ser suficiente, pero no necesariamente mínimo, pues puede ser + conveniente añadir nuevas operaciones a las operaciones básicas si van + a ser muy utilizadas, o si su eficiencia empeora si se implementa mediante + operaciones básicas. + No obstante, un TDA está sujeto a mantenimiento y es menos costoso añadir + nuevas operaciones que eliminar las ya existentes, por lo que conviene + no implementar operaciones de necesidad dudosa. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Normalmente se incluyen operaciones y funciones asociadas habitualmente + al tipo de dato, entre las que puede haber operaciones de acceso y modificación + ( +\emph on +getters +\emph default + y +\emph on +setters +\emph default +) de campos de la estructura interna. + Pueden incluirse también operaciones +\series bold +estáticas +\series default +, que sirven para acceder a datos comunes a todas las instancias del TDA. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dependiendo del lenguaje de programación pueden ser necesarias operaciones + para, por ejemplo, liberación de memoria o gestión de errores, que no se + incluyen en la especificación pero sí en la documentación. + También se puede modificar la sintaxis de las operaciones para hacer eficiente + su implementación, cambiando por ejemplo un paso por valor a uno por referencia. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En C es necesario diferenciar operaciones con el mismo nombre en distintos + TDAs, como pueden ser la creación y liberación de una instancia. + Para ello, una forma es anteponer el nombre del TDA al de la operación, + que irá seguido del nombre del tipo de sus elementos si se trata de un + TDA contenedor. + El nombre de los tipos, por su parte, debe identificarlos de forma adecuada + sin indicar la representación interna de estos. +\end_layout + +\begin_layout Section +Implementación +\end_layout + +\begin_layout Standard +En la fase de implementación, se escribe el código que implementa el comportamie +nto especificado en un lenguaje de programación concreto, y al mismo tiempo + se genera la documentación del software, normalmente mediante programas + que generan documentación a partir de comentarios en el código. + Para escribir el código, se define primero la representación y a continuación + se implementan las operaciones. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Representación +\end_layout + +\begin_layout Standard +Primero se establece un tipo +\begin_inset Formula $rep$ +\end_inset + + (estructura, tabla, etc.) en el que se puedan representar todos los valores + del TDA y operar con ellos de forma eficiente. + Establecemos también una +\series bold +función de abstracción +\series default + +\begin_inset Formula $f_{Abs}:X\subseteq rep\rightarrow{\cal A}$ +\end_inset + + suprayectiva pero no necesariamente inyectiva. + No todos los posibles valores de +\begin_inset Formula $rep$ +\end_inset + + corresponden a valores del TDA, sino que este debe cumplir un +\series bold +invariante de la representación +\series default +, modelado como +\begin_inset Formula $f_{Inv}:rep\rightarrow\text{boolean}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $f_{Inv}(x)=\text{True}\iff x\in X$ +\end_inset + +. + Todos los valores construidos con las operaciones del TDA deben cumplir + este invariante. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Ocultación en C +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +encapsulamiento +\series default + permite juntar los datos y código que los manipula manteniéndolos aislados + de posibles usos indebidos, de forma que el acceso a estos se realiza de + forma controlada a través de una interfaz (en inglés +\emph on +interface +\emph default +, en maquinavajense +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +interfeih +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +) definida. +\end_layout + +\begin_layout Standard +C no permite encapsulamiento, pero tiene ciertos mecanismos para ocultar + información mediante programación modular, tipos incompletos o apuntadores + a +\family typewriter +void +\family default +. + Los apuntadores a +\family typewriter +void +\family default + también se usan para obtener +\series bold +genericidad +\series default +, creando herramientas de propósito general para posteriormente especializarlas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En particular, cada TDA se define en un módulo separado. + Las funciones que crean nuevos valores devuelven un puntero al valor o + +\family typewriter +NULL +\family default + si ha habido un error, y cada TDA debe tener una función para liberar la + memoria ocupada por una instancia. +\end_layout + +\begin_layout Standard +C no implementa excepciones, por lo que para la gestión de errores se suele + utilizar uno de estos mecanismos: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +En la cabecera se declara una variable de tipo +\family typewriter +extern int +\family default + que almacena un código de error asociado al error, y una función que, dado + un código de error, devuelve el mensaje correspondiente. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +En la cabecera se declara una función que devuelve el mensaje asociado al + último error ocurrido. