INGEGNERIA AEROSPAZIALE A.A.2009/2010 CANALE L–Z 0.5 setgray0 0.5 setgray1 Analisi Matematica 1 7 ottobre 2009 2 ore DIARIO DELLE LEZIONI Radici ennesime dell’unità. Dimostrazione della formula per il calcolo delle radici complesse. Soluzioni complesse di un’equazione di 2◦ grado. Teorema fondamentale dell’algebra. Polinomi a coefficienti reali. C non è un campo ordinato. Ordinamento lessicografico, ordinamento a spirale. Esercizi svolti: z̄z 2 − Rez 2 + z Imz = 0; z 3 + |z|2 = 0. Prof. Dario Salvitti 2 ore 28 settembre 2009 Presentazione del corso. Insiemistica e notazioni della logica matematica. Operazioni tra insiemi e loro proprietà. Bibliografia: [1] §§1.3.1; appunti. Bibliografia: [1] Introduzione. 8 ottobre 2009 2 ore 30 settembre 2009 2 ore Fattorizzazione in R di un polinomio a coefficienti reali. Equazione complessa della circonferenza. Significato di z 0 negli ordinamenti lessicografico o a spirale. Generalità sulle funzioni. Le funzioni iniettive, suriettive, biunivoche. La funzione inversa. Esercizi svolti: fattorizzazione di z 3 − 1. |z̄ + 6/z| = 5. Esercizi assegnati: fattorizzazione di z 3 + 8, z 2 + 4, z 4 + 6. Insiemi numerici N, Z, Q. Operazioni binarie. Ordinamenti totali. Proprietà di Archimede. Q è un campo ordinato archimedeo. Allineamenti decimali (cenni). L’insieme R dei numeri reali. √ 2 ∈ Q. Intervalli limitati o illimitati. Maggioranti e minoranti di un insieme non vuoto A ⊆ R. Massimi e minimi. Definizione di estremo superiore e di estremo inferiore. Esempi: (0, 1), (0, 1], {1/n | n ∈ N, n 1}. Bibliografia: [1] §§1.3.1; appunti. Bibliografia: [1] §§1.1; 1.2; 1.2.1 9 ottobre 2009 1 ora Restrizione di una funzione. Composizione di applicazioni e sue proprietà. Inverse a sinistra, inverse a destra. Condizioni Proprietà di densità di Q e di R. Allineamenti decimali equivalenti per l’iniettività o per la suriettività. propri. Dimostrazione dell’identità p, α1 . . . αn−1 αn 9̄ = Esercizio assegnato: p, α1 . . . αn−1 (αn +1). Unicità del massimo e del minimo. Un x/2 se x è pari f : N → N, f (x) := insieme non vuoto finito A ⊆ R ammette massimo e minix+1 se x è dispari 2 mo. Caratterizzazione di sup e inf . Sup e inf dell’unione di due o più insiemi. Sup ∅, inf ∅. 1 Bibliografia: [1] §§2.1; 2.4; appunti. Esercizio svolto: n, − n ∈ N, n 1 . n1+ 1 n + 1 3n Esercizi assegnati: − , − ,− n ∈ N, n 1 ; 12 ottobre 2009 2 ore n n 2 {0, α1 α2 . . . αn . . . | αi = 0 oppure 1}. Inclusioni X ⊂ f −1 (f (X)), Y ⊃ f (f −1 (Y )). Proprietà del Bibliografia: [1] §§1.1; 1.2; 1.2.1 prodotto operatorio. Invertibilità nel caso di insiemi finiti. La funzione parte intera [x]. Se g ◦ f è biunivoca, allora f 2 ottobre 2009 1 ora è iniettiva e g è suriettiva. Il grafico ed il dominio di una funzione f : R → R. Le potenze ab , b ∈ R. La funzione L’insieme C dei numeri complessi. Rappresentazione vetto- potenza f (x) = xn , n ∈ N. riale e interpretazione grafica delle operazioni di addizione Esercizio assegnato: e di moltiplicazione. Inverso, complesso coniugato, modulo, x+3 se 3 divide x argomento di un numero complesso. Forma trigonometrica. f : Z → Z, f (x) := 1 ottobre 2009 2 ore x se 3 non divide x Bibliografia: [1] §§1.3 5 ottobre 2009 Bibliografia: [1] §§2.4; 3.1.1; appunti. 