Analisi matematica 1: pacchetto last-minute

Formulari, i passaggi chiave del metodo per ogni argomento e 8 esercizi, con le soluzioni complete in fondo.

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1Formule e metodi

Limiti

Sostituzione diretta
prova prima x = a; 0/0 significa che devi semplificare
Scomponi e semplifica
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Coniugato
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
Limiti all’infinito
dividi per la potenza più alta di x; a gradi uguali il limite è il rapporto dei coefficienti direttivi
Limite notevole
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
Regola di de l’Hôpital
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Derivate

Regola della potenza
(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Regola del prodotto
(uv)′ = u′v + uv′
Regola del quoziente
(u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Regola della catena
f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Derivate fondamentali
(eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

Metodo

  1. Identifica la struttura: somma, prodotto, quoziente o composizione.
  2. Applica la regola della potenza a ogni potenza di x.
  3. Usa la regola del prodotto, del quoziente o della catena dove serve.
  4. Semplifica e, se richiesto, calcola il valore nel punto.

Ottimizzazione

Metodo
scrivi Q(x) in una sola variabile, risolvi Q′(x) = 0, controlla Q″ o gli estremi
Massimo
Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
Minimo
Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
Cilindro chiuso
V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
Utile
P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

Integrali

Regola della potenza
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integrale definito
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrali fondamentali
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Area tra due curve
∫ab (f − g) dx

Metodo

  1. Riscrivi, dove possibile, la funzione integranda come somma di termini semplici.
  2. Applica la regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), e gli integrali notevoli per ex, 1/x, sin e cos.
  3. Usa la sostituzione quando vedi insieme una funzione e la sua derivata.
  4. Per un integrale definito calcola F(b) − F(a).

2Esercizi

1.LimitiMedia
xyy = L

Calcola il limite L = limx→∞ (√(x2 + 2x) − x).

f(x) = √(x2 + 2x) − xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
xyx = 0

Calcola il limite L = limx→0 (e0,5x − 1 − 0,5x)/x².

f(x) = (e0,5x − 1 − 0,5x)/x²x → 0
L =
3.DerivateMedia
xyx = −2

Sia f(x) = ln(2x2 + 2). Trova f′(−2).

f(x) = ln(2x2 + 2)x = −2
f′(−2) =
4.DerivateDifficile
xyx = 3

La retta tangente a f(x) = 0,5x2 + 4x − 1 in x = 3 interseca l'asse y in y = b. Trova b.

f(x) = 0,5x2 + 4x − 1x = 3
b =
5.OttimizzazioneMedia
lato strada: €25/m€5/myyx

Un lotto rettangolare di 800 m² è recintato su tutti e quattro i lati. Il lato lungo la strada, di lunghezza x, costa €25 al metro; gli altri tre lati costano €5 al metro. Trova il costo totale minimo C.

A = 800 m²€25/m€5/m
C = €
6.OttimizzazioneDifficile
p (€)R(p)15ora

Un teatro vende 390 biglietti per spettacolo a €15 ciascuno. Un’indagine di mercato mostra che ogni aumento di €1 del prezzo del biglietto comporta 10 biglietti venduti in meno (e ogni diminuzione di €1, 10 in più). Trova il prezzo del biglietto p che massimizza il ricavo.

390 × €1510 / €1
p = €
7.IntegraliMedia
xy01

Calcola I = ∫01 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 1]
I =
8.IntegraliDifficile
xy−11

Trova l'area A della regione tra la parabola y = 1 − x² e l'asse x.

y = 1 − x²
A =

3Soluzioni

1.Limiti

Risposta: L = 1

Limiti: prova prima la sostituzione diretta. Se dà 0/0, semplifica prima: scomponi e semplifica il fattore comune, oppure moltiplica per il coniugato. Per x → ∞, dividi numeratore e denominatore per la potenza più alta di x. Regola di de l’Hôpital: se f/g dà 0/0 o ∞/∞, allora lim f/g = lim f′/g′, derivando separatamente numeratore e denominatore (non con la regola del quoziente).

