ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 5 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin Limiti di funzioni Esercizio 1. (Polinomi) Sia f (x) un polinomio di grado n, cio`e f (x) = an xn + · · · + a1 x + a0 con ai ∈ R (i = 0, 1, . . . , n) assegnati e an 6= 0. Provare che, se an > 0,allora lim f (x) = x→±∞ +∞ se n pari , ±∞ se n dispari . Esercizio 2. (Funzione Fratte) 3+x ; x→+∞ 2x x2 + x − 2 ii. lim ; x→−∞ 21 − 10x − x3 x3 − 2x2 − x + 2 iii. lim ; x→−∞ x+5 3 2 3x − 2x + 1 ; iv. lim x→+∞ ex − 2x2 3x − log(x) ; v. lim x x→+∞ e − 2 log(x) i. lim x2 + 4x + 4 ; x→−∞ 3x2 − 8x + 11 x−1 lim 2 ; x→+∞ x + 2 5x3 + 6x2 − x + 2 lim ; x→−∞ 3x2 − 2x 3 2 x 5x + x − 3e lim ; x→−∞ 4x3 + 5 5 log(x2 ) − log(x) lim ; x→+∞ 3 log(x3 − 2) lim 3x2 − 2 ; x→+∞ 2x2 − x − 7 2x3 + x − 1 lim ; x→−∞ x4 − 2x2 3x4 − 2x2 + 1 lim ; x→+∞ x − 2x2 2x 6x + e lim ; x→+∞ x7 + ex 6x + e−x lim . x→+∞ log(x) lim Esercizio 3. (Funzioni elementari) 1 lim log + 4; x→+∞ x log(x) + 3 lim ; x→+∞ 1 − log(x2 ) 2x ; x→+∞ 1 +x x2 − 1 ii. lim arctan ; x→+∞ 3x − 5 √ x+1 x2 − 1 x−1 iii. lim xe − ex; lim ; x→+∞ 3x+4 x→+∞ x 3x+4 x+1 x+2 iv. lim ; lim ; x→+∞ x→+∞ x+2 x+1 i. lim ex + Esercizio 4. (Alcuni limiti al finito) 1 2x ; x→−∞ 1 +x log(x) lim arctan ; x→+∞ 1 + log(x) √ lim x2 − 1 − x. lim ex + x→+∞ lim x→+∞ √ x2 + 3x + 2 − |x| 2 FOGLIO 5, LIMITI x2 − 5x + 4 x2 − 6x + 9 3x4 + 9 ; lim ; lim ; x→4 x→0 x→0 x−4 x2 − 3x x2 1 1 1 2x2 − 3x + 1 1 ; lim+ + √ ; lim+ − √ ; ii. lim1 x→0 x x→0 x 2x − 1 x x x→ 2 √ √ 4 4+x− 4−x x−1 3x + 9 iii. lim √ ; lim ; lim ; 2 x→1 x→0 x x2 x − 1 − (x − 1) x→0 1 . iv. lim+ xex ; lim+ log(x) − x; lim x sin x→0 x→0 x→0 x sin(x) v. lim ; lim ex sin(x); lim ex log(x). x→0 1 + x2 x→0 x→1 i. lim Esercizio 5. (Limiti tramite limiti notevoli) tan(x) ; x→0 x sin(2x) ii. lim ; x→0 tan(x) x − sin(x) iii. lim ; x→0 x + sin(x) sin2 (x) ; iv. lim x→0 1 − cos(x) 3 sin(x) + 4x cos(x) v. lim ; x→0 2 sin(x) − 3x cos(x) log(1 + 2x) vi. lim ; x→0 log(1 + x) e2x − 1 vii. lim ; x→0 x 3x sin(2x) viii. lim ; x→0 1 − cos2 (x) ex − cos(x) ix. lim ; x→0 log(cos(x)) log(x) ix. lim ; x→0 log(sin(x)) i. lim 1 − cos(2x) ; x→0 x22 cos (x) − 1 lim ; x→0 sin(2x) + sin(x) x − x cos(x) + 3 sin(x) lim ; x→0 x + tan(x) sin(3x) lim ; x→0 sin(5x) sin(5x) ; lim √ x→0 x+1−1 log(1 + 2x) lim ; x→0 e3x − 1 ex+2 − 1 lim ; x→−2 x + 2 x −x e −e lim ; x→0 tan(x) 1 1 lim − ; x→0 sin(x) tan(x) 3x sin(2x) lim . x→0 1 − cos2 (x) lim Esercizio 6. Studiare la continuit`a delle seguenti funzioni (sul loro naturale insieme di definizione, qualora non specificato), eventualmente al variare dei parametri a, b. 4a − x2 se x ≤ 0 x−1 i. f (x) = 3ax2 + 2x + 2b se 0 < x < 1 3 x + bx + 2 se x ≥ 1 FOGLIO 5, LIMITI 3 2 6x + 2bx + a se x ≤ −1 2 5x − x − 1 se − 1 < x < 0 ii. f (x) = 5 4 x + 3x − 3b + a se x ≥ 0 7x + 1 4 x2 − 2x + iii. f (x) = |x − 2| x+5 x2 − 9 1 iv. f (x) = − |x − 3| x − 1 Esercizio 7. (Alcuni esercizi di passate prove scritte di esame) i. Sia g : R → R una funzione continua e periodica. Provare che g (ex ) = 0. lim x→+∞ x Ricordiamo che g si dice periodica se esiste un numero reale T > 0 tale√che g(x + T ) = g(x) per ogni x ∈ R. x − 2 ex sin x p ii. lim+ . x→0 log(1 + x2 ) − sin(4x) iii. lim (cos x)1/x . x→0 iv. Determinare per quali α ∈ R vale che 1 − cos2 x1 (1 + x2 )2 = 1. lim x→+∞ xα ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 6 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin Limiti di funzioni Esercizio 1. Svolgere i seguenti limiti: sin(x2 ) − log(1 + 3x) ; x→0 sin(x4 ) + log(1 + x4 ) 4 e−x − cos(2x4 ) lim ; x→0 tan(x2 ) + log(1 + 2x4 ) 2 sin(x4 ) + x4 lim 2x4 ; x→0 e − cos(x4 ) 4 tan(x4 ) + log(1 − x4 ) ; lim x→0 log(1 + 3x2 ) − x2 (1 + 3x)2 − ex lim 2 ; x→0 x + log(1 + 2x) x3 + log(1 + 5x4 ) lim+ ; x→0 x sin(3x) 1 − cos(2x) lim ; x→0 log(1 + x) − x3 2 e2x − 1 lim x ; x→0 e − 1 + x e x − 1 − x3 lim ; x→0 1 − cos(2x) √ 2 log(1 + 2x − 1) √ lim+ ; 4x2 − 1 x→ 12 √ log(1 + x − 1) √ lim ; x→1+ x2 − 1 √ log(1 + 2x + 1) √ lim + ; 1 − 4x2 x→− 12 √ log(1 + 4 x − 1) √ lim ; x→1+ x2 − 1 N lim ; x→0 D i. lim+ ii. iii. iv. v. vi. vii. viii. ix. x. xi. xii. xiii. xiv. 1 ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 7 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin, A. Pinamonti Derivate e massimo e minimo di funzioni Esercizio 1. Trovare la funzione derivata delle seguenti funzioni, nel loro insieme di definizione: i. exp(sin(x)); √ x−1 ; ii. ln(x) x iii. arctan ; 1 − x2 iv. exp(−7x)(x3 + 3x + 1); v. x ln(x); vi. (5x2 + 6)3 (x3 − 3)4 ; sin(x) ; vii. 1 − sin(x) 1 viii. ; sin(x) + cos(x) x2 ix. √ ; 1 − x2 1 2 x. cos3 (sin(log(e3x + 2x))); ; x+2 √ √ 1 √ − x; xi. 3 x2 − 3; x2 log(x); x √ √ 2 x2 + 1 5 x+ 3x− + 3 xii. x(log(x) − 1); ; 2 x −1 x x √ log(x) − x xiii. √ ; sin(5x) + 3 cos(3x); x log(x) xiv. (x + tan(x))(ex − x2 ); xv. √ 2x3 − x; (x3 + 1)6 ; x−2 x er − 5; x+1 ; x−1 xvi. log(tan( x2 )); √ x2 − 1 xvii. ; esin(x) − log(sin(x)); x2 p sin(x) xviii. log ; 1 + sin2 (x); 1 + 2 cos(x) 1 2 FOGLIO 7, DERIVATE E MASSIMO E MINIMO xix. log ((cos(x) + 2)3 ); log (tan2 (x)); p 2 xx. esin(x +1) ; sin(4ex + 1); ex ; xxi. arctan (log(1 + x2 )); f (x) = 2 x −1 2 x +3 e2x + 3 xxii. arctan ; ; x−1 ex − 1 p √ xxiii. cos 1 + e3x ; log 1 + cos2 (x) ; 2 e2x + 3 ; ex − 1 xxiv. sin(3x + 2x + 1) + x log(cos(x)); arctan √ x 3 3 xxv. x − 12x; log ; x2 − 9 √ sin(e2 x) + cos2 (x2 − 3x) log(sin(3x + 4)) − 5 x3 − 1 xxvi. , tan(x) ex sin(x) Esercizio 2. Scrivere l’equazione della retta tangente al grafico di y = f (x) nel punto (x0 , f (x0 )): i. f (x) = 3x2 + 2x + 1, x0 = 2; ii. f (x) = exp(x2 ), x0 = ln(2); iii. f (x) = exp(|x|), x0 = −1; 2x iv. f (x) = 1 , x0 = 3. 