Diario del corso di Analisi Matematica I Anno Accademico 2024/2025 -- Laurea Triennale in Ingegneria Canale E-La -- Prof.ssa Teresa D'Aprile Lezione del 24/9/2024:
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Cenni di teoria degli insiemi. I numeri reali: assiomi relative alle operazioni.
Proprietà dei numeri reali.
Assiomi relativi all'ordinamento dei numeri reali. Assioma di completezza. Numeri naturali, interi, razionali. Applicazioni fra insiemi.
Funzioni: dominio, codominio, grafico.
Funzioni: immagine di un insieme, immagine inversa di un insieme.
Funzioni iniettive, surgettive, invertibili. Funzione inversa. Funzione composta. Esempi.
Funzioni monotone. Richiami su funzioni elementari: funzioni lineari, funzione valore assoluto.
Funzioni potenza con esponente n ∈ ℕ. Funzione radice n-esima. Funzione esponenziale.
Funzione logaritmo. Disequazioni.
Disequazioni. Richiami su funzioni trigonometriche.
Funzioni trigonometriche inverse: arcotangente, arcoseno, arcocoseno.
Disequazioni.
Principio di induzione. Disuguaglianza di Bernoulli. Fattoriale. Coefficiente binomiale.
Formula del binomio di Newton.
Massimo, minimo di un insieme di numeri reali. Maggiorante, minorante di un insieme di numeri reali. Insiemi limitati. Esempi.
Densità dei numeri razionali.
Estremo superiore, estremo inferiore di un insieme di numeri reali. Esempi e esercizi. Successioni reali: definizione.
Limite di una successione. Unicità del limite.
Successioni convergenti, divergenti, non regolari.
Successioni limitate.
Operazioni con i limiti. Forme indeterminate. Teorema della permanenza del segno. Teorema dei carabinieri.
Successioni infinitesime.
Alcuni limiti notevoli di successioni. Successioni monotone. Il numero di Nepero.
Criterio del rapporto per successioni. Infiniti di ordine crescente. Esercizi sul calcoli di limiti. Successioni definite
per ricorrenza.
Successioni estratte. Teorema di Bolzano-Weierstrass.
Esercizi sul calcolo di limiti.
Successioni di Cauchy. Criterio di convergenza di Cauchy.
Intorni di un punto. Punti di accumulazione per un insieme. Limiti di funzioni reali.
Legame tra limiti di funzioni e limiti di successioni (teorema ponte).
Operazioni con i limiti di funzioni. Limiti di funzioni composte. Funzioni continue: prime proprietà.
Continuità delle funzioni composte. Limiti notevoli.
Limiti notevoli. Esercizi sui limiti.
Simboli di Landau:
definizione di "o piccolo" e equivalenza asintotica. Algebra degli "o piccoli".
Classificazione delle discontinuità. Teorema della permanenza del segno per funzioni continue.
Esercizi sul calcolo dei limiti.
Teoremi sulle funzioni continue:
teorema di esistenza degli zeri, (primo) teorema di esistenza dei valori intermedi.
Esercizi sui limiti.
Funzioni limitate. Teorema di Weierstrass. (Secondo) teorema dell'esistenza dei valori intermedi. Esercizi sul calcolo di limtiti.
Teorema sul limite delle funzioni monotone. Criterio di continuità per le funzioni monotone. Teorema di continuità
delle funzioni inverse. Operazioni sui grafici: grafico di f(x)+a, f(x+a), kf(x), f(kx), |f(x)|, f(|x|),
grafico della funzione inversa.
Esercizi sulla continuità di funzioni.
Definizione di derivata. Esempi. Derivata destra e derivata sinistra.
Confronto tra nozione di derivabilità e di continuità. Derivata seconda, derivata n-esima. Esempi. Operazioni con le derivate.
Derivate
delle funzioni elementari: funzioni potenza a
esponente intero, funzioni esponenziali e logaritmiche, funzione radice, funzione radice n-esima.
Teorema di derivazione delle funzioni composte.
Derivate
delle funzioni elementari: funzione radice n-esima,
funzioni trigonometriche. Teorema di derivazione delle funzioni inverse. Derivata delle funzioni trigonometriche inverse.
Esempi e esercizi sul calcolo delle derivate.
Significato geometrico della derivata. Retta tangente. Punto di cuspide e punto angoloso. Punti di massimo e minimo relativo per una funzione. Punti di
massimo e minimo assoluto per una funzione. Esempi.
Teorema di Fermat. Comportamento della derivata in un punto di massimo (minimo) relativo non interno.
Esercizi sulla continuità e derivabilità di funzioni.
Teorema di Rolle. Teorema di Lagrange. Caratterizzazione delle funzioni costanti in un intervallo. Criterio di monotonia.
Criterio di stretta monotonia.
Esempi e esercizi.
Alcune disuguaglianze: ex ≥ 1+x, log(1+x)≤ x, |sin x|≤ |x|, |arctan x|≤ |x|.
Uniforme continuità.
Teorema di Cantor. Funzioni lipschitziane. Esempi.
Funzioni lipschitziane. Esempi: |x|,
x2, sin x, √x in [1, +∞). Esercizi su massimi e minimi relativi e assoluti di funzioni.
Funzioni convesse e funzioni concave
in un intervallo: definizione e interpretazione geometrica. Esempi: |x|, x2.
Continuità delle funzioni convesse (concave). Caratterizzazione della convessità (concavità) con la derivata prima.
Caratterizzazione della convessità (concavità) con la derivata seconda. Punti stazionari di una funzione convessa (concava).
Altri esempi di funzioni convesse o concave: ex, log x, sin x in [0, π],
arctan x in [0,+∞).
