PROVA SCRITTA ANALISI 1-B Esercizio 1. Data la funzione f (x) = x2 1 + log(x2 − 4) −4 se ne studi (1) il campo di definizione, i limiti al bordo del campo di definizione, eventuali asintoti (4 punti); (2) la monotonia, massimi, minimi e punti critici (4 punti); (3) convessità e concavità e si tracci un grafico approssimativo di f (4 punti); Soluzione. La funzione è pari. Sarà sufficiete studiarla per x ≥ 0. Il campo di definizione si ottiene imponendo le condizioni x2 − 4 6= 0, 2 x − 4 > 0, ed è quindi l’insieme (−∞, −2) ∪ (2, +∞). Quindi potremo limitare lo studio all’insieme (2, +∞). Il segno di f non si può determinare esplicitamente. Studiamo i limiti. lim f (x) = +∞, x→+∞ Il limite a 2+ si presenta della forma +∞ − ∞. Possiamo procedere come segue: 1 + y log y 1 + (x2 − 4) log(x2 − 3) = lim = +∞ 2 y→0+ x→2+ x −4 y lim f (x) = lim x→2+ poiché lim y log y = lim y→0+ log y 1 y y→0+ = lim y→0+ 1 y − y12 = 0. Controlliamo l’eventuale presenza di asintoti obliqui: f (x) 1 log(x2 − 4) = lim + lim = 0. x→+∞ x x→+∞ x(x2 − 4) x→+∞ x lim Non vi sono quindi asintoti obliqui. Passiamo allo studio della derivata prima. f 0 (x) = − (x2 2x 2x 2x(−1 + x2 − 4) 2x(x2 − 5) + 2 = = 2 2 2 − 4) x −4 (x − 4) (x2 − 4)2 Ne segue subito (e la funzione √ che, in (2, +∞) la derivata prima è positiva √ crescente)√in ( 5, +∞), la derivata √ è negativa in (2, 5) e si annulla solo per x = 5. Quindi il punto √ x = 5 è un minimo per la funzione f . Il valore corrispondente è f ( 5) = 1 + log 1 = 1. Ne segue che f (x) è poistiva in tutto il suo dominio. Data: 12 giugno 2013. 1 2 PROVA SCRITTA ANALISI 1-B Studiamo ora la derivata seconda. f 00 (x) = 2 (3x2 − 5)(x2 − 4)2 − 2x2 (x2 − 5)(x2 − 4) (x2 − 4)4 2 (3x − 5)(x2 − 4) − 4x2 (x2 − 5) x4 − 3x2 − 20 =2 = −2 (x2 − 4)3 (x2 − 4)3 √ √ Il numeratore è positivo quando 3−2 89 < x2 < 3+2 89 , e quindi quando q √ q √ 3+ 89 − 3+2 89 < x < ≈ 2, 4934. Ne deduciamo che la concavità è q2 √ q √ rivolta verso l’alto (2, 3+2 89 ), verso il basso in ( 3+2 89 , +∞). Si veda il grafico in figura 1 5 4 3 2 1 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 -1 Figura 1. il grafico di arctan x−1 x−4 Esercizio 2. Calcolare modulo, argomento, parte reale, parte immaginaria del numero complesso i5 (1 + i)8 √ (−1 − 3i)5 (8 punti) Soluzione. Ricordando che i = eiπ/2 , √ √ √ 2 2 √ iπ/4 1+1= 2 + i = 2e 2 2 √ √ 1 3 i = 2 ei4π/3 − 1 − 3i = 2 − − 2 2 Abbiamo subito che √ i5 (1 + i)8 √ = ei5π/2 ( 2)8 ei2π 2−5 e−i20π/3 5 (−1 − 3i) √ √ 1 iπ/2 −i2π/3 i 1 3 3 i = e e = (− − i) = − 2 2 2 2 4 4 PROVA SCRITTA ANALISI 1-B Ne segue subito che il numero cercato ha modulo 1/2, argomento − π6 , √ parte reale = 3 4 , parte immaginaria = 3 π 2 − 2π 3 = − 14 . Esercizio 3. Calcolare l’integrale Z 3x3 + 1 dx x2 − 4 (8 punti) Soluzione. Preliminarmente dividiamo il numeratore per il denominatore. Otteniamo 3x3 + 1 = (x2 − 4)3x + 12x + 1, da cui 3x3 + 1 12x + 1 25 23 = 3x + 2 = 3x + + 2 x −4 x −4 4(x − 2) 4(x + 2) Quindi abbiamo subito Z 3x3 + 1 dx = x2 − 4 Z Z Z 25 23 3x dx + dx + dx 4(x − 2) 4(x + 2) 3 25 23 = x2 + log(x − 2) + log(x + 2) + c 2 4 4 Esercizio 4. Determinare il comportamento della serie ∞ X nn/2 n=1 n!en . Motivare la risposta. (7 punti) Soluzione. Usiamo il principio del rapporto: (n+1)(n+1)/2 (n+1)! en+1 nn/2 n!en = (n + 1)1/2 (n + 1)n/2 n! en 1 1 n/2 = √ 1+ n/2 n+1 n (n + 1)n! e n e n+1 Poiché (1 + 1/n)n → e, il limite del rapporto è 0, e la serie converge. Esercizio 5. Calcolare il polinomio di Taylor nel punto x = 0 al terzo ordine della funzione f (x) = ex sin x − cos x (8 punti) Soluzione. Da ex = 1 + x + x2 x3 + + o(x3 ) 2 6 x2 + o(x3 ) 2 x3 sin x = x − + o(x3 ) 6 cos x = 1 − 4 PROVA SCRITTA ANALISI 1-B abbiamo subito che x2 x3 x3 x2 + +o(x3 ))(x− +o(x3 ))−(1− +o(x3 ))o(x3 ) 2 6 6 2 1 2 1 1 3 = −1 + x + (1 + )x + (− + )x + o(x3 ) 2 6 2 3 1 = −1 + x + x2 + x3 + o(x3 ) 2 3 ex sin x−cos x = (1+x+