DERIVATE Risoluzione della verifica IN UN’ORA - SECONDA PROVA 2. TEOREMI DEL CALCOLO DIFFERENZIALE Risoluzione della verifica IN UN’ORA - SECONDA PROVA 1 Il limite si presenta nella forma indeterminata 3 $ 0 . 3 oppure Per utilizzare la regola di De L’Hospital, dobbiamo ricondurre il limite a una delle seguenti forme: 3 0 . 0 0 Riscriviamo il limite per ricondurci alla forma e applichiamo la regola di De L’Hospital. Riordiniamo i 0 termini e svolgiamo i calcoli. 1 $ ex x ln (e x + 1) - x2 e x + e 1 x = x lim lim x ln (e + 1) = x lim = x lim x "-3 "-3 "-3 "-3 ex + 1 -1 1 x x2 Il limite si presenta ancora nella forma indeterminata 0 $ 3. Possiamo applicare una seconda volta il teorema di De L’Hospital, riconducendoci prima a una delle forme indeterminate ammesse. lim x "-3 - x2 e x - x2 - x2 - 2x = x lim = x lim = x lim x x " 3 " 3 " - 3 - e-x e +1 1 + e-x e +1 ex Applichiamo ancora la regola di De L’Hospital, senza operare modifiche nel testo perché il limite si trova già 3 nella forma indeterminata , e troviamo il risultato 3 lim x "-3 2x 2 (- 2e x) = 0 . = x lim = x lim " - 3 - e-x "-3 e-x 2 Il limite si presenta nella forma indeterminata 00 . 3 oppure Per utilizzare la regola di De L’Hospital, dobbiamo ricondurre il limite a una delle seguenti forme: 3 0 . Riscriviamo il limite nella forma 0 lim (1 - cos x) x"0 sen x = lim e x"0 ln (1 - cos x) sen x = lim e x"0 sen x ln (1 - cos x) = lim e x"0 ln (1 - cos x) 1 sen x dove abbiamo riscritto l’esponente in modo tale da poter applicare la regola di De L’Hospital. Svolgiamo i calcoli all’esponente: sen x ln (1 - cos x) cos x = lim sen x $ sen 2 x = 1 = lim lim x"0 x"0 x " 0 1 - cos x - cos x - cos x 1 sen x sen 2 x = lim x"0 (1 - cos x)(1 + cos x) sen x (1 + cos x) sen x = lim b$ l = 0. x"0 - cos x cos x 1 - cos x Il limite iniziale, quindi, vale: lim (1 - cos x) sen x = lim e sen x ln (1 - cos x) = 1. x"0 x"0 3 Il limite si presenta nella forma indeterminata 0 quindi possiamo applicare direttamente il teorema di De 0 L’Hospital. 1 -1 ln x x = lim= lim=- 3 lim x " 1- 1 + cos rx x " 1 - r sen rx x " 1 rx sen rx Copyright © 2012 Zanichelli editore S.p.A., Bologna 1 DERIVATE 2. TEOREMI DEL CALCOLO DIFFERENZIALE Risoluzione della verifica IN UN’ORA - SECONDA PROVA 4 a) Per dimostrare che f (x) = 2x + cos x è biiettiva, osserviamo che: • per il teorema del confronto, xlim f (x) = !3 in quanto cos x # 1; "!3 • per il teorema dei valori intermedi, il codominio della funzione è R; • f l(x) = 2 - sen x 2 0 6x ! R , quindi la funzione è strettamente crescente su R. Quindi la funzione è iniettiva e suriettiva da R in R. b) Calcoliamo g l(r) sfruttando il teorema della derivata della funzione inversa. Abbiamo infatti g l(r) = 1 , dove f (x0) = r . f l(x0) Determiniamo x0: 2x0 + cos x0 = r " x 0 = r . 2 Sostituiamo il valore di x0 nell’espressione della derivata dell’inversa e svolgiamo i calcoli. g l (r) = 1 1 1 = = =1 f l(x0) 2 - sen x0 2-1 c) f è continua è derivabile in tutto il suo dominio, quindi in particolare anche nell’intervallo [0; 2r] e pertanto vale il teorema di Lagrange. f l(c) = f (2r) - f (0) 4r + 1 - 1 = = 2. 2r - 0 2r Determiniamo c: 2 - sen c = 2 " sen c = 0 " c = kr, k ! Z . In ]0; 2r[, c’è un solo punto in cui la retta tangente al grafico di f è parallela alla retta passante per gli estremi dell’intervallo: c = r . 5 f (x) = ax3 + bx + c con a, b, c ! R . a) Per determinare il valore dei parametri, calcoliamo la derivata prima e seconda di f f l(x) = 3ax 2 + b f m(x) = 6ax e mettiamo a sistema le condizioni richieste: Z Z 4 = 8a + 2b + c ]] 4 = f (2) ]] [ f l(2) = 11 " [11 = 12a + b ]] f m(2) = 12 ]12 = 12a \ \ Risolvendo il sistema otteniamo: a = 1, b =- 1, c =- 2 . La funzione è, quindi, f (x) = x3 - x - 2 e le sue derivate sono f l(x) = 3x 2 - 1, f m(x) = 6x . b) L’equazione della retta tangente al grafico della funzione nel suo punto di ascissa x = y-fb y+ 1 è 2 1 1 1 = f lb lb x - l 2l 2 2 19 1 1 =- b x - l 8 4 2 Copyright © 2012 Zanichelli editore S.p.A., Bologna 2 DERIVATE 2. TEOREMI DEL CALCOLO DIFFERENZIALE y =- Risoluzione della verifica IN UN’ORA - SECONDA PROVA 1 1 19 x+ " x + 4y + 9 = 0 . 4 8 8 L’equazione della retta tangente al grafico della funzione nel suo punto di ascissa x =y - f by+ 1 è 2 1 1 1 = f lb- lb x + l 2l 2 2 13 1 1 =- b x + l 8 4 2 y =- 1 1 13 x- " x + 4y + 7 = 0 . 4 8 8 c) f è continua e derivabile in tutto il dominio perché è un polinomio, quindi in particolare nell’intervallo [- 1; 1]. Inoltre f (- 1) =- 1 + 1 - 2 =- 2 e f (1) = 1 - 1 - 2 =- 2 quindi sono soddisfatte le ipotesi del teorema di Rolle. Esiste, pertanto, almeno un x ! ] - 1; 1 [ in cui la derivata si annulla. f l(x) = 0 " 3x 2 - 1 = 0 " x =- 3 3 0x = . 3 3 Entrambi i valori sono accettabili perché sono punti interni all’intervallo [- 1; 1]. d) Studiamo sommariamente il grafico della funzione. • D = R; • la funzione interseca l’asse y nel punto di ordinata - 2 ; • la funzione interseca l’asse x in un punto di ascissa a 2 0 , con a intersezione della retta y = x + 2 con la cubica y = x3 ; • il segno della funzione è positivo se x 2 a (dove il grafico della cubica è sopra quello della retta), negativo altrimenti; • i limiti della funzione agli estremi del dominio sono: xlim f (x) = ! 3 ; "!3 • studiamo il segno della derivata prima: f l(x) 2 0 " x 1 - y y = f(x) O 1 α 2 x –2 3 3 0x 2 3 3 quindi la funzione è crescente negli intervalli 3 3 ; + 3< e decrescente nelF- 3; <eF 3 3 3 3 ; <. 3 3 Il grafico probabile è rappresentato nella figura a lato. l’intervallo F- Copyright © 2012 Zanichelli editore S.p.A., Bologna 3