2 ore 14 ottobre 2009 Proprietà della coniugazione complessa. Formule per il cal z1 z1 colo di |z1 z2 |, , arg z1z2 , arg . Formula di De Moivre. z2 z2 Metodo di derivazione delle formule di duplicazione e triplicazione degli archi. La rappresentazione esponenziale. Radici complesse e loro rappresentazione grafica. 2 ore Traduzione grafica dei concetti di dominio, immagine, iniettività, suriettività. Funzioni pari, dispari e relative simmetrie del grafico. Costruzione della funzione inversa. Le funzioni f (x) = x1/n , n ∈ N. La funzione esponenziale f (x) = ax nei casi 0 < a < 1, a > 1. La funzione logaritmo f (x) = loga x nei casi 0 < a < 1, a > 1. Proprietà dei logaritmi. Bibliografia: [1] §§1.3; 1.3.1 1 Bibliografia: [1] §§2.1; 2.5; 3.1; 3.1.2 15 ottobre 2009 zioni irrazionali. Esistenza del limite per funzioni monotone e sue conseguenze: limiti di funzioni potenze, esponenziali, logaritmi, goniometriche. 2 ore Bibliografia: [1] §§ 4.3 La funzione f (x) = x−n , n ∈ N, n 1. Il valore assoluto. La disuguaglianza triangolare. Dimostrazione della disug28 ottobre 2009 2 ore uaglianza ||x| − |y|| |x − y|. Le funzioni goniometriche seno, coseno, tangente, arcoseno, arcocoseno, arcotangente. Limite di funzioni composte e cambiamento di variDeterminazione del dominio di una funzione. abile. Forme indeterminate 00 , 1∞ , ∞0 . La forma 0∞ non è una forma indeterminata. Forme indeterminate Bibliografia: [1] §§2.1; 2.5.1; log1 1, log0 0 log∞ ∞ log0 ∞, log∞ 0. 16 ottobre 2009 sinx arcsinx e sue conseguenze lim , x→0 x x tg x arctg x 1 − cosx 1 = . lim , lim , lim x→0 x x→0 x→0 x x2 2 Il limite notevole lim 1 ora x→0 Grafici delle funzioni parte intera f (x) = [x] e mantissa f (x) = x − [x]. Dal grafico della funzione y = f (x) al grafico Esercizio riepilogativo svolto: √ delle funzioni f (x − a), f (x) + b, f (µx), νf (x), f (|x|), |f (x)|. 1 − cos(x arctg ( x − 1)) lim sin x arcsin x x→0+ Bibliografia: [1] §§ 3.1; 3.2 19 ottobre 2009 Bibliografia: [1] §§ 4.3; 4.4 3 ore Dal grafico della funzione y = f (x) al grafico delle funzioni f (x), [f (x)]2 . Risoluzione grafica delle disequazioni. Funzioni crescenti, decrescenti, monotone. La monotonia stretta implica l’invertibilità. Somma e composizione di funzioni (strettamente) monotone sono (strettamente) monotone. La distanza euclidea. Intorni sferici di un punto. Famiglie di intorni e sue proprietà. R come spazio metrico e come spazio topologico. Proprietà di separazione. Insiemi limitati nella metrica euclidea. Massimi e minimi locali (forti) di una funzione. Ampliamento di R. Intorni di {+∞} e di {−∞}. Punti di accumulazione. 1 ora 30 ottobre 2009 Gerarchie di infiniti e infinitesimi. esponenziali e logaritmi. Bibliografia: [1] §§ 4.4 2 novembre 2009 3 ore Successioni convergenti, divergenti, irregolari. Teoremi della permanenza del segno e del confronto. Una succesione convergente è limitata. Limiti di successioni definitivamente monotòne. Limite di an , a ∈ R. Gerarchie di infiniti. Il fattoriale. Bibliografia: [1] §§ 3.2; 3.3; 4.1 lim n→+∞ an = 0. n! lim n→+∞ n! = 0. nn Il numero e. Limiti notevoli 21 ottobre 2009 Limiti con potenze, 1 = 1, lim n log 1 + n n→+∞ lim n e1/n − 1 = 1. Formula di Stirling. 