Linearidade

Linearidade é a propriedade de uma relação matemática ( função ) que pode ser representada graficamente como uma linha reta. A linearidade está intimamente relacionada à proporcionalidade . Os exemplos em física incluem a relação linear de tensão e corrente em um condutor elétrico ( lei de Ohm ) e a relação de massa e peso . Por outro lado, relacionamentos mais complicados são não lineares .

Generalizada para funções em mais de uma dimensão, linearidade é a propriedade que uma função tem de ser compatível com adição e escalonamento, também chamado de princípio de superposição .

A palavra linear tem origem no latim linearis, "pertencente a ou semelhante a uma linha".

Na matemáticaEditar

Em matemática, um mapa linear ou função linear f ( x ) é uma função que satisfaz as duas propriedades (princípio de superposição): [1]

Nesta definição, x não é necessariamente um número real, mas pode em geral ser um elemento de qualquer espaço vetorial . Uma definição mais especial de função linear, não coincidindo com a definição de mapa linear, é usada em matemática elementar (veja abaixo).

Aditividade por si só implica homogeneidade para α racional, uma vez que   implica   para qualquer número natural n por indução matemática, e então   implica   . A densidade dos números racionais em reais implica que qualquer função contínua aditiva é homogênea para qualquer número real α e, portanto, linear.

O conceito de linearidade pode ser estendido para operadores lineares. Exemplos importantes de operadores lineares incluem a derivada considerada como um operador diferencial e outros operadores construídos a partir dela, como del e o Laplaciano . Quando uma equação diferencial pode ser expressa na forma linear, geralmente pode ser resolvida dividindo a equação em partes menores, resolvendo cada uma dessas partes em separado e somando as soluções.

Álgebra linear é o ramo da matemática preocupado com o estudo de vetores, espaços vetoriais (também chamados de 'espaços lineares'), transformações lineares (também chamados de 'mapas lineares') e sistemas de equações lineares.

Para obter uma descrição das equações lineares e não lineares, consulte equação linear .

Polinômios linearesEditar

Em um uso diferente da definição acima, um polinômio de grau 1 é dito ser linear, porque o gráfico de uma função dessa forma é uma linha reta. [2]

Sobre os reais, uma equação linear é uma das formas:

 

onde m é freqüentemente chamado de declive ou gradiente (coeficiente linear); b a interceptação y, que fornece o ponto de intersecção entre o gráfico da função e o eixo y .

Observe que esse uso do termo linear não é o mesmo que na seção acima, porque polinômios lineares sobre os números reais não satisfazem em geral a aditividade ou homogeneidade. Na verdade, eles fazem isso se e somente se b = 0 . Conseqüentemente, se b ≠ 0, a função é freqüentemente chamada de função afim (ver em maior generalidade transformação afim ).

Funções booleanasEditar

Na álgebra booleana, uma função linear é uma função   para o qual existem   de tal modo que

 , Onde  

Observe que se  , a função acima é considerada afim na álgebra linear (ou seja, não linear).

Uma função booleana é linear se uma das seguintes opções for válida para a tabela verdade da função:

  1. Em cada linha em que o valor verdade da função é T, há um número ímpar de Ts atribuídos aos argumentos, e em cada linha em que a função é F há um número par de Ts atribuídos aos argumentos. Especificamente, f(F, F, ..., F) = F f(F, F, ..., F) = F f(F, F, ..., F) = F, e essas funções correspondem a mapas lineares sobre o espaço vetorial Booleano.
  2. Em cada linha em que o valor da função é T, há um número par de Ts atribuídos aos argumentos da função; e em cada linha em que o valor verdade da função é F, há um número ímpar de Ts atribuídos aos argumentos. Nesse caso, f(F, F, ..., F) = T f(F, F, ..., F) = T f(F, F, ..., F) = T

Em outras palavras, cada variável sempre faz diferença no valor de verdade da operação ou nunca faz diferença.

Negação, Lógica bicondicional, exclusiva ou, tautologia e contradição são funções lineares.

FísicaEditar

Na física, a linearidade é uma propriedade das equações diferenciais que governam muitos sistemas físicos; por exemplo, as equações de Maxwell ou a equação de difusão . [3]

Linearidade de uma equação diferencial homogênea significa que se duas funções f e g são soluções da equação, então qualquer combinação linear af + bg é, também.

Na instrumentação, linearidade significa que uma dada mudança em uma variável de entrada dá a mesma mudança na saída do aparelho de medição: isso é altamente desejável em trabalhos científicos. Em geral, os instrumentos são quase lineares em uma determinada faixa e mais úteis nessa faixa. No entanto, os sentidos humanos por sua vez são altamente não lineares: por exemplo, o cérebro ignora completamente a luz que entra, a menos que ela exceda um certo número limite absoluto de fótons.

Veja tambémEditar

Referências

  1. Edwards, Harold M. (1995). Linear Algebra. Springer. [S.l.: s.n.] ISBN 9780817637316 
  2. Stewart, James (2008). Calculus: Early Transcendentals, 6th ed., Brooks Cole Cengage Learning. ISBN 978-0-495-01166-8, Section 1.2
  3. Evans, Lawrence C. (2010) [1998], Partial differential equations (PDF), ISBN 978-0-8218-4974-3, Graduate Studies in Mathematics, 19 2nd ed. , Providence, R.I.: American Mathematical Society, MR 2597943, doi:10.1090/gsm/019