Horizontes. Revista
de Investigación en Ciencias de la Educación
https://revistahorizontes.org
Volumen 7 / N° 31 / octubre-diciembre 2023
ISSN: 2616-7964
ISSN-L: 2616-7964
pp. 2555 – 2574
Matlab en las
aplicaciones de la matemática
Matlab in mathematical applications
Matlab em aplicativos de matemática
Jorge David Velasquez-Alarcón1
david1316va@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-6844-3487
Juan Mendez-Vergaray1
jmvevalauciones@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0001-7286-0534
Edward Flores2
eflores@unfv.edu.pe
https://orcid.org/0000-0001-8972-5494
1 Universidad César Vallejo. Lima, Perú
2 Universidad Nacional Federico Villarreal. Lima,
Perú
Artículo recibido 27 de octubre 2022 | Aceptado 16 de noviembre 2022 |
Publicado 16 de octubre 2023
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https://doi.org/10.33996/revistahorizontes.v7i31.684
RESUMEN
El Matlab es un software que ayuda a promover la investigación mediante
el procesamiento de imágenes; es por ello, que el objetivo de esta indagación
fue analizar las aplicaciones del Matlab en el aprendizaje de la matemática,
geometría, álgebra y ecuaciones diferenciales. En la revisión sistemática de
enfoque cualitativo, se utilizó el análisis documental de artículos
científicos; la búsqueda se realizó en la base de datos Scopus, para lo cual se
realizó el filtrado respetando la declaración PRISMA; además, se consideró los
criterios de inclusión y exclusión; el período de búsqueda fue en el rango
2013-2022. Se obtuvieron 30 artículos que cumplieron con las características
para el estudio. Se determinó la efectividad del software MATLAB en el
aprendizaje de la matemática y otras áreas del conocimiento. Se concluye su
utilidad en el campo académico para realizar gráficas, cálculo de matrices
grandes y la solución de diferentes ecuaciones diferenciales.
Palabras clave: Aplicaciones
matemáticas; Ecuaciones diferenciales; Matlab
ABSTRACT
Matlab is a software that
helps to promote research through image processing; therefore, the objective of
this research was to analyze the applications of Matlab
in the learning of mathematics, geometry, algebra and differential equations.
In the qualitative approach systematic review, the documentary analysis of
scientific articles was used; the search was performed in the Scopus database,
for which the filtering was performed respecting the PRISMA statement; in
addition, the inclusion and exclusion criteria were considered; the search
period was in the range 2013-2022. Thirty articles were obtained that met the
characteristics for the study. The effectiveness of MATLAB software in the
learning of mathematics and other areas of knowledge was determined. Its
usefulness in the academic field for graphing, calculation of large matrices
and the solution of different differential equations was concluded.
Key words: Mathematical applications; Differential
equations; Matlab
RESUMO
O Matlab é um software que ajuda a promover a
pesquisa por meio do processamento de imagens; portanto, o objetivo desta
pesquisa foi analisar as aplicações do Matlab no
aprendizado de matemática, geometria, álgebra e equações diferenciais. Na
revisão sistemática de abordagem qualitativa, foi utilizada a análise
documental de artigos científicos; a busca foi realizada na base de dados Scopus, para a qual foi feita a filtragem respeitando a
declaração PRISMA; além disso, foram considerados os critérios de inclusão e
exclusão; o período de busca foi entre 2013 e 2022. Foram obtidos 30 artigos
que atendiam às características do estudo. Foi determinada a eficácia do
software MATLAB no aprendizado da matemática e de outras áreas do conhecimento.
Concluímos sua utilidade no campo acadêmico para a elaboração de gráficos,
cálculo de grandes matrizes e resolução de diferentes equações diferenciais.
Palavras-chave: Aplicações matemáticas; Equações diferenciais; Matlab
Las TIC constituyen un
recurso indispensable en el proceso investigativo en general y en particular
para la aplicación de la matemática en otras ciencias y asimismo en la
enseñanza-aprendizaje de la matemática (Vergara et al., 2016). El software
Matlab es un lenguaje de programación potente que ofrece una variedad de
funciones que permiten la simulación, el diseño y el cálculo de matrices,
determinantes y solución de sistemas de ecuaciones y ecuaciones diferenciales
(Li, 2017); además, ayuda a exponer concepciones que son muy difíciles de
procesar en corto tiempo por los estudiantes (Chamorro et al., 2021; Rios et
al., 2017).