2 (x − 1) 3 Esercizio 3. Siano f, g : (a, b) → R funzioni derivabili e suppponiamo che f (x) > 0 per pgni x ∈ (a, b). i. Sia h(x) := log(f (x)) per x ∈ (a, b), provare che h `e derivabile in (a, b) e calcolare la funzione derivata h0 ; ii. Sia h(x) := f (x)g(x) per x ∈ (a, b), provare che h `e derivabile in (a, b) e calcolare la funzione derivata h0 . Esercizio 4. Dire se le seguenti funzioni sono continue in x = 0 e se sono ivi derivabili: i. exp(−|x|); ii. x|x|; iii. |x sin(x)|; iv. sia f : (a, b) → R una funzione derivabile e sia g : (a, b) → R definita da g(x) := |f (x)|. Provare g `e derivabile in ogni che 0 f (x) se f (x) > 0 punto in cui f (x) 6= 0 e g 0 (x) := . 0 −f (x) se f (x) < 0 Esercizio 5. i. Sia f : R → R la funzione definita da f (x) := x + exp(x). Provare che f `e bigettiva. Detta g : R → R la funzione inversa calcolare g 0 (1). ii. Sia f : (0, +∞) → R la funzione definita da f (x) := 3x+ln(x). Provare che f `e bigettiva. Detta g : R → (0, +∞) la funzione inversa calcolare g 0 (3). FOGLIO 7, DERIVATE E MASSIMO E MINIMO 3 Esercizio 6. (Alcuni esercizi di passate prove scritte di esame): i. Determinare i valori dei parametri reali a e b affinch´e la funzione: a exp(x) + 1 x ≥ 0 f (x) := sin(x) − bx x < 0 sia definita in un intorno di x0 = 0 e sia continua e derivabile in x0 . a a = 1, b = −1 b a = −1, b = 0 c a = −1, b = 2 d a = 1, b = 0. ii. Determinare i valori dei parametri reali a e b affinch´e la funzione: 2 x + 2x + 3 x ≥ 0 f (x) := ln(a + bx) x < 0 sia definita in un intorno di x0 = 0 e sia continua e derivabile in x0 . a a = exp(3), b = 3 exp(3) b a = exp(2), b = 2 exp(2) c a = exp(3), b = 2 exp(3) d a = exp(2), b = 3 exp(2). iii. I punti di minimo e massimo (assoluto) della funzione f : [−1, 1] → R exp(−x) −1 ≤ x ≤ 0 f (x) := exp(2x) 0≤x≤1 sono a min in x = 0, max in x = 1 b min in x = 0, max in x = −1 c min in x = −1, max in x = 0 d min in x = 1, max in x = 1/2. Problemi di massimo e minimo Esercizio 7. Determinare, se esistono, massimo e minimo delle seguenti funzioni su [−2, 2]: i. f (x) = |x| + 1; ii. f (x) = x3 + x2 − x + 1; x+3 iii. f (x) = 2 ; x + 10 iv. f (x) = x3 exp(x) Esercizio 8. i. Trovare il max e min di f (x) = {1 < x < 4}; ii. Trovare il max e min di f (x) = x2 + 3 su A = x−1 x2 + 1 su A = {−1 ≤ x ≤ 1}; x−2 1 − sin(x) su A = {0 ≤ x ≤ 32 π}; 1 + cos(x) √ iv. Trovare il max e min di f (x) = x 