2 ore n→+∞ Sottosuccessioni. Una successione ammette limite l ∈ R∗ se e solo se qualunque sua sottosuccessione ha limite l. Una successione in R limitata ammette una sottosuccessione convergente. Successioni di Cauchy. Una successione in R è convergente se e solo se è di Cauchy. Punti isolati. Teorema di Bolzano-Weierstrass. Proprietà valide definitivamente. Definizione topologica di limite e sua traduzione metrica nei singoli casi. Verifica del limite di una funzione. Unicità del limite. Limiti destro e sinistro. Bibliografia: [1] §§ 4.1; 4.2 22 ottobre 2009 Bibliografia: [1] §§ 5.1; 5.2; 5.3; 5.4 2 ore 4 novembre 2009 Una funzione convergente è definitivamente limitata. Teorema della permanenza del segno. Algebra dei limiti e prime applicazioni alle funzioni razionali. Teorema del confronto e sue applicazioni al caso di rapporto tra una funzione limitata ed una divergente. Limite di polinomi. La derivata. Significato geometrico e limite del rapporto incrementale. Le derivate delle funzioni elementari xα , ex , ln x, sin x, cos x, tgx, f (x)g(x) . Operazioni con le derivate. Derivata di funzioni composte e della funzione inversa. Teorema ponte. Generalizzazione di alcuni limiti notevoli di successioni. Bibliografia: [1] §§ 4.3 26 ottobre 2009 3 ore 3 ore Bibliografia: [1] §§ 6.3; 8.1, 8.3; 8.4 0 ∞ . Estensione delForme indeterminate ∞ − ∞, 0 · ∞, , 0 ∞ l’algebra dei limiti. Limiti di funzioni razionali e di fun2 2 ore 5 novembre 2009 13 novembre 2009 log(1 + x) 1 x = e, lim (1 + x)1/x = e, lim = x→±∞ x→0 x→0 x x α x x (1 + x) − 1 e −1 a −1 = 1, lim = ln a, lim = α. 1, lim x→0 x→0 x→0 x x x Limiti lim Equivalenza asintotica ∼ di infinitesimi e di infiniti. Funzioni tghx, settsinhx, settcoshx. Funzioni continue (continue da destra, da sinistra). Algebra delle funzioni continue. Composizione di funzioni continue. Classificazione dei punti di discontinuità. 1+ Generalizzazione al caso di successioni x = an → 0. Prima regola di Cesaro. Esercizio svolto: dimostrare che esiste finito il seguente limite Bibliografia: [1] §§ 6.2; 7.1; 7.2 1 1 1 + + ··· + n+1 n+2 2n lim n→+∞ 3 ore 16 novembre 2009 3 ore Discontinuità di una funzione monotòna su un intervallo. Teoremi sulle funzioni continue: della permanenza del segno; dell’esistenza degli zeri; dei valori intermedi. Ricerca delle soluzioni di un’equazione e metodo grafico. Una funzione 9 novembre 2009 3 ore continua e invertibile su un intervallo è ivi monotòna stretta. Seconda regola di Cesaro. Teoremi delle medie aritmetiche e Una funzione invertibile e continua su un intervallo ammette βn βn geometriche. lim n βn = lim . Se lim < 1, inversa continua. Teorema di Weierstrass. Bibliografia: [1] §§ 6.2; appunti. n→+∞ allora n→+∞ lim βn = 0. βn−1 n→+∞ βn−1 Bibliografia: [1] §§ 7.1; 7.2; 7.3; 7.4; 7.5 n→+∞ Gerarchia degli infiniti come conseguenza delle regole di 1 bn Cesaro. lim 1 + = elimn→+∞ bn /an . 