Punti stazionari di una funzione convessa (concava).
Altri esempi di funzioni convesse o concave: ex, log x, sin x in [0, π],
arctan x in [0,+∞).
Criterio della derivata seconda per determinare punti
di massimo o di minimo relativo. Punti di flesso. Studio del grafico di una funzione: determinazione del dominio,
ricerca degli asintoti orizzontali, verticali e
obliqui, intervalli di monotonia, ricerca dei massimi e minimi relativi, intervalli di concavità e convessità,
ricerca dei punti di flesso. Esercizi sullo studio del grafico di una funzione.
Esercizi sullo studio del grafico di una funzione.
Esercizi sullo studio del grafico di una funzione. Teorema di Cauchy. Teorema di de l'Hôpital. Esempi e esercizi.
Il teorema di de l'Hôpital nel caso generale.
Esempi. Esercizi sullo studio del grafico di una funzione.
Esercizi sullo studio del grafico di una funzione.
Formula di Taylor con il resto di Peano.
Sviluppi di Taylor per funzioni elementari: ex, sin x, cos x, 1/(1-x), log(1+x),
1/(1-x2), 1/(1+x2),
arctan x, (1+x)α, (1-x2)-1/2, arcsin x.
Esempi e esercizi.
Esercizi sugli sviluppi di Taylor e applicazioni al calcolo dei limiti.
Criterio della derivata n-esima
per determinare punti
di massimo o di minimo relativo. Esempi: x3, x4.
Esercizi sugli sviluppi di Taylor e applicazioni al calcolo dei limiti.
Formula di Taylor con il resto di Lagrange, applicazioni.
Esercizi sugli sviluppi di Taylor e applicazioni al calcolo dei limiti.
Definizioni e notazioni: partizione di un intervallo; somma (integrale) inferiore e somma (integrale) superiore di una funzione limitata
rispetto a una partizione. Definizione di integrale definito. Interpretazione geometrica.
Caratterizzazione delle funzioni integrabili. Esercizi sullo sviluppo di Taylor e il calcolo dei limiti.
Linearità dell'integrale. Additività dell'integrale rispetto
all'intervallo di integrazione. Esercizi sullo sviluppo di Taylor e il calcolo dei limiti.
Proprietà di monotonia dell'integrale. Integrabilità del valore assoluto. Integrabilità
delle funzioni continue.
Teorema della media integrale.
Funzione integrale. Teorema fondamentale del calcolo integrale. Primitive. Caratterizzazione delle primitive di una funzione
continua in un intervallo.
Formula fondamentale del calcolo integrale. Integrale indefinito.
Integrali immediati. Esercizi.
Integrali del tipo:
∫cos(αx) sin(βx) dx,
∫cos(αx) cos(βx) dx, ∫sin(αx) sin(βx) dx. Integrazione delle
funzioni razionali. Esercizi sul calcolo di integrali.
Integrazione per parti. Primitive di log x, arctan x, arcsin x.
Integrazione per sostituzione.
Integrazione delle funzioni irrazionali: √(a2-x2).
Esercizi sul calcolo di integrali.
Integrazione delle funzioni irrazionali:
√(x2+a2),
√(x2-a2).
Integrazione delle funzioni razionali di sin x, cos x. Esercizi di ricapitolazione sul calcolo di integrali.
Calcolo dell'area di un'ellisse.
Integrali impropri. Criteri di integrabilità al finito per
funzioni positive:
confronto; confronto asintotico. Esempi.
Integrali impropri. Integrabilità in un intorno dell'origine delle funzioni
1/(x|log x|β) se β>1. Esercizi.
Integrali impropri. Integrabilità su intervalli illimitati per
funzioni positive: criterio del confronto e confronto asintotico.
Integrabilità all'infinito
delle funzioni
1/(x|log x|β) se β>1. Esempi e esercizi.
Assoluta
integrabilità su intervalli limitati o illimitati.
Integrabilità all'infinito di funzioni del tipo f(x)cos(x) oppure f(x)sin(x) con
f ≥ 0 e f ↓ 0. Esercizi di ricapitolazione sugli integrali impropri.
Numeri complessi: definizione; forma cartesiana; rappresentazione geometrica.
Coniugato, modulo e argomento di un numero complesso. Disuguaglianza triangolare.
Forma esponenziale e trigonometrica. Esponenziale complesso.
Radici n-esime di un numero complesso. Esercizi.
Equazioni nel campo complesso. Esercizi di ricapitolazione.
Equazioni differenziali lineari del primo ordine: soluzioni dell'equazione omogenea e non omogenea.
Problema di Cauchy. Equazioni differenziali a variabili separabili.
Esempio di problema di Cauchy che ammette due soluzioni distinte:
y'=2√y, y(0)=0.
Equazioni differenziali del secondo ordine del tipo
y''+a1(x) y'=f(x). Esercizi.
Equazioni differenziali lineari del secondo ordine a coefficienti costanti:
soluzioni dell'equazione omogenea e non omogenea di tipo particolare.
Equazioni differenziali lineari del secondo ordine a coefficienti costanti:
soluzioni dell'equazione omogenea e non omogenea di tipo particolare.
Il moto armonico. Teorema di unicità per le equazioni differenziali del secondo ordine a coefficienti costant>
Classificazione delle soluzioni per l'equazione omogenea. Esercizi di ricapitolazione.
Esercizi di ricapitolazione
Esercizi di ricapitolazione.
Esercizi di ricapitolazione.
Esercizi di ricapitolazione.
Esercizi di ricapitolazione.
Esercizi di ricapitolazione.
Esercizi di ricapitolazione.