Diario del corso di Analisi
Matematica II Anno Accademico 2019/20 --
Laurea Triennale in Ingegneria Medica, Ingegneria Civile e Ambientale Prof. Carlo Sinestrari
Lezione del 23/9/2019:
Lezione del 24/9/2019:
Lezione del 26/9/2018:
Lezione del 27/09/2019: Lezione del 30/09/2019:
Lezione dell'1/10/2019:
Lezione del 3/10/2019:
Lezione del 4/10/2019:
Lezione del 7/10/2019:
Lezione dell'8/10/2019:
Lezione del 10/10/2019:
Lezione del 11/10/2019:
Lezione del 14/10/2019:
Lezione del 15/10/2019:
Lezione del 17/10/2019:
Lezione del 18/10/2019:
Lezione del 21/10/2019:
Lezione del 22/10/2019:
Lezione del 24/10/2019:
Lezione del 25/10/2019:
Lezione del 28/10/2019:
Lezione del 29/10/2019:
Lezione del 31/10/2019:
Lezione del 5/11/2019:
Lezione del 7/11/2019:
Lezione dell'8/11/2019:
Lezione dell'11/11/2019:
Lezione del 12/11/2019:
Lezione del 14/11/2019:
Lezione del 15/11/2019:
Lezione del 18/11/2019:
Lezione del 19/11/2019:
Lezione del 21/11/2019:
Lezione del 22/11/2019:
Lezione del 25/11/2019:
Lezione del 26/11/2019:
Lezione del 28/11/2019:
Lezione del 29/11/2019:
Lezione del 2/12/2019:
Lezione del 3/12/2019:
Lezione del 5/12/2019:
Lezione del 6/12/2019:
Lezione del 9/12/2019:
Lezione del 10/12/2019: Lezione del 12/12/2019:
Lezione del 16/12/2019:
Lezione del 17/12/2019 (mattina):
Lezione del 17/12/2019 (pomeriggio):
Lezione del 19/12/2019:
Lezione del 20/12/2019:
Lezione del 7/1/2020 :
Lezione del 9/1/2020:
Trasformata di Laplace, definizione ed esempi. Antitrasformata di Laplace
(senza dim.). Trasformata di Laplace di una derivata (con dim.). Altre
proprietà elementari della trasformata. Calcolo dell'antitrasformata
di una funzione razionale mediante decomposizione in fratti semplici.
Lezione del 10/1/2020:
Equazioni differenziali ordinarie: il teorema di Cauchy
di esistenza e unicità (ripreso dalla lezione del 16/12),
dimostrazione dell'unicità.
Proprietà dell'intervallo massimale di esistenza (senza dim.).
Esistenza globale per equazioni con secondo membro a crescita lineare
(senza dim). Estensione
al caso di equazioni e sistemi differenziali di ordine generale.
Equazioni differenziali lineari: caratterizzazione dell'insieme
delle soluzioni come spazio vettoriale (con dim.).
Lezione del 13/1/2020:
Integrale generale di un'equazione differenziale lineare
omogenea e non omogenea. Metodi espliciti per la risoluzione
di un'equazione differenziale lineare a coefficienti costanti
(richiami, si suppone noto da Analisi I). Risoluzione di
un'equazione differenziale lineare a coefficienti costanti
mediante la trasformata di Laplace: esempi ed esercizi.
Lezione del 14/1/2020 (mattina):
Esercizi sulla risoluzione di equazioni differenziali mediante
la trasformata di Laplace. Esercizi su integrali complessi.
Esempio di calcolo di un integrale improprio reale mediante
gli integrali complessi e il teorema dei residui.
Lezione del 14/1/2020 (pomeriggio):
Trasformata di Fourier, definizione ed esempi. Trasformata
di Fourier di una derivata. Trasformata di Fourier della
funzione gaussiana. Prodotto di convoluzione e sua trasformata
di Fourier. Applicazione della trasformata di Fourier
alla soluzione del problema di Cauchy per l'equazione
del calore.
Lezione del 16/1/2020:
Equazioni differenziali alle derivate parziali, tre importanti esempi:
equazione di Laplace (e di Poisson), equazione del calore, equazione
delle onde. Equazione di Laplace in un insieme limitato con condizioni
al bordo: teorema di unicità come corollario del teorema
della divergenza (con dim.). Equazione del calore: buona positura solo per
tempi positivi, velocità infinita di propagazione.
Risoluzione dell'equazione del calore su un intervallo limitato
mediante le serie di Fourier. Generalizzazione a insiemi limitati
in più dimensioni, sviluppo in serie di autofunzioni
del laplaciano (cenni). Equazione delle onde: risoluzione mediante
serie di Fourier (cenni).
Prodotto scalare, norma e distanza in Rn,
definizioni e proprietà (senza dim.).
Nozioni di base di topologia in Rn: intorni sferici,
parte interna e frontiera di un insieme.
Insiemi aperti e chiusi, esempi. Punti di accumulazione e punti isolati.
Limiti di successioni in Rn.
Teorema di Bolzano-Weierstrass in Rn (con dimostrazione).
Successioni in insiemi chiusi e limitati.