18 novembre 2009 an n→+∞ Alcuni degli esercizi svolti: Funzioni lipschitziane. Funzioni uniformemente continue. La lipschitzianità implica l’uniforme continuità, ma non vale il viceversa. Teorema di Heine-Cantor. Dimostrazione del teorema di esistenza degli zeri. 1 · 3 · 5 · · · · · (2n + 1) =2 n! √ √ √ 1 + 2 + 3 3 + ··· + n n lim =1 n→+∞ n n2 + 1 2n2 = e4 lim n→+∞ n2 − 1 1+1/2+···+1/n 1 log n lim 1 + =1 n→+∞ n lim n n→+∞ Bibliografia: [1] §§ 7.3; 7.6 19 novembre 2009 lim sin n→+∞ (n+1)π − n12 2 1 1 n+1 − n sin nπ 2 2 ore Migliore approssimazione lineare. Crescenza e decrescenza locale. Relazione tra continuità e derivabilità. Derivate destra e sinistra. Punti a tangente verticale, punti angolosi, cuspidi. Notazione o(1). Confronto tra infinitesimi e tra infiniti. Esercizi assegnati: Dimostrare che non esiste 1 (n+1)2 3 ore Bibliografia: [1] §§ 8.1; 8.2 . 20 novembre 2009 1 ora Massimi e minimi locali. Teorema di Fermat. Ricerca degli estremanti di una funzione. Teoremi di Rolle e Lagrange. Dimostrare: a) lim nan = 0, |a| < 1. Bibliografia: [1] §§ 8.6; 8.7 n→+∞ n b) lim n→+∞ a = 0, a ∈ R. n! 23 novembre 2009 3 ore Dimostrazione dei teoremi di Rolle e di Lagrange. Teorema di Cauchy. Teorema di monotonia. Dimostrazioni di alcune diseguaglianze e della lipschitzianità di alcune funzioni con il teorema del valor medio. 11 novembre 2009 2 ore Condizione sufficiente per la determinazione della natura dei Simboli di Landau. Ordini di infinitesimo e di infinito rispet- punti critici: il segno della derivata. Teorema di Darboux. 1 to alle funzioni campione |x − x0 |, . Algebra degli o Estensione del teorema di Rolle. Estensione del teorema di |x − x0 | Cauchy (teorema di Peano). piccolo ed applicazione alla dimostrazione del limite notevole Il teorema di De L’Hôpital. α Bibliografia: [1] §§ 6.1; [7] §§25; appunti. lim x→0 (1 + x) − 1 . x Bibliografia: [1] §§ 8.7: 8.7.1; 8.7.2; appunti Le funzioni iperboliche cosh x, sinh x. Asintoti orizzontali, verticali, obliqui. Bibliografia: [1] §§ 6.1; 6.2.1; 6.4 3 2 ore Integrali di funzioni non negative continue su un intervallo chiuso e limitato [a, b] come limite di somme Rnext approssiApplicazione del teorema di De L’Hôpital a forme indeter- manti per eccesso o di somme Rnint approssimanti per difetminate qualunque. Calcolo di f (x0 ) come lim f (x). Casi to. Le successioni approssimanti sono monotone limitate. x→x0 ext int di non applicabilità del teorema di De L’Hôpital. Esempio La differenza Rn − Rn tende a zero quando n → +∞. in cui il teorema di De L’Hôpital è applicabile ma risulta Bibliografia: [1] §§ 9.1; 9.2 inefficace. 25 novembre 2009 Bibliografia: [1] §§ 8.7.2; appunti 26 novembre 2009 2 ore 27 novembre 2009 1 ora 11 dicembre 2009 3 ore Somme integrali. Funzioni integrabili secondo Riemann. Le funzioni continue sono integrabili. La funzione di DirichConcavità del grafico. Funzioni (strettamente) con- let è limitata ma non integrabile secondo Riemann. Proprivesse/concave. Convessità e derivata seconda. Punti di età dell’integrale definito: linearità, positività, monotonia, flesso. Determinazione della natura di un punto critico disuguaglianza del modulo, scomposizione del dominio di intramite le derivate successive. Controesempio: tegrazione. Teorema della media integrale. Funzioni inte grali. Teorema fondamentale del calcolo integrale. Primitive 2 se x = 0 e−1/x di una funzione continua definite su un intervallo. L’insieme f (x) := 0 se x = 0 delle primitive di una funzione differiscono tra loro per una 2 Esercizio svolto: studio della funzione f (x) = x − x − 1 costante. L’integrale indefinito di f (x) come controimmagine dell’operatore derivazione. Calcolo degli