En ese sentido, la
aplicación del MATLAB en las simulaciones matemáticas permite que los
estudiantes logren mejoras en el aprendizaje y los docentes mejoren en la
enseñanza (Song et al., 2019); en la misma línea, es posible afirmar que el
manejo del Matlab motiva a los estudiantes a investigar acerca de las
ecuaciones diferenciales y sus aplicaciones (Shah et al., 2022). Asimismo, el
Matlab es un software matemático que permite el cálculo de determinantes,
cálculo de matrices, generación de algoritmos, ejecución de interfaces y es muy
útil en la aplicación de las diferentes áreas de la matemática (Jia, 2018);
además su uso adecuado en la enseñanza, convierte al docente en un generador
del conocimiento y de situaciones de aprendizaje (Gao, 2019).
Por otro lado, el Matlab
en el álgebra brinda las posibilidades de realizar cálculos de matrices de una
manera rápida y segura (Ye y Lim, 2018); además, el MATLAB permite la solución
de ecuaciones lineales, no lineales y el cálculo de valores propios, problemas
relacionados a espacios vectoriales y transformaciones lineales, experimentar
con algoritmos, entre otras aplicaciones y de esta forma contribuir al
aprendizaje significativo de los estudiantes (Caglayan, 2018).
Matlab en la geometría, ofrece una variedad de
funciones que permiten la simulación, el diseño y el cálculo de diagramas
geométricos en 2D y en 3D, de regiones acotadas y polígonos en el plano y en el
espacio (Roberts et al., 2019); además, del cálculo de volúmenes de funciones,
visualización de gráficos, permite que los alumnos afiancen sus conocimientos y
consoliden el aprendizaje autónomo. Finalmente, el Matlab en la enseñanza, es
una herramienta muy útil para el educador, ya que le facilita aclarar
definiciones que son difíciles de entender para los estudiantes en corto tiempo
(Gil, 2017), como la manipulación de matrices, determinantes, cálculo y gráfico
de áreas y volúmenes, además de la implementación de algoritmos.
Es necesario para el
docente de matemática contar con recursos académicos para desarrollar la clase
de una forma más dinámica que le permita fortalecer el proceso de enseñanza y
aprendizaje y optimizar el rendimiento académico de los estudiantes, en ese
contexto se recomienda el uso del Matlab por su interacción y su diversidad de
aplicaciones. Asimismo, el Matlab brinda una diversidad de algoritmos para
resolver una variedad de ecuaciones diferenciales; ecuaciones en derivadas
parciales y ecuaciones aplicadas a otras ciencias. Dentro de la utilidad del
software Matlab se muestra a continuación el procedimiento de algunos
algoritmos como el de Newton-Raphson, que permite hallar las raíces o ceros de
un polinomio por medio de aproximaciones, pero su mayor utilidad es encontrar
las raíces de ecuaciones no lineales; además también es útil para hallar los
máximos y mínimos de una función real.
clc
disp('Metodo de Newton Raphson')
f=input('Introduzca la funcion f(x):','s');
d=input('Introduzca la derivada de la funcion dy/dx:','s');
pi=input('Introduzca el punto de inicio:');
err=input('Porcentaje de error:');
ezplot(f)
grid on
d=inline(d);
f=inline(f);
ea=100;
j=0;
while ea>err
xi=pi-(f(pi)/d(pi));
ea=abs(((xi-pi)/xi)*100);
pi=xi;
j=j+1;
end
fprintf('\nRaiz= %10.3f en %d Iteraciones',pi,j)
Por ejemplo si se
considera la función f(x)= x^4-4x^2, cuya derivada es f^' (x)=4x^3-8x y se toma como punto de inicio a -3 y como
porcentaje de error 0.0001, aplicando el método de Newton Raphson, programado,
se encuentra que una raíz es -2. La cual se evidencia en la Figura 1.
Figura 1. Solución de la ecuación
propuesta.
