Función Lineal. Características, gráfica y ejemplos de utilización en Unity

Introducción

La función lineal es una de las funciones más útiles de la matemática, en este artículo vamos a ver qué es exactamente una función lineal, cuál es su expresión matemática, sus características, cómo hacer su gráfica en el plano cartesiano. Al final vamos a ver algunos ejemplos de aplicación en el desarrollo con Unity.

Expresión matemática de una función lineal

Una función lineal es una función polinómica cuya expresión es:

f (X) = a . X + b

Se lee comunmente «f de x», siendo X la variable independiente, a y b números reales constantes.

Analizando la expresión vemos que dado cualquier valor de X, primero lo multiplicamos por a y luego sumamos b. El resultado de toda esa operación será el valor de f (X).

Características de una función lineal

Para estudiar en profundidad las características de la función lineal vamos a analizar su dominio, gráfica en el plano cartesiano, valores característicos y distintos tipos de rectas.

Dominio

El dominio es el intervalo de valores que puede tomar la variable independiente, normalmente denominada X.

En el caso de la función lineal el dominio es el conjunto de los números reales, es decir que la variable X puede tomar valores desde menos infinito a más infinito.

Entonces, dado un valor de X perteneciente al conjunto de los números reales, encontraremos su valor f (X) correspondiente multiplicando a X por la pendiente y sumando la ordenada al origen.

Artículo: Conjuntos numéricos

Gráfica en el plano cartesiano de una función lineal

La gráfica de f (X) en el plano cartesiano es una línea recta. Podemos trazarla fácilmente encontrando dos puntos de la función y luego, utilizando una regla, trazar la línea que une ambos puntos. También puedes armar una TABLA de VALORES para graficarla.

Uno de estos puntos lo podemos encontrar fácilmente considerando X = 0, en ese punto la función vale lo que su ordenada al origen (el coeficiente b en la expresión genérica).

El segundo punto lo podemos encontrar eligiendo un valor distinto para X y realizando los cálculos, por ejemplo para la función de la figura 1, si consideramos X = 2, al reemplazar ese valor en la función obtenemos el resultado f (X) = 2.

ejemplo del grafico en el sistema cartesiano de una funcion lineal, pendiente un medio, ordenada al origen igual a 1
Fig. 1: Ejemplo de la gráfica de una función lineal en el plano cartesiano.

Artículo: Sistema Cartesiano

Ordenada al origen

Este punto característico de la función lineal es el valor de la función cuando X = 0. De manera gráfica, es el punto donde la función lineal corta el eje vertical (conocido como eje de ordenadas). El punto (0,b) se lo conoce como ordenada al origen.

En la gráfica de la figura 1 vemos que la ordenada al origen es el punto (0,1).

Abscisa al origen

Análogamente al caso anterior, la abscisa al origen es el punto en el cual la función corta el eje horizontal o eje de abscisas. En este punto Y = 0.

Una función lineal podría no tener abscisa al origen si se trata de una recta paralela al eje x y con desplazamiento vertical.

La abscisa al origen puede encontrarse haciendo 0 = f (X) y luego reemplazando f (X) por la expresión lineal, por ejemplo en el caso de la figura 1 tenemos:

0 = (1/2) . X + 1.

Despejando X de la ecuación anterior obtenemos el valor de X en el cual f (X) es igual a 0. En la función lineal de la figura 1 la abscisa al origen es el punto (-2,0).

Pendiente de una función lineal

El coeficiente que multiplica a X en la expresión genérica de la función lineal se lo conoce como «pendiente» y es el que establece si la función es creciente o decreciente y en qué magnitud.

Si la pendiente es positiva la función es creciente y si la pendiente es negativa la función es decreciente. Si la pendiente vale 0, el término que contiene X se anula y sólo nos queda f (X) = b, la función lineal vale lo que su ordenada al origen en todo el dominio, en este caso tenemos una recta horizontal (paralela al eje X).

Si sólo disponemos de la gráfica de una función lineal, podemos calcular la pendiente como la tangente del ángulo que forma la recta con el eje horizontal. También podemos encontrar la pendiente utilizando el Teorema de Pitagoras.

Rectas paralelas

Dos rectas son paralelas si sus pendientes son iguales.

Ejemplo de dos rectas paralelas:

f (X) = 2 . X – 1

g (X) = 2 . X + 3

Rectas perpendiculares

Dos rectas son perpendiculares si la pendiente de una de ellas es igual a la pendiente invertida y opuesta de la otra. En el siguiente ejemplo vemos dos rectas que son perpendiculares.

f (X) = 3 . X + 2

g (X) = – ( 1/3 ) . X + 5

La pendiente de g es menos un tercio, el cual es el inverso y opuesto de 3.

Algunos ejemplos de aplicación de la función lineal en programación

La función lineal es una de las funciones matemáticas más útiles y su campo de aplicación es muy variado. Vamos a dar algunos ejemplos de posibles aplicaciones.