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tp/n2.lyx b/tp/n2.lyx new file mode 100644 index 0000000..83ae4b8 --- /dev/null +++ b/tp/n2.lyx @@ -0,0 +1,160 @@ +#LyX 2.2 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 508 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\quotes_language french +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +Muchas veces necesitamos estructuras de datos cuyo tamaño puede ir cambiando + con el tiempo. + Podemos usar representaciones contiguas (tablas), pero no son eficientes + en ciertos casos porque las inserciones y eliminaciones pueden suponer + reubicaciones de elementos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +estructura de datos lineal enlazada con simple enlace +\series default + es una sucesión finita de nodos formados por un elemento y un enlace al + siguiente (o una marca de fin como +\family typewriter +NULL +\family default + si es el último). +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una estructura de este tipo se gestiona a través de un apuntador al primer + nodo, inicialmente con valor +\family typewriter +NULL +\family default +. + Podemos definir, por ejemplo, operaciones para: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Inicializar y liberar una lista enlazada. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Imprimir sus elementos, comprobar si contiene uno y cuál es su índice, obtener + el apuntador al nodo que contiene un elemento. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Insertar un elemento al principio, al final, en un cierto índice o detrás + de otro dado por el apuntador al nodo. + Insertar en una lista enlazada ordenada. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Eliminar un elemento al principio, al final, en un cierto índice o detrás + de otro dado por el apuntador al nodo. + Eliminar la primera ocurrencia de un elemento si existe, con un caso especial + por eficiencia para cuando la lista está ordenada. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Algunas de estas operaciones pueden requerir modificar el apuntador al primer + elemento, y por tanto es necesario pasarles un apuntador a dicho apuntador + (o que devuelvan el nuevo valor de este). + Para estos podemos añadir al principio un +\series bold +nodo de encabezamiento +\series default + que apunta al primer elemento +\begin_inset Quotes fld +\end_inset + +real +\begin_inset Quotes frd +\end_inset + +, simplificando el código a cambio de ocupar más memoria. + Por otro lado, para ciertas operaciones conviene tener apuntadores tanto + al principio como al final de la estructura enlazada. +\end_layout + +\begin_layout Standard +También existen +\series bold +estructuras de datos lineales doblemente enlazadas +\series default +, en las que los nodos no apuntan sólo al siguiente elemento sino también + al anterior, permitiendo operaciones como eliminar un elemento de la lista + con un apuntador al nodo correspondiente en vez de al anterior, por ejemplo. + +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tp/n3.lyx b/tp/n3.lyx new file mode 100644 index 0000000..14fe87c --- /dev/null +++ b/tp/n3.lyx @@ -0,0 +1,481 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Section +Pilas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +pila +\series default + o secuencia +\series bold +LIFO +\series default + ( +\emph on +Last In First Out +\emph default +) +\series bold + +\series default +es una secuencia mutable de cero o más elementos en el que las inserciones, + accesos y supresiones se realizan siempre por el mismo extremo, llamado + +\series bold +tope +\series default +. + Operaciones: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{verbatim} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Stack create(); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void push(Stack s, Element e); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void delete(Stack s); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Element pop(Stack s); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +int isEmpty(Stack s); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{verbatim} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Podemos implementar una pila mediante una tabla o una lista enlazada, aunque + si la tabla es de tamaño fijo tenemos que implementar la operación +\family typewriter +int isFull(Stack s); +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Colas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +cola +\series default + o secuencia +\series bold +FIFO +\series default + ( +\emph on +First In First Out +\emph default +) es una secuencia mutable de cero o más elementos en el que las inserciones + se realizan en un extremo llamado +\series bold +posterior +\series default + o +\series bold +final +\series default + y los accesos y supresiones por el otro, llamado +\series bold +anterior +\series default + o +\series bold +frente +\series default +. + Operaciones: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{verbatim} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Queue create(); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void append(Queue q, Element e); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void delete(Queue q); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Element pop(Queue q); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +int isEmpty(Queue q); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{verbatim} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Podemos