En la presente revisión
sistemática se trata de determinar la utilidad del software Matlab en las
aplicaciones de la matemática en otros campos de e
METODOLOGÍA
Para ejecutar el
presente artículo, se efectuó la revisión sistemática de los artículos
seleccionados, de acuerdo con la lista de verificación de los 27 puntos de
PRISMA 2010 y el diagrama de flujo adaptado de PRISMA, entre junio y julio del
2022. La revisión sistemática, se utilizó un análisis documental de artículos
científicos; las búsquedas de los documentos de información se realizaron en el
idioma inglés con una revisión exhaustiva en la base de datos Scopus, con las
siguientes ecuaciones: “Matlab AND mathematics” y “Matlab AND algebra linear OR
geometry”. La búsqueda de documentos con la
De acuerdo con la
información recopilada, los procesos de filtrado, que se realizaron siguiendo
los estándares y recomendaciones de la declaración PRISMA, se considera el
siguiente diagrama de flujo.
Figura 2. Adaptación de PRISMA,
diagrama de flujo (Urrútia y Bonfill, 2010).
DESARROLLO Y DISCUSIÓN
Al iniciar la búsqueda en la base de datos
mencionada, se hallaron 6751 documentos, en la exclusión por duplicación se
excluyeron 0 artículos; así mismo, después de realizar el filtro en la base de
datos con los indicadores acceso abierto y solo artículo se obtuvieron 967
artículos, luego de analizar los títulos, resúmenes y palabras clave, se
excluyeron 921 artículos, obteniendo 46 artículos para un análisis más
exhaustivo y finalmente en el análisis por no cumplir los criterios declarados
en la metodología fueron excluidos 16 artículos, lo cual nos deja para el
análisis que 30 artículos si cumplen con los criterios de la investigación,
como se detalla en la Tabla 1.
Tabla 1. Sistematización de los
resultados de búsquedas.
N° |
Autor/ año |
Categorías del Matlab |
Metodología |
Aportes del autor |
||||
Algebra Lineal |
Geometría |
Ecuaciones diferenciales |
Enseñanza |
Tipo y diseño de investigación |
Objeto de estudio |
|||
1.
|
(Nasser, 2020) |
|
|
X |
|
Experimental |
mapeos conformes |
Ecuaciones
diferenciales: Con la caja de herramientas, de PlgCirMap se puede calcular y
visualizar el mapeo conforme, que nos permite resolver la ecuación de Laplace
y muchas fórmulas analíticas relacionadas a la mecánica de fluidos de una
manera más efectiva y eficaz. |
2.
|
(Massei et al., 2020) |
X |
|
|
|
Experimental |
Matrices HODLR y HSS |
Algebra: Presenta una nueva caja de herramientas de Matlab llamada hm-toolbox,
que abarca un amplio conjunto de herramientas para matrices HODLR y HSS. Si
bien este trabajo se basa en algoritmos que se pueden encontrar en la
literatura, esta caja de herramientas también contiene algunos algoritmos
nuevos, así como funciones auxiliares novedosas. |
3.
|
(Wang, 2021) |
|
|
|
X |
Experimental |
Los gemelos digitales |
Enseñanza: el uso de gemelos digitales, favorece el análisis y el cálculo, y la utilización de la realidad virtual ayuda a los estudiantes a
comprender la teoría matemática de la geometría analítica espacial y mejorar
el efecto de la enseñanza. |
4.
1 |
(Jia y Li, 2017) |
X |
|
|
|
Experimental |
Matrices pentadiagonales
cicclicas con estructura de toeplitz |
Algebra: Presenta un algoritmo numérico rápido para el determinante de una
matriz pentadiagonal cíclica con estructura Toeplitz. El algoritmo se basa en
cierto tipo de reordenamiento y partición de matrices y transformación
lineal. |
5.
2 |
(Sastre et al., 2017) |
|
|
X |
|
Experimental |
Las funciones trigonométricas matriciales |
Ecuaciones
Diferenciales: Presenta dos algoritmos eficientes basados en series de Taylor con
análisis de errores hacia adelante y hacia atrás para calcular el coseno de
la matriz. Compara una implementación de MATLAB de los algoritmos con
algoritmos de última generación, obteniendo resultados excelentes tanto en
precisión como en coste. |
6.
