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→∞ (−4x2 + 4x − 7)/(5x2 + 4x + 8).

f(x) = (−4x2 + 4x − 7)/(5x2 + 4x + 8)x → ∞
L =
2.LimitiDifficile
xyx = 0

Calcola il limite L = limx→0 ln(1 + 2x)/sin(5x), con x in radianti.

f(x) = ln(1 + 2x)/sin(5x)x → 0
L =
3.DerivateMedia
xyx = −2

Sia f(x) = ln(2x2 + 1). Trova f′(−2).

f(x) = ln(2x2 + 1)x = −2
f′(−2) =
4.DerivateDifficile
xy

Sia f(x) = x3 − 12x2 + 45x + 1. Trova l'ascissa x del massimo locale.

f(x) = x3 − 12x2 + 45x + 1
x =
5.OttimizzazioneMedia
lato strada: €40/m€8/myyx

Un lotto rettangolare di 600 m² è recintato su tutti e quattro i lati. Il lato lungo la strada, di lunghezza x, costa €40 al metro; gli altri tre lati costano €8 al metro. Trova il costo totale minimo C.

A = 600 m²€40/m€8/m
C = €
6.OttimizzazioneDifficile
qP(q)massimo

Una piccola impresa vende il suo prodotto a un prezzo di mercato fisso di €50 per unità. Produrre q unità costa C(q) = 1100 + 38q + 0,01q² euro. Trova il profitto massimo P.

p = €50C = 1100 + 38q + 0,01q²
P = €
7.IntegraliMedia
xy14

Calcola I = ∫14 2/x dx.

f(x) = 2/x[1, 4]
I =
8.IntegraliDifficile
xyy = 0,5x2​y = 2x

Trova l'area A della regione delimitata da y = 0,5x2 e y = 2x.

y = 0,5x2y = 2x
A =

3Soluzioni

1.Limiti

Risposta: L = −0,8

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).

Dividi per la potenza più alta

(−4 + 4/x + (−7)/x2)/(5 + 4/x + 8/x2)

Fai tendere x → ∞

L = −4/5 = −0,8

Risposta

L = −0,8

A gradi uguali il limite è il rapporto dei coefficienti direttivi.

2.Limiti

Risposta: L = 0,4

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).

Regola di de l’Hôpital

L = limx→0 [2/(1 + 2x)]/[5·cos 5x]

Sostituisci x = 0

L = 2/5 = 0,4

Risposta

L = 0,4
3.Derivate

Risposta: f′(−2) = −0,8889

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 + 1)

Sostituisci

f′(−2) = −8/9 = −0,8889

Risposta

f′(−2) = −0,8889
4.Derivate

Risposta: x = 3

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.

Derivata

f′(x) = 3x2 − 24x + 45 = 3·(x2 − 8x + 15)

Risolvi f′(x) = 0

x = 3 oppure x = 5

Qual è quale

f″(x) = 6x − 24: negativa in un massimo, positiva in un minimo.

f″(3) = −6, f″(5) = 6
x = 3

Risposta

x = 3
5.Ottimizzazione

Risposta: C = 1358 €

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) = 48x + 9600/x

Poni la derivata uguale a zero

C″(x) = 19200/x³ > 0, quindi è un minimo.

x = √(9600/48) = 14,14 m
y = 600/14,14 = 42,43 m

Costo minimo

C = 48·14,14 + 9600/14,14 = €1358

Risposta

C = €1358
6.Ottimizzazione

Risposta: P = 2500 €

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.

Funzione del profitto

P(q) = 50q − (1100 + 38q + 0,01q²) = −0,01q2 + 12q − 1100

Poni la derivata uguale a zero

P″(q) = −0,02 < 0, quindi è un massimo.

12 − 0,02q = 0 → q = 600

Profitto massimo

P = 12·600 − 0,01·600² − 1100 = €2500

Risposta

P = €2500
7.Integrali

Risposta: I = 2,773

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) = 2·ln x

Valuta agli estremi

I = 2·(ln 4 − ln 1) = 2·ln 4 = 2,773

Risposta

I = 2,773
8.Integrali

Risposta: A = 5,333

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.

Punti di intersezione

0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4

Integra superiore meno inferiore

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Risposta

A = 5,333

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