Les vencimos

Matemáticas Aplicadas a las CCSS I · 1º Bachillerato

Lección 25 · C.4 · Aproximar

Interpolación y extrapolación

1º Bach CCSS · CyL Decreto 40/2022 · C.4 Interpolación y extrapolación

Objetivos

La recta de dos puntos

m = (y₂ − y₁) / (x₂ − x₁),   y = y₁ + m(x − x₁).

(x₁, y₁) y (x₂, y₂) son los dos datos; m es el aumento de y por cada unidad de x; x es el valor donde se quiere estimar; y es la estimación de la recta, no una medición nueva.
Dos puntos de población unidos por un tramo continuo y una prolongación discontinua 2018 2022 extrapolación

Ejemplo 1. Población municipal

En 2018 el padrón marca 12 000 habitantes. En 2022 marca 13 200. Se usa la recta solo como modelo local.

  1. m =
    13200 − 12000 = 1200
    2022 − 2018 = 4
    1200 / 4 = 300 habitantes por año.
  2. P(t) = 12000 + 300(t − 2018).
  3. Interpolación en 2020:
    300 · 2 = 600
    12000 + 600 = 12600.
  4. Extrapolación en 2030:
    300 · 12 = 3600
    12000 + 3600 = 15600.

P(t) = 12000 + 300(t − 2018).

t es el año; 12000 es la población de 2018; 300 es el ritmo medio anual entre los dos padrones; 2018 es el origen del modelo, no «el año cero».

15600 es lo que diría la recta si el ritmo de 300 hab./año se mantuviera ocho años más allá del último dato. Eso es mucho pedir: una política de vivienda, una fábrica que cierra o un cambio de natalidad rompen la recta. Además solo hay dos observaciones: la recta pasa por ellas por construcción, pero no hay un tercer punto que la confirme. Si el crecimiento real fuera del 2 % anual compuesto, la recta solo se parecería al fenómeno cerca de 2018–2022.

Ejemplo 2. Precio entre dos cantidades

A 2 km, un servicio cuesta 10 euros. A 6 km cuesta 18 euros.

  1. m =
    18 − 10 = 8
    6 − 2 = 4
    8 / 4 = 8/4 = 2 euros por km.
  2. C(x) = 10 + 2(x − 2)
    10 + 2(x − 2) = 2x + 6.
  3. Interpolación a 4 km: 2 · 4 = 8
    8 + 6 = 14, que cae entre 2 y 6.
  4. Extrapolación a 10 km: 2 · 10 = 20
    20 + 6 = 26. Si existe una tarifa plana a partir de 8 km, 26 ya no describe el precio real.

C(x) = 2x + 6.

x es la distancia en km; 2 es el euro extra por km entre los dos datos; 6 es el término independiente de esta recta (no es el precio en el kilómetro 0 medido: en x = 0 la fórmula da 6, fuera del tramo observado).

Lienzo

El tramo ámbar une 2018 y 2022. Lo discontinuo prolonga la misma pendiente. Pulsa para leer la estimación del modelo y si caes dentro o fuera.

Pulsa el lienzo sobre la recta.

Ejercicios

1. Dentro del intervalo

Los puntos (0, 10) y (4, 18) están medidos. Estima y en x = 3.

Corrección
  1. 18 − 10 = 8
    4 − 0 = 4
    8 / 4 = 2
    m = 2.
  2. y = 10 + 2x.
  3. En x = 3: y = 16.
  4. 3 está entre 0 y 4: es interpolación.

16 cae entre 10 y 18, como corresponde a una recta creciente evaluada por dentro. No es una medición: es lo que la recta dice.

2. Fuera

Con la misma recta y = 10 + 2x, estima x = 10 y di por qué es menos de fiar.

Corrección
  1. y = 10 + 20 = 30.
  2. x = 10 está a la derecha de 4, el último dato: extrapolación.
  3. Solo hay dos puntos, así que cualquier curvatura real es invisible.
  4. Si el fenómeno se satura, 30 puede quedar alto.

La aritmética 2 · 10 = 20
10 + 20 = 30 no está en duda. Lo que no está garantizado es que la pendiente 2 siga vigente seis unidades más allá del intervalo [0, 4].

3. Visitantes

En 2010 hubo 500 visitantes y en 2014 hubo 580. Estima 2012 y 2018.

Corrección
  1. m =
    580 − 500 = 80
    2014 − 2010 = 4
    80 / 4 = 80/4 = 20 por año.
  2. V(t) = 500 + 20(t − 2010).
  3. 2012: 500 + 40 = 540. Interpolación.
  4. 2018:
    20 · 8 = 160
    500 + 160 = 660. Extrapolación, cuatro años después del último dato.

540 usa un año que está a mitad de camino entre las dos mediciones. 660 supone que el ritmo de 20 visitantes al año sobrevivió desde 2014 hasta 2018 sin un dato que lo sostenga.

4. Recta horizontal

Los datos son (1, 7) y (5, 7). Estima x = 3 y comenta x = 20.

Corrección
  1. 7 − 7 = 0
    5 − 1 = 4
    0 / 4 = 0
    m = 0.
  2. y = 7 en todo el modelo.
  3. En x = 3, interpolación, y = 7.
  4. En x = 20 la recta también da 7, pero es extrapolación: una meseta entre 1 y 5 no prueba que el valor siga siendo 7 mucho después.

Pendiente cero no significa «dato seguro para siempre». Significa que los dos únicos puntos coinciden en ordenada. Fuera del intervalo [1, 5] no hay evidencia.

Cierre

Di siempre si el x pedido está entre los dos datos o fuera. La extrapolación es poco de fiar cuando te alejas del intervalo, cuando solo hay dos puntos, o cuando sabes que el fenómeno es porcentual, se satura o cambia de régimen.