3 |
(Ilmavirta et al., 2020) |
|
X |
|
|
Experimental |
La Geometría del toro plano |
Geometría: Su aporte es un nuevo
método de tomografía computarizada (TC) para invertir la transformada de
Radon en 2D. La idea se basa en la geometría del toro plano, por lo que
llamamos al nuevo método Torus CT. Demuestra nuevas fórmulas de inversión
para funciones integrables, resuelve un problema de minimización asociado a
la regularización de Tikhonov en espacios de Sobolev y demuestra que el
operador solución proporciona una estrategia de regularización admisible con
una estimación de estabilidad cuantitativa. |
7.
4 |
(Yang et al., 2020) |
|
X |
|
|
Experimental |
Campos de gravedad |
Geometría: Un nuevo programa basado en MATLAB llamado campo de gravedad del
terreno (TGF). Este software es capaz de calcular el campo de gravedad
generado por una distribución de densidad de masa topográfica arbitraria.
Dependiendo del carácter de atenuación del campo de gravedad con la
distancia, el algoritmo adaptativo divide las masas de integración en cuatro
zonas, y combina de forma adaptativa cuatro tipos de geometrías (es decir,
poliedro, prisma, teseroid y masa puntual) y DEM con diferentes resoluciones
espaciales. |
8.
5 |
(You y Park, 2021) |
X |
|
|
|
Experimental |
El espacio SPD |
Algebra: Muestra la importancia del análisis de conectividad en el espacio SPD
e introduce algoritmos de inferencia en la variedad SPD, como el análisis de
regresión de redes funcionales en asociación con comportamientos, análisis
geodésico principal, agrupamiento, análisis de transición de estado de redes
funcionales dinámicas y pruebas estadísticas para la igualdad de red en la
variedad SPD. |
9.
6 |
(Brahma, 2021) |
|
|
X |
|
Experimental |
Flujos bifásicos |
Ecuaciones
diferenciales: Nos proporciona un método numérico basado en un esquema de diferencias
finitas para conseguir las soluciones de la ecuación
de flujo bifásica unidimensional. |
10. 7 |
(Pavón et al., 2021) |
|
X |
|
|
Experimental |
La dimensión fractal |
Geometría: Se probó por primera vez la dimensión fractal como parámetro en un
marco de optimización de la topología. Fue evaluado tanto para
caracterizar geometrías complejas en piezas estructurales como para brindar
información complementaria. |
11. 8 |
(Sangwine y Hitzer, 2017) |
X |
|
|
|
Experimental |
Álgebras de Clifford |
Algebra: Su aporte es una caja de herramientas completa (biblioteca de
software) para Matlab para calcular con álgebras de Clifford matrices de
multivectores |
12. 9 |
(Hamad y Abdulrahman, 2022) |
|
|
X |
|
Experimental |
La previsión de la carga de un sistema electrico |
Ecuaciones
diferenciales: El pronóstico de carga es un problema no
lineal y una tarea compleja en la planificación, operación y control del
sistema de energía. Aporta un enfoque mejorado de aumento de datos históricos propuesto
para mejorar el rendimiento, la precisión y la velocidad del tiempo de
entrenamiento del pronóstico de carga. |
13. 10 |
(Alloqmani et al., 2021) |
|
|
X |
|
Experimental |
alumnos |
Ecuaciones
diferenciales: Proporciona un programa de aprendizaje que explica cinco métodos (el
método de la bisección, el método de Newton, el método de la secante, el
método híbrido y el método híbrido mejorado) que pueden usarse en la solución
de ecuaciones no lineales; además se implementó con los diseñadores de
aplicaciones de MATLAB para proporcionar tanto la interfaz gráfica de usuario
como el código fuente subyacente para los cálculos matemáticos. |
14. 11 |
(Zhao y Chen, 2022) |
|
|
|
X |
Experimental |
alumnos |
Enseñanza: Proporciona un modelo para enseñar conceptos matemáticos que promueven
el aprendizaje significativo de los estudiantes que les permite desarrollar
una comprensión de conceptos múltiples; además proporciona a los docentes
referencias para diseñar el proceso de enseñanza. |
15. 12 |
(Gayoso et al., 2021) |
|
|
|
X |