implementar una cola mediante una lista enlazada o una tabla de + tamaño fijo circular, de forma que conforme se van sacando elementos al + principio se pueden ir añadiendo más una vez se haya llegado al final de + la tabla, si bien esto requiere implementar la operación +\family typewriter +int isFull(Queue q); +\family default +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Listas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +lista +\series default + es una secuencia mutable de cero o más elementos ordenados de acuerdo a + su posición. + Los accesos, inserciones y supresiones pueden realizarse en cualquier posición + de la lista, y cada valor de esta tiene asociado un valor de tipo +\series bold +posición +\series default +. + Existe además una posición que indica el final de la lista y se usa para + insertar elementos. + Operaciones: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{verbatim} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +List create(); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void insert(List l, Position p, Element e); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void delete(List l, Position p); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Element get(List l, Position p); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void set(List l, Position p, Element p); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +unsigned length(List l); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Position begin(List l); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Position end(List l); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Position nth(List l, unsigned index); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Position next(List l, Position p); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Position prev(List l, Position p); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{verbatim} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Podemos implementar una lista mediante una tabla, en cuyo caso las posiciones + son enteros, o mediante una lista enlazada. + Si hace con una lista enlazada con simple enlace, conviene guardar los + apuntadores de inicio y de fin, así como la longitud, y en este caso las + posiciones son apuntadores al nodo anterior al que contiene el elemento, + pues esto es necesario para borrar un elemento por posición. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las listas implementadas por estructuras enlazadas permiten insertar y borrar + elementos en +\begin_inset Formula $O(1)$ +\end_inset + +, en vez de en +\begin_inset Formula $O(n)$ +\end_inset + + como sucedería tablas, si bien requieren un tiempo +\begin_inset Formula $O(n)$ +\end_inset + + para acceder a los elementos por índice en vez de +\begin_inset Formula $O(1)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Conjuntos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +conjunto +\series default + es una colección mutable (en este caso finita) de elementos no repetidos + y sin ordenación. + Operaciones: +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset ERT +status open + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +begin{verbatim} +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +Set create(); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void insert(Set c, Element e); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +void delete(Set c, Element e); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +int contains(Set c, Element e); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +unsigned cardinal(Set c); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + +List toList(Set c); +\end_layout + +\begin_layout Plain Layout + + +\backslash +end{verbatim} +\end_layout + +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Podemos implementarlo como una lista enlazada o como una tabla, y en el + último caso podemos aprovechar que los elementos no están ordenados para + +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +rellenar huecos +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + al eliminar elementos en +\begin_inset Formula $O(1)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tp/n4.lyx b/tp/n4.lyx new file mode 100644 index 0000000..485838b --- /dev/null +++ b/tp/n4.lyx @@ -0,0 +1,252 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +Un proceso es +\series bold +recursivo +\series default + si se especifica basándose en su propia definición. + Una función es recursiva si se llama a sí misma, y está bien construida + si contiene al menos un +\series bold +caso base +\series default + y al menos un +\series bold +caso general +\series default + o +\series bold +de recursión +\series default + en el que los parámetros están cada vez +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +más cerca +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + del caso base, garantizándose que este se alcanza. + Tipos de recursividad: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Directa +\series default + o +\series bold +simple +\series default +: La función contiene una llamada explícita a sí misma. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Múltiple +\series default +: Hay más de una llamada recursiva en el cuerpo de la función. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Indirecta +\series default + o +\series bold +cruzada +\series default +: La función invoca a otra que a su vez acaba llamando a la primera. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De cola +\series default + o +\series bold +de extremo final +\series default +: La llamada recursiva es la última instrucción que ejecuta la función. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Anidada +\series default +: En algún parámetro de la llamada recursiva hay otra llamada recursiva. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +pila de llamadas +\series default + ( +\emph on +call stack +\emph default +), +\series bold +de ejecución +\series default +, +\series bold +de control +\series default +, +\series bold +de función +\series default + o +\series bold +de tiempo de ejecución +\series default + es una estructura dinámica que almacena información sobre las subrutinas + activas en un programa. + Cada llamada añade un +\series bold +marco de pila +\series default + ( +\emph on +stack frame +\emph default +), al que el profesor llama +\series bold +registro de activación +\series default +, donde se guardan variables locales, parámetros, dirección de retorno y + valor devuelto. + Las llamadas recursivas se gestionan igual que el resto, por lo que pueden + producir un +\series bold +desbordamiento de pila +\series default + si la recursión es muy profunda. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +árbol de recursión +\series default + es una representación gráfica de un algoritmo recursivo, en el que cada + llamada se representa con un nodo, etiquetado con los parámetros que recibe, + y de este parte un nodo hijo por cada llamada que hace la función a sí + misma, siendo el nodo raíz la llamada inicial y los nodos hoja ejecuciones + de los casos base. + Este árbol sirve para decidir si el enfoque recursivo es apropiado o es + mejor buscar otro enfoque como el iterativo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El mecanismo de +\series bold +expansión de recurrencias +\series default + sirve para calcular el tiempo de ejecución de un algoritmo recursivo. + Para ello, se crea una +\series bold +ecuación de recurrencia +\series default +, una función que define el tiempo de ejecución en función de los parámetros + y se contiene a sí misma en la definición, y por inducción se obtiene una + +\series bold +forma cerrada +\series default + para esta ecuación, que no dependa de sí misma. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La recursión por lo general es más ineficiente que el diseño iterativo, + por lo que no se debe usar cuando la recursividad es por cola, el árbol + de recursión es lineal o el árbol es ramificado pero con nodos repetidos. +\end_layout + +\end_body +\end_document diff --git a/tp/n5.lyx b/tp/n5.lyx new file mode 100644 index 0000000..8c3359f --- /dev/null +++ b/tp/n5.lyx @@ -0,0 +1,435 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package mathdots 1 +\use_package mathtools 1 +\use_package mhchem 1 +\use_package stackrel 1 +\use_package stmaryrd 1 +\use_package undertilde 1 +\cite_engine basic +\cite_engine_type default +\biblio_style plain +\use_bibtopic false +\use_indices false +\paperorientation portrait +\suppress_date false +\justification true +\use_refstyle 1 +\use_minted 0 +\index Index +\shortcut idx +\color #008000 +\end_index +\secnumdepth 3 +\tocdepth 3 +\paragraph_separation indent +\paragraph_indentation default +\is_math_indent 0 +\math_numbering_side default +\quotes_style swiss +\dynamic_quotes 0 +\papercolumns 1 +\papersides 1 +\paperpagestyle default +\tracking_changes false +\output_changes false +\html_math_output 0 +\html_css_as_file 0 +\html_be_strict false +\end_header + +\begin_body + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +árbol +\series default + es un grafo simple conexo no dirigido y acíclico. + Trabajaremos con +\series bold +árboles con raíz etiquetados +\series default + finitos, en los que a uno de los nodos lo denominamos raíz y todos los + nodos almacenan un valor o un elemento. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los nodos conectados al nodo raíz son +\series bold +hijos +\series default + del nodo raíz, siendo este el +\series bold +padre +\series default + de estos nodos, e inductivamente llamamos hijos de un nodo +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + a los nodos +\begin_inset Formula $\{m_{i}\}_{i\in I}$ +\end_inset + + que estén conectados a él y no son su padre, y decimos que +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es el padre de los +\begin_inset Formula $m_{i}$ +\end_inset + +. + Llamamos +\series bold +nodo hoja +\series default + a un nodo que no tiene hijos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +camino +\series default + de +\begin_inset Formula $n_{1}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $n_{k}$ +\end_inset + + es una sucesión de nodos +\begin_inset Formula $n_{1},\dots,n_{k}$ +\end_inset + + donde cada nodo +\begin_inset Formula $n_{i}$ +\end_inset + + es el padre del +\begin_inset Formula $n_{i+1}$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $i=1,\dots,k-1$ +\end_inset + +, y decimos entonces que el camino tiene +\series bold +longitud +\series default + +\begin_inset Formula $k-1$ +\end_inset + +. + Dados dos nodos +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + +, si existe un camino de +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + + se dice que +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + es +\series bold +ancestro +\series default + de +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + + es +\series bold +descendiente +\series default + de +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + +. + El +\series bold +subárbol +\series default + de un árbol por un nodo es el árbol formado por este nodo, que será la + nueva raíz, y todos sus descendientes, preservando las aristas entre estos + nodos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +altura +\series default + de un nodo es el máximo de las longitudes de caminos desde este nodo hasta + cualquier descendiente suyo, y la +\series bold +altura del árbol +\series default + es la altura de su raíz. + La +\series bold +profundidad +\series default + de un nodo es la longitud del camino desde la raíz hasta el nodo. + El +\series bold +nivel +\series default + +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + de un árbol es el conjunto de todos los nodos a profundidad +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En general representamos un árbol mediante un apuntador a su raíz, y representam +os un nodo mediante una estructura con su elemento y, bien su lista de hijos + (normalmente), o un apuntador hacia su primer hijo ( +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +hijo izquierdo +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +) y el hermano siguiente (siguiente hijo del padre, +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +hermano derecho +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +), si bien esto es poco habitual. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Existen tres formas principales de recorrer un árbol: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Preorden +\series default +: En cada nodo, se considera primero el elemento del propio nodo y luego + cada hijo en preorden. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Inorden +\series default +: En cada nodo, se considera primero el primer hijo en inorden, después + el elemento del propio nodo y finalmente el resto de hijos en inorden. + Esto es útil en +\series bold +árboles binarios +\series default +, donde cada nodo tiene un +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +hijo izquierdo +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + y un +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +hijo derecho +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + (cada uno puede no existir). +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Postorden +\series default +: En cada nodo, se considera primero cada uno de los hijos en postorden + y finalmente el elemento del propio nodo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un árbol se dice que está +\series bold +balanceado +\series default + si su altura es la mínima dado el máximo de hijos por nodo que puede tener. + Esto es útil porque minimiza el tiempo de ejecución a la hora de operar + con ellos. + Algunos tipos de árbol: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Parcialmente ordenado +\series default +: Los descendientes de un nodo poseen un valor no mayor al del propio nodo. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Árbol binario de búsqueda +\series default +: Árbol binario en el que el hijo izquierdo de un nodo y sus descendientes + tienen un valor menor o igual al del propio nodo, a su vez menor o igual + al del hijo derecho y sus descendientes. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Árboles AVL +\series default +: Árbol binario auto-balanceable, que o bien es vacío o cumple que los subárbole +s por ambos hijos son AVL y la diferencia en la altura de ambos (valor absoluto) + es no mayor que 1. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Árboles B +\series default +: Un árbol B de orden +\begin_inset Formula $M$ +\end_inset + + es aquél en que: cada nodo tiene como máximo +\begin_inset Formula $M$ +\end_inset + + hijos; todos los nodos salvo la raíz tienen un valor formado como mínimo + por +\begin_inset Formula $\frac{M}{2}$ +\end_inset + + claves; la raíz tiene al menos 2 hijos si no es al mismo tiempo hoja; todos + los nodos hoja aparecen al mismo nivel; un nodo no hoja con +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + hijos tiene un valor formado por +\begin_inset Formula $k-1$ +\end_inset + + claves, y dado un nodo no hoja con claves +\begin_inset Formula $r_{1},\dots,r_{m}$ +\end_inset + +, las claves de sus nodos hijo (y descendientes respectivos) deben ser: + menores que +\begin_inset Formula $r_{1}$ +\end_inset + + para el primer hijo, entre +\begin_inset Formula $r_{i-1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $r_{i}$ +\end_inset + + para el nodo +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + +-ésimo ( +\begin_inset Formula $i=2,\dots,m$ +\end_inset + +), o mayores que +\begin_inset Formula $r_{m}$ +\end_inset + + para el último nodo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Aplicaciones: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Representación de datos jerárquicos, como sistemas de ficheros y directorios. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Búsqueda (y otras operaciones) de forma eficiente en colecciones de datos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Árboles de decisión en inteligencia artificial. +\end_layout + +\end_body +\end_document |