1 − x2 su A = {−1 ≤ x ≤ 1}; x(4x − 3) v. Trovare il max e min di f (x) = log 1+x su A = {1 ≤ x ≤ 2}; iii. f (x) = 4 FOGLIO 7, DERIVATE E MASSIMO E MINIMO vi. Trovare il max e min di f (x) = su A = {−3 ≤ x ≤ −2}. √ x2 − 4 vii. Trovare il max e min di f (x) = arctan e2x + 3 3x − 1 su A = {0 < x ≤ 3}. viii. Trovare il max e min di f (x) := exp (sin(x) exp(−x)) su A := {x ∈ R : cos(x) = 0 oppure − 1 ≤ x ≤ 1}; x2 su ix. Trovare il max e min di f (x) := arctan √ x4 + 2x2 − 3 x2 − 4x + 1 A := x ∈ R : x ≥ 1 e ≥0 ; −x2 + 12x − 3 x. Trovare il max e min di f (x) := x3 cos(x3 ) − sin(x3 ) su A := {x ∈ R : π ≤ x3 ≤ 2π}; xi. Trovare iln max e min di f (x) := exp (2 sin(x))−2 exp (sin(x))+2 π πo su A := x ∈ R : sin(x) = 0 ∨ ≤x< ; 3 6 3 log (x) + 1 xii. Trovare il max di f (x) := exp su A := (0, 1); 2 log (x) + 4 sin(x) + 1 π 3π , ; xiii. Trovare il max di f (x) := exp su A := 2 4 4 4 − sin (x) cos2 (x) − 17 xiv. Trovare il max e min di f (x) := arctan su A := 4 + cos(x) π 3 , π . 2 2 Esercizio 9. i. Tra tutti i rettangoli aventi lo stesso perimetro 2p, determinare quello di area massima. ii. Tra tutti i triangoli rettangoli aventi costante la somma dei cateti, determinare quello di area massima. iii. Tra tutti i triangoli rettangoli aventi costante la somma dei cateti, determinare quello di ipotenusa minima. iv. Tra tutti i triangoli rettangoli aventi costante la somma dell’ipotenusa e di un cateto, determinare quello di area massima. v. Determinare il punto P della parabola di equazione y = x2 + 3 che ha dalla retta y = x la minima distanza. vi. Determinare i rettangoli di massimo e minimo perimetro tra quelli inscritti nella parte di piano limitata dalla parabola y = −x2 + 6x e dall’asse x. vii. Determinare l’area massima di un triangolo isoscele avente come somma delle lunghezze dei due lati uguali il valore L = 20m. viii. Determinare il rettangolo di perimetro massimo tra quelli inscritti in un cerchio di raggio r. ix. Determinare il rettangolo di area massima tra quelli inscritti in un cerchio di raggio r. FOGLIO 7, DERIVATE E MASSIMO E MINIMO 5 x. Determinare il cilindro di volume massimo e quello di superficie totale massima tra quelli contenuti in una sfera di raggio r. xi. Tra tutti i ciliindri di volume πa3 , determinare quello di superficie totale minima. ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 4 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin Limiti di Successioni di Numeri Reali Esercizio 1. Provare che 1 1 i. lim a n = lim a− n = 1, per ogni a ∈ (0, +∞); n→+∞ n→+∞ ii. lim abn = ab , per ogni successione convergente {bn }n ⊂ R n→+∞ con lim bn = b, per ogni a ∈ (0, +∞); n→+∞ 1 1 iii. lim loga 1 − = lim loga 1 + = 0, per ogni a ∈ n→+∞ n→+∞ n n (0, +∞) \ {1}; −∞ se b = 0 e a > 1, oppure b = +∞ e 0 < a < 1 loga b se 0 < b < +∞ , iv. lim loga bn = n→+∞ +∞ se b = 0 e 0 < a < 1, oppure b = +∞ e a > 1 per ogni successione (convergente o divergente) {bn } ⊂ (0, +∞) con lim bn = b; n→+∞ v. lim anbn = ab , per ogni successione convergente {an }n ⊂ (0, +∞) n→+∞ con lim an = a con a > 0, per ogni successione convergente n→+∞ {bn }n ⊂ R con lim bn = b. n→+∞ Esercizio 2. Calcolare, se esitono, i seguenti limiti di successione. In caso opportuno utilizzare il criterio del rapporto o criteri asintotici. i. lim (−1)n ; n→+∞ (−1)n ; n→+∞ n n iii. lim (−1) 3n2 + 5n − 18; ii. lim n→+∞ 2 + (−1)n ; n n→+∞ h 3 i √ v. lim ( n4 + 1 − n2 ) nα , al variare di α ∈ (0, +∞); iv. lim n→+∞ vi. lim [log(n + 1) − log n]; n→+∞ vii. lim log(n4 + 1) − n1/4 ; n→+∞ n k viii. lim 1 + ; n→+∞ n −n 1 ix. lim 1 − ; n→+∞ n 1 2 FOGLIO 4, SUCCESSIONI x. xi. xii. xiii. xiv. xv. xvi. xvii. xviii. xix. xx. xxi. xxii. xxiii. n2 1 lim 1 + 3 ; n→+∞ n n! lim n ; n→+∞ n 2n ; lim n→+∞ n! nn lim ; n→+∞ (2n)! (n!)2 lim (−1)n n2 ; n→+∞ 2 n! lim ; n→+∞ n2 2n (2n − 1)! lim ; n→+∞ n2n (n + 3)n ; lim n→+∞ (n2 − 1)! 3n!(n + 7)! lim ; n→+∞ 4n2n n!e−n lim ; n→+∞ nn 1/3, lim xn con xn := n−1 n→+∞ , (3n + 1 n + 3n , lim xn con xn := n→+∞ 3n2 + n, 2−n , lim xn con xn := 1 n→+∞ , 2n + 1 lim (n − sin n); n→+∞ n5 + 2n + 1 ; n→+∞ 2n − n + 1 n3 + 3 2n − 3 lim − ; 3 2 n→+∞ 2n + n − 4 6n 200 + n5 + n! lim ; n→+∞ nnn − n e − 10n lim 2009 ; n→+∞ n + n2 + 2 3n − log(n) lim x ; n→+∞ e − 2 log(n) 5 log(n2 ) − log(n) lim ; n→+∞ 3 log(n3 − 2) 6n + e−n lim . n→+∞ log(n) xxiv. lim xxv. xxvi. xxvii. xxviii. xxix. xxx. se n dispari se n pari ; se n ≤ 10 ; se n > 10 se n pari se n dispari ; FOGLIO 4, SUCCESSIONI 3 Esercizio 3. Provare che i. limn→+∞ sin(an ) = sin a per ogni successione convergente (an )n ⊂ R con limn→+∞ an = a; ii. limn→+∞ cos(an ) = cos a per ogni successione convergente (an )n ⊂ R con limn→+∞ an = a; iii. limn→+∞ tan(an ) = tan a per ogni successione convergente (an )n ⊂ (−π/2, π/2) con limn→+∞ an = a con a ∈ (−π/2, π/2). 4 FOGLIO 4, SUCCESSIONI Alcuni Svolgimenti Esercizio 1 i. 1 1 Mostrare che lim a n = lim a− n = 1, per a > 0 e a 6= 1. n→+∞ n→+∞ Soluzione. Sia a > 1; poich´e vale n 1 1 a = 1 + (a n − 1) ≤ 1 + (a n − 1)n, 1 a−1 1 abbiamo che a n −1 ≤ e dunque, mandando n → +∞, otteniamo n la tesi per il teorema del confronto. Sia 0 < a < 1; per il caso precedente abbiamo che n1 1 = 1. lim n→+∞ a Ne segue che 1 1 1 lim a n = lim 1 = n→+∞ n→+∞ 1 n 1 a Esercizio 1 ii. Mostrare che lim abn = ab se lim bn = b, a > 0. n→+∞ n→+∞ bn Soluzione. Passo I: Poich´e lim abn = ab