Moltiplica per il coniugato

f(x) = 2x/(√(x2 + 2x) + x)

Dividi per x

f(x) = 2/(√(1 + 2/x) + 1)

Fai tendere x → ∞

L = 2/(1 + 1) = 1

Risposta

L = 1
2.Limiti

Risposta: L = 0,125

Limiti: prova prima la sostituzione diretta. Se dà 0/0, semplifica prima: scomponi e semplifica il fattore comune, oppure moltiplica per il coniugato. Per x → ∞, dividi numeratore e denominatore per la potenza più alta di x. Regola di de l’Hôpital: se f/g dà 0/0 o ∞/∞, allora lim f/g = lim f′/g′, derivando separatamente numeratore e denominatore (non con la regola del quoziente).

Prima applicazione

(0,5·e0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0

Seconda applicazione

0,25·e0,5x/2

Sostituisci x = 0

L = 0,25·1/2 = 0,125

Risposta

L = 0,125
3.Derivate

Risposta: f′(−2) = −0,8

Derivazione: la derivata f′(x) è la pendenza del grafico in x. Regola della potenza: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regola del prodotto: (uv)′ = u′v + uv′. Regola della catena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Dove f′(x) = 0 il grafico ha una tangente orizzontale: un massimo, un minimo o un punto di sella.

Regola della catena per il logaritmo

f′(x) = 4x/(2x2 + 2)

Sostituisci

f′(−2) = −8/10 = −0,8

Risposta

f′(−2) = −0,8
4.Derivate

Risposta: b = −5,5

Derivazione: la derivata f′(x) è la pendenza del grafico in x. Regola della potenza: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regola del prodotto: (uv)′ = u′v + uv′. Regola della catena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Dove f′(x) = 0 il grafico ha una tangente orizzontale: un massimo, un minimo o un punto di sella.

Punto e pendenza

f(3) = 15,5
f′(x) = x + 4 → f′(3) = 7

Retta tangente in x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 15,5 − 7·3 = −5,5

Risposta

b = −5,5
5.Ottimizzazione

Risposta: C = 979,8 €

Ottimizzazione: scrivi la grandezza da ottimizzare come funzione di una sola variabile, usando il vincolo per eliminare l’altra. Poni la derivata uguale a zero e risolvi. Verifica che il punto critico sia un massimo o un minimo (derivata seconda o cambio di segno della derivata prima) e che si trovi nell’intervallo ammesso; un estremo come un lato di lunghezza zero non è la risposta.

Costo in funzione di x

C(x) = 30x + 8000/x

Poni la derivata uguale a zero

C″(x) = 16000/x³ > 0, quindi è un minimo.

x = √(8000/30) = 16,33 m
y = 800/16,33 = 48,99 m

Costo minimo

C = 30·16,33 + 8000/16,33 = €979,8

Risposta

C = €979,8
6.Ottimizzazione

Risposta: p = 27 €

Ottimizzazione: scrivi la grandezza da ottimizzare come funzione di una sola variabile, usando il vincolo per eliminare l’altra. Poni la derivata uguale a zero e risolvi. Verifica che il punto critico sia un massimo o un minimo (derivata seconda o cambio di segno della derivata prima) e che si trovi nell’intervallo ammesso; un estremo come un lato di lunghezza zero non è la risposta.

Ricavo in funzione del prezzo

n(p) = 540 − 10p
R(p) = 540p − 10p²

Poni la derivata uguale a zero

R″(p) = −20 < 0, quindi è un massimo.

p = 540/20 = €27

Ricavo massimo

n = 540 − 10·27 = 270
R = 27·270 = €7290

Risposta

p = €27
7.Integrali

Risposta: I = 3,195

Integrali definiti: ∫ₐᵇ f(x) dx è l'area con segno tra il grafico e l'asse x da a a b. Trova una primitiva F (con F′ = f) e calcola F(b) − F(a). Regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'area tra due curve è ∫(superiore − inferiore) dx.

Primitiva

F(x) = e2x/2

Valuta agli estremi

I = (e2 − 1)/2 = (7,389 − 1)/2 = 3,195

Risposta

I = 3,195
8.Integrali

Risposta: A = 1,333

Integrali definiti: ∫ₐᵇ f(x) dx è l'area con segno tra il grafico e l'asse x da a a b. Trova una primitiva F (con F′ = f) e calcola F(b) − F(a). Regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'area tra due curve è ∫(superiore − inferiore) dx.

Zeri

1 − x² = 0 → x = ±1

Integra

A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333

Risposta

A = 1,333

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