Método

Aproximación lineal

La aproximación lineal usa la recta tangente para estimar valores de la función cerca del punto donde se calculó. Cerca del punto de tangencia la recta y la curva casi coinciden, así que la recta sirve como reemplazo.

La fórmula es la de la recta tangente: el valor de la función en el punto más la derivada por la distancia recorrida. Se elige un punto donde la función sea fácil de calcular y que esté cerca del valor que se quiere estimar.

Sirve para aproximar cosas que a mano serían complicadas, como una raíz de un número que no es cuadrado perfecto. Se toma el cuadrado perfecto más cercano como punto de apoyo y se estima desde ahí.

La aproximación es buena solo cerca del punto. Cuanto más lejos, más se despega la recta de la curva, y el error crece rápido.

Este es el primer caso de un tema más general: la recta tangente es el polinomio de Taylor de orden uno, y agregando más términos se obtienen aproximaciones mejores.

f(x)f(a)+f(a)(xa)f(x) \approx f(a) + f'(a) \cdot (x - a)
Cuándo se usa

Cuando el ejercicio pide estimar un valor sin calculadora, o hablar de propagación de errores. Elegí un punto cercano donde la función sea exacta y aplicá la fórmula de la tangente.

Ejemplo 1

Estimar 9,2\sqrt{9},2 usando aproximación lineal.

Elegimos un punto cercano donde la raíz sea exacta. a=9a = 9, porque 9=3\sqrt{9} = 3.
Calculamos la derivada y la evaluamos. f(x)=1/(2x)f'(x) = 1/(2\sqrt{x}), así que f(9)=1/60,1667f'(9) = 1/6 \approx 0{,}1667.
Calculamos la distancia al punto. xa=9,29=0,2x - a = 9{,}2 - 9 = 0{,}2
Aplicamos la fórmula. 9,23+0,16670,2=3+0,0333\sqrt{9},2 \approx 3 + 0{,}1667 \cdot 0{,}2 = 3 + 0{,}0333
Comparamos con el valor real. La estimación da 3,03333{,}0333 y el valor real es 3,033153{,}03315\dots.
Respuesta: 9,23,033\sqrt{9},2 \approx 3{,}033

Ejemplo 2

El lado de un cuadrado mide 1010 cm con un error posible de 0,10{,}1 cm. Estimar el error en el área usando el diferencial.

Escribimos la función. El área es A(L)=L2A(L) = L^{2}.
Derivamos. A(L)=2LA'(L) = 2L
Aplicamos la fórmula del diferencial. dA=A(L)dL=2100,1dA = A'(L) \cdot dL = 2 \cdot 10 \cdot 0{,}1
Calculamos. dA=2cm2dA = 2 \,\mathrm{cm}^{2}
Interpretamos. Un error de un uno por ciento en el lado produce un error de aproximadamente dos por ciento en el área.
Respuesta: el error en el área es de unos 2cm22 \,\mathrm{cm}^{2}

Error típico

Elegir un punto aa lejano al valor que se quiere estimar. Para calcular 4,1\sqrt{4},1 conviene a=4a = 4 y no a=1a = 1: cuanto más lejos, más se separan la recta y la curva.

Practicar

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