Experimental |
Softwares matemáticos |
Enseñanza: Proporciona a los docentes elegir la mejor opción para cada tema
dentro de un curso, ya que no están atados a un producto específico que puede
ser óptimo para algunos temas pero inadecuado para otros. |
16. 13 |
(Esguerra et al., 2018) |
|
|
|
X |
Experimental |
números complejos |
Enseñanza: Nos proporciona las características especiales tanto del Matlab como
del Geogebra para el aprendizaje de los números complejos. |
17. 14 |
(Ibáñez et al., 2022) |
|
|
X |
|
Experimental |
La matriz exponencial |
Ecuaciones
diferenciales: Proporciona dos algoritmos para calcular la acción de la matriz
exponencial sobre un vector |
18. 15 |
(Gaspar, 2018) |
|
|
X |
|
Experimental |
oferta y la demanda |
Ecuaciones
diferenciales: La versión dinámica que se presenta se utiliza para evaluar los
ajustes dinámicos del producto y la inflación después de diferentes shocks
macroeconómicos. |
19. 16 |
(Higham y Higham, 2019) |
|
|
X |
|
Experimental |
redes neuronales |
Ecuaciones
diferenciales: La motivación del uso de las redes neuronales artificiales multicapa
que se están convirtiendo en una herramienta omnipresente en una gran
cantidad de aplicaciones. |
20. 17 |
(Bornstein, 2020) |
|
|
|
X |
Experimental |
Las funciones trigonométricas |
Enseñanza: La utilización del programa TrigReps del Matlab es una herramienta
potente para enseñar transformaciones de funciones trigonométricas. TrigReps
es interactivo, dinámico y muestra múltiples representaciones externas. |
21. 18 |
(Matyushkin et al., 2021) |
|
|
X |
|
Experimental |
La dinámica holomorfa |
Ecuaciones
diferenciales: La descripción de un programa de libre distribución para la
investigación en el campo de la dinámica holomorfa basado en las capacidades
computacionales del entorno MATLAB. El programa permite construir no solo
asignaciones de valores complejos individuales, sino también sus colectivos
conectados linealmente, en una red cuadrada o hexagonal. |
22. 19 |
(Thomas, 2021) |
|
|
X |
|
Experimental |
La Hipérbola |
Ecuaciones
diferenciales: Introduce una nueva técnica computacional llamada inducción analítica
para derivar el teorema de la hipérbola generalizada y su aporte final, son
dos funciones de distribución que describen de manera sucinta y precisa la
variación de intensidad de las franjas de interferencia en la pantalla
distante, cuando se orienta paralela y perpendicularmente a la línea que une
las fuentes. |
23. 20 |
(Asad et al., 2021) |
|
|
X |
|
Experimental |
Sistema de triángulo vibrante |
Ecuaciones
diferenciales: Técnica numérica y de simulación utilizada en el comportamiento
dinámico del sistema de triángulo vibrante. |
24. 21 |
(Saharizan y Zamri, 2019) |
|
|
X |
|
Experimental |
La transformada difusa |
Ecuaciones diferenciales: Presenta un nuevo método numérico que con la utilización de la
transformada difusa se pueden resolver varios problemas de ingeniería
representados por |
25. 22 |
(Cruz y Jurado, 2020) |
|
|
X |
|
Experimental |
EDP de tipo parábolica |
Ecuaciones
diferenciales: Diseño de un controlador estabilizador de Neumann para el control de
frontera de cierta clase de sistema de reacción-advección-difusión (RAD), con
parámetros constantes a las condiciones de frontera de una EDP de Neumann,
mediante un enfoque de retroceso. |
26. 23 |
(Niu, 2016) |
|
|
X |
|
Experimental |
Las bifurcaciones |
Ecuaciones
diferenciales: Los fenómenos de histéresis y la multiestabilidad juegan un papel
crucial en la dinámica de oscilaciones acopladas, que ahora se analizan desde
las bifurcaciones de codimensión dos. |
27. 24 |
(Smith y Norato, 2020) |
|
X |
|
|
Experimental |
Operaciones vectorizadas. |
Geometria: Nos proporciona un enfoque que nos permite modularizar mejor el código
de Matlab, además de agregar varias funcionalidades y opciones con las que
los usuarios pueden experimentar, lo que creemos que será beneficioso para la
