PDF de programación - 6 Funciones - Mathematica

6 Funciones

En Mathematica se pueden definir nuevas funciones, una característica
que resulta muy útil y conveniente en una muy amplia variedad de con-
textos.

6.1. Definiendo funciones

Esto define, en Mathematica, la función f(x) = (x + 1)2. (El signo
de guión bajo, _, que aparece tras la variable en la parte izquierda,
es muy importante).

Ξ f[x_]:= (x+1)^2

Observa que la definición no produce ninguna respuesta como re-
sultado.

El argumento pasado a la función f puede ser un número.

Ξ f[4]

Y también, una variable o cualquier otra expresión.

Ξ f[a]

Ξ f[x + Sin[x]]

Una vez definida, la función puede utilizarse en cualquier cálculo.

Ξ Expand[f[x+1+y]]

Ξ Sin[f[x+a]]

Ξ f[f[a]]

Esto muestra la definición de f.

Ξ ?f

Esto libera la definición de f

Ξ Clear[f]

Ξ ?f

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6.2. Definiciones múltiples

Una función con dos variables.

Ξ f[x_, y_]:= (x - y)^2 / y

Ξ 2 + f[a, b]

Una nueva definición para f que, en este caso, sobreescribe a la
anterior.

Ξ f[x_, y_]:= (x - y)^4

Ξ 2 + f[a,b]

¿Cuál es la definición de f?

Ξ ?f

Esta nueva definición de f no sobreescribe la anterior porque tiene
otro tipo de argumentos.

Ξ f[x_]:= Sin[x^2 +1]

Ξ 2 + f[a]

Ξ 2 + f[a,b]

¿Cuál es la definición de f ahora?

Ξ ?f

El mecanismo de definición múltiple es, a veces, muy conveniente
pero frecuentemente conduce a situaciones confusas. Una definición
limpia de f.

Ξ Clear[f]

Ξ f[x_]:= Sin[x^2 +1]

Ξ 2 + f[a]

Ξ ?f

Siempre es conveniente anular las definiciones de funciones que no
se vayan a usar más. Ello evita una buena cantidad de problemas
y errores.

Ξ Clear[f]

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6.3. Definiciones condicionales

Mathematica permite definiciones múltiples, mezclando definiciones para
expresiones específicas como f[1] o f[a] con definiciones para variables
como f[x_]. Esto permite definir muchas funciones matemáticas.
La definición de una función que presenta una singularidad.

Ξ f[x_] := Sin[x+1]/x

Ξ f[Pi/2-1]

Aquí se obtiene un error porque f no está definida en 0.

Ξ f[0]

Así que definimos f en cero por el límite.

Ξ f[0] = 1

Ξ f[0]

Ξ f[Pi/2-1]

La definición anterior es matemáticamente equivalente a

f(x) =

x

1

( sen(x + 1)

si x 6= 0
si x = 0

Cuando se hace una secuencia de definiciones, Mathematica sigue el prin-
cipio de aplicar primero las definiciones más especificas y después las
definiciones más generales. Los casos especiales son aplicados antes que
los casos generales, independientemente del orden en que se definan; un
comportamiento que es particularmente importante.

Una función definida únicamente para valores racionales de la va-
riable.

Ξ g[n_Rational]:= 1

Ξ g[-23]

Ξ g[2/3]

Ξ g[Sqrt[2]]

La definición de g cuando la variables es real.

Ξ g[r_Real]:= 0

Ξ g[2/3]

Ξ g[Sqrt[2]]

Ξ g[3+4I]

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La definición de g en cualquier otro caso.

Ξ g[x_]:= 1/2

Ξ g[z]

El mecanismo de definiciones condicionales permite definir en Mathema-
tica lo que habitualmente se conoce como funciones a trozos.

Un primer procedimiento para una definición condicional.

Ξ [f[x_]:= If[x < 0, Sin[x], 3x^2 - 1]

Ξ f[-2], f[2]

Un segundo procedimiento.

Ξ g[x_]:= 3 x^2 -1 /; x >= 0

Ξ g[x_]:= Sin[x] /; x < 0

Ξ g[-2], g[2]

6.4. Definición inmediata y definición diferida

En realidad hay dos formas posibles de definición. La primera, más fre-
cuente, utiliza el operador := y se denomina definición diferida; la se-
gunda utiliza el operador = y se llama definición inmediata. La diferencia
entre ambas es muy sutil y a veces causa confusión en el usuario poco
experimentado.

Cuando se utiliza el operador :=, la definición de la función no se
evalúa (y como consecuencia no se obtiene resultado alguno).

Ξ ExpandeA[x_]:= Expand[(1+x)^2]

Cuando se utiliza el operador =, la definición de la función se evalúa.

Ξ ExpandeB[x_]= Expand[(1+x)^2]

Cuando se utiliza la función ExpandeA, primero se sustituye el ar-
gumento en el cuerpo de definición y después se ejecuta el procedi-
miento de desarrollo de la expresión.

Ξ ExpandA[a+2]

Sin embargo, ExpandB sustituye su argumento en la expresión ya
desarrollada, dando una respuesta diferente.

Ξ ExpandB[a+2]

Ambos operadores, = y := pueden utilizarse para definir funciones, pe-
ro sus significados son diferentes. Hay que ser cuidadoso acerca de cuál
utilizar en cada caso. La regla es: ante la duda, usar :=.

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Algunas veces, el uso de uno u otro es indiferente.

Ξ f[x_]:= Sin[Log[x]]

Ξ f[1+a]

Ξ g[x_] = Sin[Log[x]

Ξ g[1+a]

En otras ocasiones, el uso del operador := es imprescindible.

Ξ Clear[f,g]

Ξ f[x_]:= Simplify[x]

Ξ g[x_]=

Simplify[x]

Ξ f[Sin[x]^2 + Cos[x]^2]

Ξ g[Sin[x]^2 + Cos[x]^2]

El uso del operador := es posiblemente más frecuente, pero también
hay ocasiones en las que debe usarse necesariamente el operador =.

Ξ f[x_]:= D[Log[Sin[x]], x]

Ξ g[x_] = D[Log[Sin[x]], x]

Ξ f[1+a]

Ξ g[1+a]

...saber definir funciones y utilizarlas; al respecto es muy importante
que recuerdes el uso de _ para definir las variables;
...saber que la orden ? se utiliza para obtener ayuda acerca de una
función;
...saber que la orden Clear se utiliza para eliminar la definición de
una función;
...saber cómo hacer definiciones múltiples;
...saber cómo hacer definiciones condicionales;
...entender muy bien la diferencia en la asignación inmediata (=) y
la asignación diferida (:=).

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Deberías...