Representar trayectorias

Una de las cosas más básicas que se puede hacer con una función lineal es hacer que los objetos se muevan en una trayectoria recta, la función lineal nos relaciona dos magnitudes que podríamos elegir como queramos, por ejemplo la variable independiente podría ser una coordenada X en el espacio y la variable independiente puede ser la coordenada Y en el espacio, luego con cierto ritmo de ejecución podemos hacer que un objeto describa dicha trayectoria.

Por ejemplo en la figura 2 vemos una escena en Unity en la que las esferas van siguiendo una trayectoria que se describe como su posición en x es igual a su posición en y.

Fig. 2: Las esferas van avanzando en la dirección positiva del eje X, su altura Y se determina por el cálculo de la función y = x.

El mismo concepto y con distintas combinaciones de planos se puede aplicar para otros casos como movimientos de vehículos, trayectoria de proyectiles, etc.

Relacionar parámetros de manera lineal

Supongamos que tenemos dos parámetros cualesquiera, por ejemplo la posición del jugador en el eje X y la rotación de algún mecanismo respecto de alguno de sus ejes.

Digamos también que nos gustaría que estos parámetros estén conectados de alguna forma, es decir que la rotación que tenga el mecanismo va a depender de la posición del jugador.

Podemos establecer entonces una relación lineal entre estos dos parámetros, por ejemplo podríamos decir que la rotación del mecanismo respecto de su eje z sea igual a la mitad del valor de la posición del jugador en el eje x más cinco unidades.

Con esto logramos relacionar esos dos parámetros a través de una función lineal.

Implementar magnitudes lineales en nuestra aplicación

En la física existen muchas magnitudes lineales que podríamos estar interesados en implementar en un programa. Un ejemplo de esto puede ser el movimiento rectilineo uniforme, en el cual tenemos una dirección del movimiento establecida y la posición estará definida por una función lineal en la que la pendiente de la recta es la velocidad del objeto y la ordenada al origen es la posición inicial.

En el caso de la Ley de Ohm por ejemplo, si tenemos un circuito con una fuente conectada a una resistencia, la corriente que circula es igual al voltaje de la fuente dividido la resistencia, esto no es otra cosa que una función lineal con la forma i = v / R.

La energía potencial gravitatoria de un objeto es una función lineal de su altura respecto al suelo.

Hay varios fenómenos físicos que se caracterizan por tener un comportamiento lineal y que podríamos estar interesados en implementar.

Graficador de Función Lineal

Prueba modificar los coeficientes a y b de la expresión genérica de la función lineal y ver cómo se modifica la gráfica.

Conclusión

La función lineal es una de las funciones más básicas pero también de las más útiles por su simpleza de cálculos y su versatilidad. Su gráfica en el plano cartesiano se corresponde con una recta en la que podemos identificar una pendiente y una ordenada al origen, punto en el que la recta corta al eje vertical o eje de ordenadas.

Podemos utilizarla para establecer relaciones lineales entre distintos parámetros de nuestro juego y representar fenómenos físicos de caracter lineal.

6 comentarios en “Función Lineal. Características, gráfica y ejemplos de utilización en Unity”

    1. Hola! si el ejercicio es graficar esa ecuación en el plano cartesiano puedes hacer una tabla de valores para X, ingresarlos en la ecuación y calcular los valores correspondientes de Y, con dos puntos podrás trazar la gráfica de esa función.
      Al final de este artículo hay un graficador de función lineal, si quieres trazar la gráfica utiliza a=-1 y b=5, espero que te sea útil.

    1. Las dos primeras son funciones lineales, ya que sólo contienen X elevado a la primera potencia (no aparece X al cuadrado, al cubo, etc…). La tercera función no es lineal, ya que tenemos un término con X elevado a la -1 (1/X). Puedes comprobar esto usando alguna herramienta para graficar como Foo Plot, si ingresas las dos primeras funciones el gráfico será una línea recta, mientras que el gráfico de la tercera función no lo es.

  1. cómo podría explicarse esta afirmación:
    «Una función lineal siempre tiene una recta,aunque la reciproca no es cierta» ????????

    1. Toda función lineal tiene la forma f(x)=a.x+b con a y b pertenecientes a los reales, el gráfico de esa expresión se corresponde con una línea recta con pendiente a y ordenada al origen b, por lo tanto toda función lineal se representa como una recta en el plano cartesiano. La recíproca de esa afirmación sería: «toda recta se corresponde a una función lineal», lo cual es falso y para demostrarlo se puede usar un contra ejemplo, cualquier recta vertical (paralela al eje de las ordenadas) es efectivamente una recta, pero no es una función lineal ya que uno de los requisitos que deben cumplir las funciones es que para cada valor de X exista un único valor de Y. Otra manera de verlo es que en la expresión f(x)=a.x+b no hay valores reales a y b tal que su gráfica sea una recta vertical, para ello la pendiente a debería tender a infinito.

Los comentarios están cerrados.

Secured By miniOrange