Limiti e continuità per funzioni di più variabili,
definizione ed esempi. Continuità delle funzioni elementari
nel loro dominio. L'esistenza di un unico limite lungo le rette
è condizione necessaria ma non sufficiente per l'esistenza
del limite in due variabili.
Teorema di Weierstrass per funzioni di più variabili (con cenno
di dim.).
Teorema di Heine-Cantor (senza dim.). Insiemi connessi per archi
e teroema dell'esistenza degli zeri (con dim.).
Grafico e insiemi di livello per funzioni di più variabili, esempi.
Derivate parziali, definizione ed esempi.
Differenziabilità per funzioni a più variabili.
Implicazioni tra differenziabilità, derivabilità e
continuità.
Piano tangente. Il teorema del differenziale totale (con dimostrazione).
Derivate direzionali. Formula per le derivate direzionali
mediante il gradiente per funzioni differenziabili.
(con dimostrazione). Il gradiente come direzione di massima crescita
per la funzione.
Formula di derivazione per funzione composta in più variabili
(con dim.).
Derivate successive, teorema di Schwarz (con dim.).
Restrizione lungo una retta di una funzione a più variabili:
calcolo della derivata prima e seconda. Formula di Taylor del secondo
ordine con resto di Peano (con dim.).
Richiami di algebra lineare: matrici simmetriche,
autovalori, forme quadratiche.
Condizione necessaria e condizione sufficiente per un massimo o minimo
locale a seconda delle proprietà del gradiente
e dell'hessiano (con dim.). Il caso di due variabili: criteri in base
al determinante e alla traccia dell'hessiano. Esempi
Esercizi su massimi e minimi per funzioni di due variabili.
Criterio affinché una matrice sia definita positiva in dimensione
generale. Esercizi su massimi e minimi in tre variabili.
Tecniche per lo studio di punti critici con determinante hessiano nullo.
Esempi ed esercizi.
Esercizi su punti critici con determinante hessiano nullo.
Insiemi convessi e funzioni convesse, definizione e caratterizzazione
con le proprietà del gradiente e dell'hessiano.
Funzioni a valori vettoriali. Matrice jacobiana.
Funzioni implicite, teorema di Dini in due variabili (senza dim).
Curve cartesiane nel piano, punti regolari, retta tangente.
Massimi e minimi vincolati. Criterio dei moltiplicatori di Lagrange
in due variabili (con dim.). Metodo per la ricerca di massimi e minimi
assoluti su insiemi compatti definiti da vincoli di uguaglianza
o di disuguaglianza.
Esercizi su massimi e minimi liberi e vincolati.
Massimi/minimi vincolati in tre variabili, criterio dei
moltiplicatori di Lagrange nel caso di uno e di due vincoli
(senza dim.).
Massimi e minimi su insiemi limitati definiti da più vincoli
di disuguaglianza.
Esercizi su massimi e minimi vincolati.
Integrale di Riemann in due variabili per funzioni limitate
su un rettangolo e su un insieme limitato generale:
definizione e proprietà.
Formule di riduzione per integrali su un rettangolo.
Esempi. (NB i risultati sugli integrali sono senza dimostrazione se non
diversamente indicato).
Domini normali. Formule di riduzione per integrali su
domini normali. Giustificazione intuitiva delle formule di riduzione.
Esempi ed esercizi.
Esempio di funzione non integrabile. Misura di Peano-Jordan
di insiemi piani. Esempio di insieme non misurabile.
Esempi di insiemi misurabili. Integrabilità
di funzioni continue su insiemi misurabili.
Formula di cambiamento di variabili negli integrali doppi.
Interpretazione del determinante jacobiano come fattore di area nel cambio
di coordinate. Giustificazione intuitiva della formula di cambio di variabili
nell'integrale. Coordinate polari nel piano. Esempi. Baricentro di insiemi.
Esercizi su integrali doppi
Esercizi su intgrali doppi. Integrale di Riemann e misura di
Peano-Jordan in dimensione qualunque (cenni). Insiemi normali
in R3, formule di riduzione "per fili" e "per strati".
Esempi.
Coordinate sferiche e cilindriche in R3. Rappresentazione
di porzioni di sfere, cilindri e coni nei vari sistemi di coordinate.
Esercizi.
Esercizi su integrali tripli.
Integrali multipli impropri, cenni.
Proprietà di convergenza dell'integrale di una potenza in un intorno
dell'origine e nel suo complementare.
Calcolo dell'integrale improprio della funzione gaussiana sulla retta
mediante gli integrali doppi.
Semplificazioni nel calcolo di integrali in presenza di simmetrie della
funzione e del dominio di integrazione.
Curve parametriche in Rn, esempi. Teorema della curva di Jordan.
Curve regolari, retta tangente. Curve equivalenti, orientazione.
Curve regolari a tratti. Lunghezza di un arco di curva. Ascissa curvilinea.
Integrale curvilineo di funzione (o di prima specie). Esempi.
Esercizi su curve parametriche: retta tangente, lunghezza e integrali
di funzioni.