integrali definiti tramite una qualunque primitiva. Alcuni integrali immediati. Bibliografia: [1] §§ 8.8; 8.9; 8.10; 8.12 Integrazione per scomposizione. Studio della funzione f (x) = log Bibliografia: [1] §§ 9.1; 9.2; 9.3; 9.4; 9.4.1 1 + cos x | sin x| 14 dicembre 2009 Bibliografia: [1] §§ 8.10 30 novembre 2009 2 ore Integrazione per sostituzione. Calcolo dell’area di regioni delimitate dai grafici di due funzioni. Sostituzioni tramite funzioni goniometriche o iperboliche. Integrazione per parti. Esercizi. 4 ore Notazioni: sommatorie e loro proprietà; polinomi di centro x0 e calcolo delle loro derivate di ordine j. Bibliografia: [1] §§ 9.5 Polinomi di Taylor. Teorema di Peano. Sviluppi di MacLaurin delle funzioni ex , log(1 + x), sin x, cos x. Proprietà dei 16 dicembre 2009 2 ore polinomi Tn [f, x0 ]. Polinomio di MacLaurin della funzione f (x) = 1 come derivata del polinomio di MacLaurin della 1+x funzione f (x) = log(1 + x). Applicazione al calcolo di limiti di funzioni. Integrazione di funzioni razionali per denominatori di grado due nei tre casi ∆ 0. Caso generale. Scomposizione di Hermite. Metodo diretto (dei logaritmi e arcotangenti). Bibliografia: [1] §§ 8.11; 8.12.1 Bibliografia: [1] §§ 9.5 2 dicembre 2009 3 ore 17 dicembre 2009 2 ore α Sviluppo di MacLaurin di (1+x) . Applicazione degli sviluppi di Taylor al calcolo di limiti di funzioni della forma f (x)g(x) , e nel caso x → ±∞. Approssimazione di funzioni con polinomi di Taylor. Formula del resto di Lagrage. Stime dell’errore dell’approssimazione, ricerca del polinomio di grado minimo approssimante a meno di un errore √ prefissato, calcolo approssimato di valori numerici (esempi: 3 e, sin 1). Serie numeriche convergenti, divergenti, indeterminate. Serie geometrica e di Mengoli. Serie a termini positivi. Criterio del confronto. La serie esponenziale. Maggioranti e minoranti definitivi. Massimo e minimo limite. Una successione {an }n∈N ha limite L se e solo se lim sup an = lim inf an . Bibliografia: [1] §§ 8.11; 8.13 inf sup ak , lim inf ah = sup inf ak . Caratterizzazione del n→∞ n→∞ Se la successione {an }n∈N è limitata, allora lim sup ah = h→∞ n∈N kn h→∞ n∈N kn massimo e minimo limite. Criterio di convergenza di Cauchy 9 dicembre 2009 2 ore per le serie. Condizione necessaria per la convergenza di una serie. La serie armonica è divergente. Criterio della radice Applicazione degli sviluppi di Taylor alla dimostrazione e del rapporto e loro traduzione in termini di lim sup an e h→∞ di disuguaglianze particolari. Le classi di funzioni inf an . Criterio di condensazione. Convergenza della C k ([a, b]), k ∈ N, e C ∞ ([a, b]). Resto nelle forme di: di lim h→∞ serie armonica generalizzata e della serie di Abel. Schlömilch-Roche, Cauchy, Lagrange, Peano. 4 Bibliografia: [1] §§ 5.7; 5.8; 5.8.2; 5.8.3; [5] §§ 2.5; 2.6; Formula di Brunacci-Abel. Criteri di convergenza di Dedekind e di Abel. Riordinamento dei termini di una se2.10; 2.12; 2.14; appunti rie. Il riordinamento di una serie assolutamente convergente è assolutamente convergente ed ha la stessa somma. Calcolo 18 dicembre 2009 1 ora della somma e riordinamento della serie convergente Serie assolutamente convergenti. La convergenza assoluta implica la convergenza. Il viceversa è falso. Serie a termini di segno alterno. Criterio di Leibniz. ∞ (−1) n−1 = log 2. n n=1 Bibliografia: [1] §§ 5.7; 5.8; 5.8.2; 5.8.3; [5] §§ 2.15; appunti La costante di Eulero-Mascheroni. Comportamento asintotico delle somme parziali della serie armonica. Se una se an converge ma non converge assolutamente, per ogni rie αn tale che αn = L ∈ R∗ esiste un suo riordinamento L ed esiste un suo riordinamento βn tale che βn è indeterminata (cenni della dimostrazione). 