Sobre los distintos grados de pequeñez

Veremos que en nuestros procesos de cálculo tenemos que tratar con pequeñas cantidades de varios grados de pequeñez.

Tendremos que aprender también bajo qué circunstancias podemos considerar las pequeñas cantidades como tan diminutas que podemos omitirlas de la consideración. Todo depende de la pequeñez relativa.

Antes de fijar cualquier regla, pensemos en algunos casos familiares. Hay 60  minutos en la hora, 24  horas en el día, 7  días en la semana. Por lo tanto, hay 1440  minutos en el día y 10080  minutos en la semana.

Obviamente, 1  minuto es una cantidad muy pequeña de tiempo en comparación con una semana completa. De hecho, nuestros antepasados lo consideraban pequeño en comparación con una hora, y lo llamaron “un minuto”, significando una fracción diminuta—es decir, una sesentava parte—de una hora. Cuando llegaron a necesitar subdivisiones de tiempo aún más pequeñas, dividieron cada minuto en 60 partes aún más pequeñas, que, en el siglo XVI, llamaron “segundos minutos” (es decir, pequeñas cantidades del segundo orden de pequeñez). Hoy en día llamamos a estas pequeñas cantidades del segundo orden de pequeñez “segundos”. Pero pocas personas saben por qué se les llama así.

Ahora, si un minuto es tan pequeño en comparación con un día completo, ¡cuánto más pequeño es un segundo en comparación!