Campi vettoriali e forme differenziali. Integrale curvilineo
di campo vettoriale (o di seconda specie). Interpretazione
fisica degli integrali di campi vettoriali come lavoro di una forza.
Campi conservativi, potenziale. L'integrale di un campo conservativo
è pari alla differenza di potenziale (con dimostrazione) e corollari.
Campi vettoriali irrotazionali. Un campo conservativo
è irrotazionale (con dimostrazione). Esempio di un campo irrotazionale
ma non conservativo. Un campo irrotazionale definito su tutto il piano,
o su un rettangolo, è conservativo (con dim.).
Tecniche di calcolo del potenziale di un campo, esempi.
Formule di Gauss-Green nel piano (con dim.).
Teorema di Stokes (del rotore) e della divergenza nel piano (con dim.).
Esercizi su integrali di campi vettoriali e calcolo del potenziale.
Un campo irrotazionale possiede localmente un potenziale. Esempio:
un campo irrotazionale il cui potenziale è l'angolo delle
coordinate polari.
Insiemi semplicemente connessi nel piano e dello spazio.
Un campo irrotazionale in un insieme semplicemente
connesso è conservativo (senza dim.).
Applicazione del teorema di Stokes: integrali su una curva chiusa
di un campo irrotazionale con un solo punto singolare.
Esercizi su integrali di campi vettoriali e sul calcolo del potenziale.
Superfici parametriche in R3, esempi.
Richiami sul prodotto vettoriale.
Superfici regolari, piano tangente e versore normale.
Area di una superficie. Integrali di superficie di funzioni.
Orientazione di una superficie. Flusso di un campo vettoriale attraverso
una superficie. Formule di Gauss-Green e teorema della divergenza
in R3 (con dimostrazione). Esempi.
Rotore di campi in vettoriali in R3. Teorema di Stokes
in R3. Esempi ed esercizi.
Identità soddisfatte da gradiente, divergenza e rotore
di campi vettoriali. Esempio di campo vettoriale solenoidale
che non possiede potenziale vettore. Esercizi sul terorema
della divergenza.
Serie numeriche, definizione di convergenza. Serie geometrica.
Criterio integrale di convergenza. Serie armonica.
Serie a termini positivi.
(NB i teoremi su serie numeriche sono stati
svolti con dimostrazione salvo diversamente indicato).
Serie a termini positivi. Il criterio del confronto.
e il criterio del confronto asintotico. Esercizi.
Serie con termini a segno qualunque. Condizione necessaria di convergenza.
Criterio di convergenza assoluta. Criterio del rapporto e della radice.
Esempi ed esercizi.
Criterio di Leibniz. Esercizi.
Successioni di funzioni, convergenza puntuale e uniforme, esempi.
Il limite uniforme di funzioni continue è continuo
(con dim.)
Teorema di passaggio al limite sotto il segno di integrale
(con dim).
Teorema di passaggio al limite sotto il segno di derivata.
(con dim.)
Serie di funzioni: teoremi di passaggio al limite.
Criterio della convergenza totale per serie di funzioni. (con dim.)
Esercizi su convergenza uniforme di successioni di funzioni.
Serie di potenze. Proprietà di convergenza,
raggio di convergenza (con dim).
Convergenza totale di una serie di potenze
nei sottointervalli compatti dell'intervallo di convergenza.
(con dim.).
Infinita derivabilità di una serie di potenze.
Serie di Taylor. Proprietà di convergenza della
serie di Taylor dell'esponenziale, seno e coseno.
Convergenza della serie di McLaurin di logaritmo e arcotangente.
Il teorema di Abel (senza dim.). Esercizi su serie di potenze.
Applicazione dei risultati sulla convergenza uniforme:
dimostrazione del teorema di esistenza di Cauchy per equazioni
differenziali ordinarie (facoltativo).
Serie di Fourier: definizione e proprietà di convergenza
puntuale per funzioni regolari a tratti. Identità di Parseval.
Esempi.
Serie di Fourier come decomposizione rispetto a una base
ortonormale infinita in uno spazio di funzioni.
Sviluppo in serie di soli seni o soli coseni.
Esempi ed esercizi.
Richiami sui numeri complessi, forma algebrica e trigonometrica,
radici n-sime. Esponenziale, logaritmo e funzioni trigonometriche
nel campo complesso. Derivabilità in senso complesso, funzioni olomorfe.
Equazioni di Cauchy-Riemann (con dimostrazione).
Integrali di funzioni complesse, interpretazione come integrali
di seconda specie. Teorema fondamentale del calcolo per integrali
complessi. Il campo vettoriale associato a f(z)dz
con f olomorfa è irrotazionale.
Residuo di una funzione olomorfa in una singolarità isolata.
Teorema dei residui (con dimostrazione). Calcolo del residuo
in singolarità corrispondenti a zeri semplici del denominatore.
Infinita differenziabilità delle funzioni olomorfe.
Sviluppabilità in serie delle funzioni olomorfe. Serie di Laurent.
(tutto senza dim.) Poli di ordine finito.
Esercizi sul calcolo dei residui e sul teorema dei residui nel
caso di funzioni con poli di ordine uno.