comunidad de investigadores. |
28. 25 |
(Georgilakis et al., 2014) |
|
|
|
X |
Experimental |
alumnos |
Enseñanza: Nos proporciona un entorno de aprendizaje interactivo asistido por
computadora en la enseñanza del curso de economía. |
29. 26 |
(Korzec y Ahnert, 2013) |
|
|
X |
|
Experimental |
Las nanoestructuras |
Ecuaciones
diferenciales: Presenta un método de 2 pasos SBDF1/SBDF1 adaptable en el tiempo que
produce resultados convincentes que reflejan el cambio en las escalas de
tiempo durante los cambios topológicos de las nanoestructuras. |
30. 27 |
(Yassein y Aswhad, 2019) |
|
|
X |
|
Experimental |
Ondas de agua |
Ecuaciones
diferenciales: Proporciona la técnica iterativa semianalítica, la cual presenta
nuevas aplicaciones para resolver ecuaciones Korteweg-de Vries. La parte distintiva de este método es que se puede utilizar para obtener
soluciones aproximadas para ondas viajeras de ecuaciones diferenciales
parciales no lineales con una pequeña cantidad de cálculos. |
Álgebra
La nueva caja de herramientas para Matlab
llamada hm-toolbox se basa en algoritmos de última generación y abarca un
amplio conjunto de herramientas para calcular matrices HODLR y HSS; además,
permite crear prototipos y experimentar con algoritmos (Massei et al., 2020);
en esa misma línea, Sangwine y Hitzer (2017) proporcionan una caja de
herramientas llamada Clifford Multivector para Matlab que permite calcular con
álgebras de Clifford matrices de multivectores, transformadas de Clifford
Fourier.
En los últimos años se han generado algoritmos
para evaluar los determinantes de matrices pentadiagonales cíclicas. Sin
embargo, con la ayuda del Matlab se crea un algoritmo numérico rápido para
calcular el determinante de una matriz pentadiagonal cíclica con estructura
Toeplitz, que conduce a una disminución significativa del número de operaciones
para el cálculo de determinantes (J. Jia y Li, 2017); por otro lado, You y Park
(2021) muestra con el Matlab la importancia del análisis de conectividad en el
espacio SPD e introduce algoritmos de inferencia en la variedad SPD; así como,
el análisis de regresión de redes funcionales, análisis geodésico principal,
agrupamiento, análisis de transición de estado de redes funcionales dinámicas y
pruebas estadísticas para la igualdad de red en la variedad SPD.
Geometría
El nuevo método de tomografía computarizada (TC)
para invertir la transformada de Radon en 2D, el cual se llama Torus CT,
implementa dos modelos computacionales basados en Matlab para la transformada
de rayos X en T2, la cual es numéricamente aplicable (Ilmavirta et al., 2020).
Por otro lado, utilizando la proyección geométrica y el Matlab, se pone a
disposición de la comunidad de optimización estructural un método para realizar
la optimización topológica de estructuras 2D y 3D de barras cilíndricas que
además ilustra la formulación y reproduce los resultados de una forma más
eficiente y simple (Smith y Norato, 2020); así mismo, Yang et al. (2020)
presenta un nuevo programa basado en MATLAB llamado campo de gravedad del
terreno (TGF).
Este software es capaz de calcular el campo de
gravedad generado por una distribución de densidad de masa topográfica
arbitraria. Dependiendo del carácter de atenuación del campo de gravedad con la
distancia, el algoritmo divide las masas de integración en cuatro zonas, y
combina de forma adaptativa cuatro tipos de geometrías (poliedro, prisma,
teseroid y masa puntual) con diferentes resoluciones espaciales. Finalmente,
Pavón et al. (2021) prueban por primera vez la dimensión fractal como parámetro
en un marco de optimización de la topología, la cual fue evaluada tanto para
caracterizar geometrías complejas en piezas estructurales como para brindar
información complementaria, para lo cual se implementó estas estructuras en el
Matlab, así como los algoritmos para estimar la dimensión fractal.