Nuevamente, piense en un centavo en comparación con un billete de diez dólares: solo vale 1 1000 parte. Un centavo más o menos tiene muy poca importancia en comparación con un billete de diez dólares: ciertamente se puede considerar como una cantidad pequeña. Pero compare un centavo con $ 10 , 000 : en relación con esta suma mayor, el centavo no tiene más importancia que 1 1000 de un centavo tendría para un billete de diez dólares. Incluso 10,000 es relativamente una cantidad despreciable en la riqueza de un multimillonario.</p><p>Ahora, si nos decidimos por cualquier fracción numérica que constituya la proporción que para cualquier propósito llamamos relativamente pequeña, podemos fácilmente afirmar otras fracciones de un grado superior de pequeñez. Así, si, para el propósito del tiempo, ___MATH_BLOCK_10___ se llama una fracción <i>pequeña</i>, entonces ___MATH_BLOCK_11___ de ___MATH_BLOCK_12___ (siendo una fracción <i>pequeña</i> de una fracción <i>pequeña</i>) puede considerarse como una <i>cantidad del segundo orden</i> de pequeñez.<a class="footnote-ref" href="#fn1" id="fnref1" role="doc-noteref"><sup>1</sup></a></p><p>O, si para cualquier propósito tomáramos ___MATH_BLOCK_13___ por ciento (es decir, ___MATH_BLOCK_14___) como una fracción <i>pequeña</i>, entonces ___MATH_BLOCK_15___ por ciento de ___MATH_BLOCK_16___ por ciento (es decir, ___MATH_BLOCK_17___) sería una fracción pequeña del segundo orden de pequeñez; y ___MATH_BLOCK_18___ sería una fracción pequeña del tercer orden de pequeñez, siendo ___MATH_BLOCK_19___ por ciento de ___MATH_BLOCK_20___ por ciento de ___MATH_BLOCK_21___ por ciento.</p><p>Por último, supongamos que para algún propósito muy preciso deberíamos considerar ___MATH_BLOCK_22___ como “pequeño”. Así, si un cronómetro de primera categoría no debe perder ni ganar más de medio minuto en un año, debe mantener el tiempo con una precisión de ___MATH_BLOCK_23___ parte en ___MATH_BLOCK_24___. Ahora, si para tal propósito consideramos ___MATH_BLOCK_25___ (o una millonésima) como una cantidad pequeña, entonces ___MATH_BLOCK_26___ de ___MATH_BLOCK_27___, es decir ___MATH_BLOCK_28___ (o una billonésima) será una cantidad pequeña del segundo orden de pequeñez, y puede ser completamente desestimada, por comparación.</p><p>Entonces vemos que cuanto más pequeña es una cantidad pequeña en sí misma, más insignificante se vuelve la correspondiente cantidad pequeña del segundo orden. Por lo tanto, sabemos que <i>en todos los casos estamos justificados en despreciar las pequeñas cantidades del segundo—o tercer (o superior)—órdenes</i>, si solo tomamos la pequeña cantidad del primer orden suficientemente pequeña en sí misma.</p><p>Pero, se debe recordar, que las pequeñas cantidades si aparecen en nuestras expresiones como factores multiplicados por algún otro factor, pueden volverse importantes si el otro factor en sí mismo es grande. Incluso un centavo se vuelve importante si solo se multiplica por unos pocos cientos.</p><p>Ahora, en el cálculo escribimos ___MATH_BLOCK_29___ para un pequeño fragmento de ___MATH_BLOCK_30___. Estas cosas, como ___MATH_BLOCK_31___, y ___MATH_BLOCK_32___, y ___MATH_BLOCK_33___, se llaman “diferenciales”, el diferencial de ___MATH_BLOCK_34___, o de ___MATH_BLOCK_35___, o de ___MATH_BLOCK_36___, según sea el caso. [Los <i>lees</i> como <i>dee-eks</i>, o <i>dee-you</i>, o <i>dee-yi</i>.] Si ___MATH_BLOCK_37___ es un pequeño fragmento de ___MATH_BLOCK_38___, y relativamente pequeño en sí mismo, no se sigue que tales cantidades como ___MATH_BLOCK_39___, o ___MATH_BLOCK_40___, o ___MATH_BLOCK_41___ sean insignificantes. Pero ___MATH_BLOCK_42___ sería insignificante, siendo una cantidad pequeña del segundo orden.</p><p>Un ejemplo muy simple servirá de ilustración.</p><p>Pensemos en ___MATH_BLOCK_43___ como una cantidad que puede crecer por una pequeña cantidad hasta convertirse en ___MATH_BLOCK_44___, donde ___MATH_BLOCK_45___ es el pequeño incremento agregado por el crecimiento. El cuadrado de esto es ___MATH_BLOCK_46___. El segundo término no es insignificante porque es una cantidad de primer orden; mientras que el tercer término es del segundo orden de pequeñez, siendo un pedazo de, un pedazo de ___MATH_BLOCK_47___. Así que si tomáramos ___MATH_BLOCK_48___ para significar numéricamente, digamos, ___MATH_BLOCK_49___ de ___MATH_BLOCK_50___, entonces el segundo término sería ___MATH_BLOCK_51___ de ___MATH_BLOCK_52___, mientras que el tercer término sería ___MATH_BLOCK_53___ de ___MATH_BLOCK_54___. Este último término es claramente menos importante que el segundo. Pero si vamos más lejos y tomamos ___MATH_BLOCK_55___ para significar solo ___MATH_BLOCK_56___ de ___MATH_BLOCK_57___, entonces el segundo término será ___MATH_BLOCK_58___ de ___MATH_BLOCK_59___, mientras que el tercer término será solo ___MATH_BLOCK_60___ de ___MATH_BLOCK_61___.</p><p>Geométricamente esto se puede representar de la siguiente manera: Dibuja un cuadrado (Fig. <a href="#fig:fig1" data-reference-type="ref" data-reference="fig:fig1">2.1</a>) cuyo lado tomaremos para representar ___MATH_BLOCK_62___.</p><figure id="fig:fig1"><figure class="image"><img style="aspect-ratio:350/346;" src="/book-images/CME/Fig1.svg" width="350" height="346"></figure><figcaption>Fig. 2.1</figcaption></figure><p>Ahora, supongamos que el cuadrado crezca al agregarle un poco ___MATH_BLOCK_63___ a su tamaño en cada dirección. El cuadrado ampliado se compone del cuadrado original ___MATH_BLOCK_64___, los dos rectángulos en la parte superior y derecha, cada uno de los cuales tiene un área de ___MATH_BLOCK_65___ (o juntos ___MATH_BLOCK_66___), y el pequeño cuadrado en la esquina superior derecha que es ___MATH_BLOCK_67___. En la Fig. <a href="#fig:fig2" data-reference-type="ref" data-reference="fig:fig2">2.2</a> hemos tomado ___MATH_BLOCK_68___ como una fracción bastante grande de ___MATH_BLOCK_69___—aproximadamente ___MATH_BLOCK_70___.</p><figure id="fig:fig2"><figure class="image"><img style="aspect-ratio:350/340;" src="/book-images/CME/Fig2.svg" width="350" height="340"></figure><figcaption>Fig. 2.2</figcaption></figure><p>Pero supongamos que lo hubiéramos tomado solo ___MATH_BLOCK_71___—aproximadamente el grosor de una línea entintada dibujada con una pluma fina (Fig. <a href="#fig:fig3" data-reference-type="ref" data-reference="fig:fig3">2.3</a>). Entonces el pequeño cuadrado de la esquina tendría un área de solo ___MATH_BLOCK_72___ de ___MATH_BLOCK_73___, y sería prácticamente invisible. Claramente ___MATH_BLOCK_74___ es insignificante si solo consideramos el incremento ___MATH_BLOCK_75___ como suficientemente pequeño en sí mismo.</p><figure id="fig:fig3"><figure class="image"><img style="aspect-ratio:350/306;" src="/book-images/CME/Fig3.svg" width="350" height="306"></figure><figcaption>Fig. 2.3</figcaption></figure><p>Consideremos una comparación.</p><p>Supongamos que un millonario dijera a su secretario: la próxima semana te daré una pequeña fracción de cualquier dinero que me llegue. Supongamos que el secretario dijera a su hijo: te daré una pequeña fracción de lo que reciba. Supongamos que la fracción en cada caso sea ___MATH_BLOCK_76___ parte. Ahora, si el Sr. Millonario recibiera durante la próxima semana 1000 , el secretario recibiría $ 10 y el niño 10  centavos. Diez dólares serían una cantidad pequeña en comparación con $ 1000 ; pero 10 centavos es una cantidad muy pequeña, de un orden muy secundario. Pero, ¿cuál sería la desproporción si la fracción, en lugar de ser  1 100 , hubiera sido establecida en 1 1000 parte? Entonces, mientras el Sr. Millonario obtenía su $ 1000 , el Sr. Secretario recibiría solo $ 1 , y el niño 0.1 centavos!

El ingenioso Dean Swift2 una vez escribió:

Así, los Naturalistas observan, una Pulga
Tiene pulgas más pequeñas que de él se alimentan.
Y estas tienen pulgas más pequeñas que las muerden,
Y así prosiguen ad infinitum

Un buey podría preocuparse por una pulga de tamaño ordinario—una pequeña criatura del primer orden de pequeñez. Pero probablemente no se preocupe por una pulga de pulga; siendo del segundo orden de pequeñez, sería insignificante. Incluso una gruesa de pulgas de pulgas no tendría mucha importancia para el buey.