n→+∞ a = abn −b abbiamo ab ⇐⇒ lim abn −b = 1. Passo II: Proviamo che limn→+∞ a provare che ∀ε > 0 vale n→+∞ bn 1 − ε < abn < 1 + ε = 1 se limn→+∞ bn = 0. Dobbiamo definitivamente. Per l’esercizio 2i esiste N = N (ε) ∈ N tale che 1 − ε < a−1/N < a1/N < 1 + ε; d’altra parte poich´e −1/N < bn < 1/N definitivamente si ha che 1 − ε < a−1/N < abn < a1/N < 1 + ε definitivamente. Esercizio 2 i. Calcolare il limite della successione {xn }n := {(−1)n }n . Soluzione: il limite richiesto non esiste perch´e {xn }n `e l’unione di due successioni che hanno limite diverso {xn }n = {−1}n ∪ {1}n e ovviamente limn −1 = −1, limn 1 = 1. 1la disuguaglianza vale perch´e (1 + b)n ≥ 1 + nb FOGLIO 4, SUCCESSIONI Esercizio 2 ii. 5 (−1)n Calcolare il limite della successione {xn }n := . n n Soluzione: osserviamo che per ogni n ∈ N vale −1 (−1)n 1 ≤ ≤ , n n n applicando quindi il teorema dei carabinieri abbiamo limn xn = 0. Esercizio 2 xiv. Calcolare il limite della successione {xn }n := 2n n! . n Soluzione: applichiamo il criterio del rapporto abbiamo |xn+1 | 2n+1 n! 2 lim = lim = lim = 0 < 1, n n (n + 1)! 2n n n+1 |xn | ne segue che limn xn = 0. Esercizio 3 Soluzione: Ricordiamo le disuguaglianze trigonometriche elementari (1) | sin x| ≤ |x| ∀x ∈ R , (2) 0 ≤ 1 − cos x ≤ | sin x| ∀x ∈ (−π, 2, π/2) , (3) | sin(x0 +h)−sin(x0 )| ≤ | sin(x0 )||(1−cos h)|+| cos x0 || sinh | ∀x0 , h ∈ R (vedi, per esempio, [BPS, dimostrazione Teorema 3.22]). Dalla (1) , applicando il teorema del confronto, segue la tesi del punto (i) con a = 0. Utilizzando ora il punto (i), appena approvato nel caso a = 0, e la disuguaglianza (2), applicando il teorema del confronto, segue la tesi del punto (ii) con a = 0. La prova del punto (i) nel caso a 6= 0 segue dalla (3), dai punti (i) e (ii) con a = 0 e dal teroma del confronto. La prova della (ii) nel caso a 6= 0 segue da una disuguaglianza analoga alla (3) per la funzione cos x. ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 8 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin, A. Pinamonti ` Limiti e Derivabilita Esercizio 1. Svolgere i seguenti limiti, applicando il metodo che si ritiene pi` u opportuno: sin(x2 ) − log(1 + 3x) ; x→0 sin(x4 ) + log(1 + x4 ) 4 e−x − cos(2x4 ) ; lim x→0 tan(x2 ) + log(1 + 2x4 ) 2 sin(x4 ) + x4 lim 2x4 ; x→0 e − cos(x4 ) 4 tan(x4 ) + log(1 − x4 ) ; lim x→0 log(1 + 3x2 ) − x2 (1 + 3x)2 − ex lim 2 ; x→0 x + log(1 + 2x) x3 + log(1 + 5x4 ) lim+ ; x→0 x sin(3x) 1 − cos(2x) lim ; x→0 log(1 + x) − x3 2 e2x − 1 ; lim x→0 ex − 1 + x e x − 1 − x3 lim ; x→0 1 − cos(2x) √ 2 log(1 + 2x − 1) √ lim+ ; 4x2 − 1 x→ 12 √ log(1 + x − 1) √ lim ; x→1+ x2 − 1 √ log(1 + 2x + 1) √ lim + ; 1 − 4x2 x→− 