Enseñanza
Con la ayuda del Matlab se diseña métodos de
enseñanza que apoyados en la teoría del aprendizaje constructivista promueven
el aprendizaje significativo de los estudiantes, ayudan en la enseñanza de la
probabilidad matemática y la estadística y motivan el interés de los
estudiantes por las matemáticas; además, permite proporcionar a los docentes
referencias para diseñar el proceso de enseñanza (Zhao y Chen, 2022); además,
en esa misma línea los docentes tienen la opción de elegir el mejor software
matemático para cada tema dentro de un curso; ya que, no están atados a un
producto específico que puede ser óptimo para algunos temas, pero inadecuado
para otros (Gayoso et al., 2021); en ese sentido, el programa TrigReps del
Matlab es una herramienta potente para enseñar transformaciones de funciones
trigonométricas, además, ayuda a los estudiantes a justificar por qué las
combinaciones de transformaciones horizontales son contrarias a la intuición
(Bornstein, 2020).
La educación en línea ha conseguido logros
importantes, pero también hay algunos problemas como: la calidad del docente en
línea; la deficiencia del aprendizaje en línea y la deficiencia del aprendizaje
autónomo. En ese sentido, los gemelos digitales pueden realizar la
interconexión inteligente y la interacción del mundo físico y el mundo de la
información, optimizando el proceso de enseñanza remota y proporcionando un
aprendizaje remoto eficiente para los alumnos (Wang, 2021); así mismo, en el
sentido de las alternativas tecnológicas para el aprendizaje, Esguerra et al.,
(2018) proporcionan las características especiales tanto del Matlab como del
Geogebra para el aprendizaje de los números complejos; así mismo, Georgilakis
et al., (2014) proporciona un entorno de aprendizaje interactivo asistido por
computadora en la enseñanza del curso de economía.
Ecuaciones diferenciales
Utilizando el Matlab, se desarrolla un método
numérico basado en diferencias finitas para determinar las soluciones de la
ecuación de flujo bifásica unidimensional (Brahma, 2021); así mismo, Yassein y
Aswhad (2019) proporcionan una técnica iterativa semianalítica, la cual
presenta nuevas aplicaciones para resolver ecuaciones Korteweg-de Vries, lo
distintivo de este método es que se puede utilizar para obtener soluciones
aproximadas para ondas viajeras de ecuaciones diferenciales parciales no
lineales con una pequeña cantidad de cálculos; en la misma línea Alloqmani et
al., (2021) proporcionan un programa de aprendizaje que explica cinco métodos
(método de la bisección, de Newton, de la secante, el método híbrido y el
método híbrido mejorado) que pueden usarse para resolver ecuaciones no
lineales, el cual se implementó con los diseñadores de aplicaciones de Matlab
para proporcionar tanto la interfaz gráfica de usuario como el código fuente
subyacente para los cálculos matemáticos; además, Saharizan y Zamri (2019)
presenta también un nuevo método numérico basado en Matlab, que con la
utilización de la transformada difusa permite resolver varios problemas de
ingeniería representados por la ecuación diferencial parcial (EDP) hiperbólica
de Goursat. También Nasser (2020) proporciona la caja de herramientas PlgCirMap
para Matlab, que nos permite calcular y visualizar el mapeo conforme, para
resolver la ecuación de Laplace y muchas fórmulas analíticas relacionadas a la
mecánica de fluidos de una manera más efectiva y eficaz.
Asad et al., (2021) presentan una técnica
numérica y de simulación basada en Matlab, que es utilizada en el
comportamiento dinámico del sistema de triángulo vibrante; además Cruz y Jurado
(2020) diseñarón un controlador estabilizador de Neuman, que con la utilización
del Matlab le permite el control de frontera de cierta clase de sistema de
reacción-advección-difusión (RAD), con parámetros constantes a las condiciones
de frontera de una EDP de Neumann, mediante un enfoque de retroceso; así mismo,
Korzec (2013) presenta un método de 2 pasos SBDF1/SBDF1 adaptable en el tiempo
que produce resultados convincentes que reflejan el cambio en las escalas de
tiempo durante los cambios topológicos de las nanoestructuras; también Thomas
(2021) introduce una nueva técnica computacional basada en el Matlab llamada
inducción analítica, para derivar el teorema de la hipérbola generalizada y su
aporte final, son dos funciones de distribución que describen de manera sucinta
y precisa la variación de intensidad de las franjas de interferencia en la
pantalla distante, cuando se orienta paralela y perpendicularmente a la línea
que une las fuentes.
El uso de las redes neuronales artificiales
multicapa se están convirtiendo en una herramienta omnipresente en una gran
cantidad de aplicaciones (Higham y Higham, 2019); así mismo, en la utilización
de las redes neuronales, el pronóstico de carga es un problema no lineal y una
tarea compleja en la planificación, operación y control del sistema de energía.
