matemáticas

derivada parcial

derivada parcial — de la anatomía de las fórmulas
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Descripción

Una derivada parcial mide cómo cambia una función cuando solo se varía una de sus múltiples variables, mientras las demás se mantienen constantes. Es una piedra angular del cálculo multivariable y aparece en toda la física, desde la termodinámica (donde presión, volumen y temperatura son interdependientes) hasta las teorías de campos (donde los campos dependen del espacio y el tiempo). La notación ∂f/∂x denota la derivada parcial de f con respecto a x.

Historia

El concepto se desarrolló en el siglo XVIII por matemáticos como Leonhard Euler y Joseph-Louis Lagrange, quienes extendieron el cálculo diferencial a funciones de varias variables. La notación moderna ∂ fue introducida por el marqués de Condorcet en 1770 y popularizada por Carl Gustav Jacob Jacobi en el siglo XIX.

Cómo funciona

Para calcular una derivada parcial, trata todas las variables excepto la de interés como constantes y deriva como en el cálculo ordinario. Por ejemplo, si f(x, y) = x²y + sin(y), entonces ∂f/∂x = 2xy, y ∂f/∂y = x² + cos(y). Las derivadas parciales se usan para construir gradientes, divergencias y rotacionales en el cálculo vectorial, y aparecen en ecuaciones diferenciales como la ecuación de onda y la ecuación de Schrödinger.

En la práctica

Las derivadas parciales se utilizan en optimización (por ejemplo, el descenso de gradiente en el aprendizaje automático), en la resolución de ecuaciones diferenciales parciales para la dinámica de fluidos y el electromagnetismo, y en el análisis de propagación de errores en la física experimental.

Dato curioso

En termodinámica, las cuatro relaciones de Maxwell se derivan de la igualdad de las derivadas parciales mixtas, conectando cantidades como temperatura, presión, entropía y volumen.

Concept graph →

Fórmulas

$$c_s^2 = \frac{P_X}{P_X + 2X P_{XX}}$$
Speed of perturbations in a scalar field with kinetic term.
Qué hay en la fórmula
c_svariablesound speed — sound speed metre per second
Pvariablepressure of the scalar field — presión pascal
Xvariablekinetic term, -1/2 (∂φ)^2 — kinetic energy density joule per cubic metre
P_Xvariablepartial derivative of P with respect to X — derivada parcial
P_XXvariablesecond partial derivative of P with respect to X — second partial derivative
$$\partial_v r = 0$$
Condition defining a black hole horizon in null coordinates.
Qué hay en la fórmula
vvariablenull coordinate (e.g., advanced time) — null coordinate metre
rvariableradial coordinate — coordenada radial metre
∂_voperadordifferentiates with respect to the null coordinate — derivada parcial
$$P = i \left( \Psi^* \frac{\partial\Psi}{\partial t} - \frac{\partial\Psi^*}{\partial t} \Psi \right)$$
Defines probability density in relativistic quantum mechanics.
Qué hay en la fórmula
PvariableProbability density — probability density per metre cubed
\PsivariableWave function — función de onda per metre cubed half
\Psi^*variableComplex conjugate of wave function — wave function conjugate per metre cubed half
tvariableTime — tiempo second
\frac{\partial}{\paroperadorPartial derivative with respect to time — derivada parcial
$$i\hbar\frac{\partial\psi}{\partial t} = -\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\psi + V\psi$$
Describes quantum particles with self-gravitating potential.
Qué hay en la fórmula
ψvariablewave function of the quantum particle — función de onda metre to the minus 3 over 2
tvariabletime — tiempo second
Vvariablepotential energy (here self-gravitating) — energía potencial joule
mvariablemass of the particle — masa kilogram
ħconstanteReduced Planck constant, fundamental quantum of action — constante de Planck reducida = 1.054571817e-34 joule second
∂/∂toperadorpartial derivative with respect to time — derivada parcial
∇²operadorLaplacian (spatial second derivative) — laplacian operator
$$\beta_{\rho} = M \frac{\partial \rho}{\partial M}$$
Beta function describes scale dependence of a parameter.
Qué hay en la fórmula
β_ρvariablebeta function for ρ joule per cubic metre
Mvariablerenormalization scale — energía joule
ρvariablerunning parameter joule per cubic metre
∂/∂Moperadorpartial derivative with respect to scale M — derivada parcial
$$\Delta T = -\frac{T}{C_p} \left( \frac{\partial S}{\partial P} \right)_T \Delta P$$
Temperature change under adiabatic pressure variation.
Qué hay en la fórmula
ΔTvariabletemperature change — temperatura kelvin
Tvariableabsolute temperature — temperatura kelvin
C_pvariableheat capacity at constant pressure — capacidad calorífica joule per kelvin
Svariableentropy — entropía joule per kelvin
ΔPvariablepressure change — presión pascal
∂/∂Poperadorpartial derivative with respect to pressure at constant temperature — derivada parcial

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