21 dicembre 2009 3 ore Dimostrazione del criterio di Leibniz. Stima del resto di una serie a termini di segno alterno. Una serie a termini 1 di segno alterno non decrescenti in valore assoluto è inde- Cenni sulla serie di Taylor. terminata. Criterio asintotico: formulazione in termini di Bibliografia: [1] §§ 5.11; 5.8.3; [5] §§ 2.16; appunti disuguaglianze ed in termini di limiti. Estensione al caso di successioni non confrontabili. Riformulazioni in termini della serie (di riferimento) armonica generalizzata. rrrrrrrs Studio della convergenza della serie ∞ log n , α > 0, nα n=2 Riferimenti bibliografici con il [1] M. Bertsch, R. Dal Passo, L. Giacomelli, Analisi Matematica, McGraw- Hill criterio asintotico o con le proprietà dei logaritmi. Criterio della convergenza della primitiva e sua applicazione allo studio della convergenza della serie armonica generalizzata e della serie Esercizi sulle serie. ∞ n=2 Calcolo della somma di [2] R. A. Adams, Calcolo differenziale 1, Casa Editrice Ambrosiana 1 . n log n ∞ (−1) n n n2 2 n=1 [3] P. Marcellini, C. Sbordone, Analisi Matematica uno, Liguori Editore a meno di 10−2 . Studio della convergenza della serie [4] M. Bramanti, C. D. Pagani, S. Salsa, Analisi Matematica 1, Zanichelli ∞ n e−n |x + 3| . n n=1 [5] E. Giusti, Analisi Matematica 1, Bollati Boringhieri [6] E. Giusti, Esercizi e complementi di Analisi Matematica, volume primo, Bollati Boringhieri (Per casa) Dimostrare che la convergenza delle serie ∞ n=1 a2n , ∞ ∞ b2n implica la convergenza di n=1 an b n . [7] J. P. Cecconi, G. Stampacchia, Analisi Matematica, 1◦ volume, Liguori Editore n=1 Bibliografia: [1] §§ 5.9; [5] §§ 2.15; appunti 22 dicembre 2009 2 ore Programma d’esame Criteri di convergenza di Kummer, di Raabe, di Gauss. La serie ipergeometrica ∞ n=1 Le proposizioni dimostrate durante il corso sono riportate in corsivo. Le dimostrazioni che potrebbero essere oggetto della prova teorica sono quelle riportate in rosso. È inteso che tutte le definizioni e proprietà riportate nel diario del corso possono essere argomento dell’esame teorico anche quando di esse non è richiesta la dimostrazione. Analogamente per tutti i metodi o tecniche di risoluzione, il cui utilizzo potrebbe essere richiesto esplicitamente nella risoluzione degli esercizi della prova pratica o nei quesiti della prova teorica. α(α + 1) · · · (α + n − 1)β(β + 1) · · · (β + n − 1) n x . n! γ(γ + 1) · · · (γ + n − 1) Somma e differenza di due serie. La serie prodotto. Bibliografia:[1] §§ Appendice 5.A; appunti 23 dicembre 2009 3 ore Convergenza semplice e convergenza assoluta della serie prodotto (teoremi di Mertens e di Abel). Calcolo delle serie prodotto ∞ n=1 ∞ (−1) n−1 (−1)m−1 ∗ , n log(m + 1) m=1 ∞ n=1 ∞ (−1) n−1 (−1) m−1 ∗ n m m=1 1 5 La serie di Taylor non è argomento d’esame