Aporta un enfoque mejorado de aumento de datos históricos propuesto para
mejorar el rendimiento, la precisión y la velocidad del tiempo de entrenamiento
del pronóstico de carga (Hamad y Abdulrahman, 2022); por otro lado Gaspar
(2018) tiene como objetivo entablar el puente entre los resultados analíticos y
el uso de la computadora para simulaciones numéricas en economía, las cuales se
utiliza para evaluar los ajustes dinámicos del producto y la inflación después
de diferentes shocks macroeconómicos;
Los fenómenos de histéresis y la
multiestabilidad juegan un papel crucial en la dinámica de oscilaciones
acopladas, que ahora se analizan desde las bifurcaciones de codimensión dos.
Está rigurosamente probado que el sistema debe sufrir bifurcaciones de Bautin
para algunos valores críticos, por lo que siempre existe una silla de montar
(Niu, 2016), por otro lado, Matyushkin et al., (2021) describe un programa de
libre distribución para la investigación en el campo de la Dinámica holomorfa,
basado en las capacidades computacionales del entorno MATLAB; además el
programa permite construir no solo asignaciones de valores complejos
individuales, sino también sus colectivos conectados linealmente, en una red
cuadrada o hexagonal. Por otro lado, Sastre et al., (2017) presenta dos
algoritmos eficientes basados en series de Taylor con análisis de errores hacia
adelante y hacia atrás para calcular el coseno de una matriz; así mismo Ibáñez
et al., (2022) Proporciona dos algoritmos para calcular la acción de la matriz
exponencial sobre un vector. En estas investigaciones podemos ver la utilidad
del Matlab para el cálculo y la investigación matemática.
CONCLUSIONES
Se determinó el efecto positivo del Matlab para
poder diseñar métodos de enseñanza como estrategia para el aprendizaje
significativo de los estudiantes en el área de matemática; asimismo se mostró
que los educadores, tienen la opción de elegir el mejor software matemático
para el desarrollo de un tema dentro de una asignatura; además, se mostró que
el Matlab es una importante herramienta para la enseñanza de la matemática en
estudiantes del nivel superior.
Se determinó la utilidad del Matlab en la
modelación, simulación, demostración y solución de diferentes tipos de
ecuaciones diferenciales lineales y no lineales, tanto ordinarias como
parciales; asimismo que el Matlab facilita la aplicación de las ramas de la
matemática en distintas ciencias como la física, economía, estadística,
ingeniería y a cuestiones más avanzadas de la matemática, propiamente dicha;
también se mostró que el uso de las redes neuronales artificiales multicapa se
están convirtiendo en una herramienta omnipresente en una gran cantidad de
aplicaciones.
Se apreció la utilidad del Matlab en la
Geometría, como una herramienta en la generación de algoritmos para la
demostración matemática de la dimensión fractal; así como, su utilización para
realizar la optimización topológica de estructuras 2D y 3D de barras
cilíndricas, que ilustran la formulación y reproduce los resultados de una
forma más eficiente y simple, también se ve su utilización en un nuevo método
de tomografía computarizada para invertir la transformada de Radon en 2D.
Es importante destacar, que la utilización del
Matlab en el Algebra se basa en la generación de algoritmos que permiten el
cálculo de matrices HODLR y HSS; asimismo permite calcular matrices de
multivectores y transformadas de Clifford Fourier; además por medio de la
generación de algoritmos nos permite realizar cálculos numéricos más rápidos de
determinantes de matrices pentadiagonales cíclicas con estructura de Toeplitz,
que disminuye el número de operaciones en el cálculo de los determinantes.
Finalmente, se concluyó que las capacidades
computacionales que nos brinda el Matlab son muy importantes para entender e
investigar mejor en el campo de la matemática; además que las herramientas
computacionales no sustituyen a la materia como tal, sino que son un material
que ayuda a mejorar la comprensión e integración de los conceptos que son
inherentes a la Matemática; asimismo facilita que el estudiante logre la
construcción del conocimiento matemático.
CONFLICTO DE INTERESES. Los autores declaran que no existe conflicto de
intereses para la publicación del presente artículo científico.
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