Laurea Triennale in Scienze della Natura Corso di Matematica ed Elementi di Statistica programma – a.a. 2013/14 Docente: Annunziata Loiudice Richiami di linguaggio insiemistico Insiemi, operazioni tra insiemi: unione, intersezione, prodotto cartesiano. Cenni di logica elementare. Connettivi e quantificatori. Funzioni e relative proprietà: iniettività, suriettività, bigettività; funzione composta; funzione inversa. Insiemi numerici Gli insiemi numerici N, Z, Q. Esistenza di numeri non razionali: irrazionalità di 2 (*). L'insieme R dei numeri reali. Gli assiomi dei numeri reali. La retta reale. Intervalli, aperti e chiusi, limitati e illimitati. Rappresentazione decimale: allineamenti finiti, infiniti periodici e non periodici. Approssimazione con un numero prefissato di cifre: arrotondamento e troncamento. Errore assoluto, relativo, percentuale. Propagazione dell'errore nelle operazioni: errore della somma, differenza, prodotto e quoziente. Notazione scientifica. Richiami di geometria analitica Piano cartesiano; distanza tra due punti; equazione della retta, della circonferenza, della parabola. Funzioni reali di variabile reale Generalità. Grafico nel piano cartesiano. Funzioni monotone. Monotonia e invertibilità. Estremo inferiore e superiore di una funzione. Funzioni simmetriche, pari e dispari. Funzioni periodiche. Funzioni elementari: Funzione costante, funzioni lineari, valore assoluto. Funzione potenza ad esponente intero. Funzione radice n-esima. Funzione potenza ad esponente reale. Funzione esponenziale. Modelli esponenziali: crescita di una popolazione batterica; decadimento di sostanze radioattive. Funzioni logaritmiche. Proprietà algebriche dei logaritmi. Principali basi dei logaritmi. Funzioni trigonometriche e rispettive inverse. Equazioni e disequazioni con le funzioni elementari. Trasformazioni di grafici. Limiti di successioni Successioni. Limite di successione. Successioni convergenti, divergenti, non regolari. Operazioni con i limiti. Forme indeterminate. Successioni monotòne. Definizione del numero di Nepero e. I teoremi di unicità del limite(*), permanenza del segno(*), teorema dei carabinieri per successioni(*). Limiti di funzioni e continuità Definizione di intorno e di punto di accumulazione. Definizione di limite di funzione. Teoremi di unicità del limite, permanenza del segno, teorema dei carabinieri (*). Limiti delle funzioni elementari. Operazioni con i limiti. Forme indeterminate. Limiti notevoli. Gerarchia degli infiniti e degli infinitesimi. Asintoti di una funzione: orizzontali, verticali, obliqui. Definizione di funzione continua in un punto e in un intervallo. Classificazione delle discontinuità: discontinuità eliminabili, di salto (o di prima specie), di seconda specie. Continuità delle funzioni elementari. Teoremi sulle funzioni continue: Teorema della permanenza del segno, Teorema di Weierstrass, Teorema di esistenza degli zeri, Teorema dei valori intermedi. Calcolo differenziale Rapporto incrementale. Definizione di derivata. Derivabilità e continuità. Significato geometrico di derivata e retta tangente. Punti angolosi e cuspidali. Derivate delle funzioni elementari. Regole di derivazione: derivata del prodotto, del quoziente, della funzione composta e inversa. Massimi e minimi relativi. Teoremi sulle funzioni derivabili: Teorema di Fermat(*), Teorema di Rolle(*), Teorema di Lagrange(*). Caratterizzazione delle funzioni a derivata nulla in un intervallo. Criterio di monotonia(*). Convessità e concavità. Punti di flesso. Criterio di convessità. Ricerca dei punti di massimo e di minimo relativo. Teorema di de l'Hopital. Polinomio di Taylor (cenni). Studio del grafico di una funzione. Calcolo integrale Partizione di un intervallo. Somme inferiori e somme superiori relative ad una partizione. Definizione di funzione integrabile secondo Riemann. Integrale definito. Interpretazione geometrica dell'integrale. Proprietà di linearità e additività dell’integrale. Media integrale. Teorema della media integrale(*). Primitive di una funzione. Teorema fondamentale del calcolo integrale(*). Caratterizzazione delle primitive in un intervallo(*). Formula fondamentale del calcolo integrale(*). Integrale indefinito. Integrali indefiniti immediati. Integrazione di funzioni razionali. Integrazione per sostituzione, integrazione per parti. Cenni sugli integrali impropri. Elementi di calcolo combinatorio Disposizioni semplici e con ripetizione. Permutazioni. Combinazioni. Coefficienti binomiali. Elementi di probabilità Esperimenti aleatori. Spazio dei campioni. Eventi aleatori. Definizione assiomatica di probabilità. Probabilità dell’unione e dell’evento contrario. Probabilità condizionata. Eventi indipendenti. Formula di Bayes. Variabili aleatorie. Variabili aleatorie discrete. Funzione di distribuzione di una variabile aleatoria. Valore atteso, varianza e deviazione standard. Esempi di variabili aleatorie discrete: Variabile aleatoria di Bernoulli, di Poisson. Variabili aleatorie continue. Densità di probabilità. Media e varianza di una variabile aleatoria continua. La distribuzione normale e normale standard. Caratteristiche della funzione gaussiana. Teorema del limite centrale. Elementi di statistica Statistica descrittiva. Terminologia: popolazione statistica, unità statistica, caratteri (o variabili statistiche) qualitativi e quantitativi, modalità di un carattere. Tabelle di frequenza e rappresentazioni grafiche. Istogramma delle frequenze. Frequenze assolute, relative, percentuali, cumulate. Indici di posizione: media, moda, mediana. Quartili, percentili. Indici di dispersione: intervallo di variazione (o range), varianza e deviazione standard, varianza e deviazione standard campionarie, scarto interquartile. Statistica inferenziale. Distribuzioni di due caratteri. Diagramma a dispersione. Retta di regressione. Coefficiente di correlazione lineare di Pearson. Campioni e popolazione. Stima dei parametri media e varianza attraverso il campione. Intervalli di confidenza per la media. Test di ipotesi (cenni): ipotesi nulla, quantità pivotale, valore di soglia, livello di affidabilità. Esempi: Test Z, test T di Student. Nota: I teoremi con dimostrazione sono contrassegnati con il simbolo (*) . Testi consigliati Per la teoria: M. Abate - Matematica e statistica, Le basi per le scienze della vita - McGraw-Hill Villani e Gentili - Matematica. Comprendere e interpretare fenomeni delle scienze della vita, quinta edizione McGraw-Hill Marcellini e Sbordone, Elementi di calcolo, Liguori editore. Appunti di calcolo combinatorio e probabilità a cura del docente, disponibili sul sito web del docente: http://www.dm.uniba.it/Members/loiudice/esercizi-sn/appunti-delle-lezioni-probabilita Per gli esercizi: Alvino, Carbone, Trombetti, Esercitazioni di Matematica, Vol I , parte I e II, Liguori editore Fogli di esercizi disponibili nella sezione Esercizi e Appunti della pagina web del docente. Il docente del corso Annunziata Loiudice