12 √ log(1 + 4 x − 1) √ lim ; x→1+ x2 − 1 i. lim+ ii. iii. iv. v. vi. vii. viii. ix. x. xi. xii. xiii. 1 ` FOGLIO 8, LIMITI E DERIVABILITA 2 Esercizio 2. (Limiti con De L’Hˆopital) Calcolare i seguenti limiti utilizzando il teorema di De L’Hˆopital: log(e3x + 2x − 1) x→+∞ x i lim sin x − x iii lim x→0 x2 1 1 − v lim x→0 x sin x 1 x vii lim+ (2 + sin x) x x→0 2 ex + 2x2 − 1 ix lim x→0 cos( π cos(x)) 2 ii limπ x→ 2 cos2 (x) log(sin(x)) 2 ex − cos x iv lim x→0 x sin x + x2 π vi lim x − arctan x . x→+∞ 2 viii lim (sin x)x x→0 1 x lim x log x→0 x2 Esercizio 3. (continuit`a e derivabilit`a) Studiare continuit`a e derivabilit`a delle seguenti funzioni, eventualmente al variare dei parametri a, b, i. f : (−1, 1) → R quando: 2 ( −2 x sin(x ) x 6= 0 −x e x 6= 0 f (x) := ; f (x) := ; f (x) := 1 − cos(x) 0 x=0 0 x=0 x2 e −1 x 6= 0 . x log(1 + x) 0 x=0 sin(3x + a) x 6= 0 ii. f : R → R quando: f (x) := ; f (x) := bx 1 x=0 ( ax2 + b x > 0, xex x ≤ 0. sin(2x) ( x<0 3x x + a cos(x) iii. f : R → R quando: f (x) := b x = 0 ; f (x) := 2x2 − b log(x + 1) x e − 1 x>0 ax iv. f : D → R, dove D `e il naturale insieme di definizione di f , da determinare, quando:r f (x) := |x2 − 1|; f (x) := 2 x3 − x 2 − x f (x) := ; f (x) := x|x|−4; f (x) := x2 − 4x + 4 ; 2−1 x p x2 − |x|. Studio di funzione Esercizio 4. Studiare il grafico delle seguenti funzioni, specificando dominio, intersezione con gli assi, simmetria rispetto gli assi, segno della x<0 ; x≥0 FOGLIO 8, LIMITI E DERIVABILIT` a 3 funzione, limiti al bordo del dominio, punti di discontinuit`a, asintoti, derivata prima, massimi e minimi relativi e globali, punti di non derivabilit`a, derivata seconda e convessit`a: Polinomiali e fratte 1 + 3x4 2x2 + 4x − 11 x2 − x + 1 2x3 + x − 1 ; ; ; ; x2 x2 + 2x − 8 x3 − 2x2 + x x−2 x−1 2x3 − 3x2 + 1 3x2 − 12 3x − x2 ii . ; ; ; ; x2 − 2x + 2 2x2 x−4 x−7 x2 + 2x + 4 x − 1 2x3 − 2x2 − 2x + 2 3x2 + 2x + 1 ; ; ; . iii . x2 − 4 x−3 x2 + 2 x2 − 9 Radici s s 3 p x +1 x4 − x2 + 1 1 3 2 2 i. (x − 5x + 6) ; ; ; √ 3 2 4x − 5 x −x x +4 r √ √ x x+1 . ii . x2 + x; ; (x − 1) 4 − x; √ 3 2 2 4−x x −4 i. Esponenziali x+1 ex−1 ex 3 ; ; e−x +1 ; xe x−1 ; x3 e−x ; x + 1 2x − 1 x 2 2 ii . e x2 +1 ; xe−x ; e−x +2x ; e−x (x + 2); (x − 2)(ex − 1). i. Logaritmi log(x) + 2 ; i. x 1 1 + 2x x log (x); log ; x + log ; x2 + 1 x 2 x x +x+1 2 ii . x − log(1 + x); log(x − x + 1); log log . x2 − 4 x2 − x + 1 2 Trigonometriche e altro √ cos(x) 1 + ex i. 4 cos(x) + 2 cos(2x) − 1; ; sin(x) − 1 x e +1 ii . arctan x ; log(cos(x) + 3 sin(x)); 2 arctan(x) − x; e −1 Esercizio 5. (Alcuni esercizi di passate prove scritte di esame): 2 1−x i. La retta tangente al grafico della funzione f (x) := 1+2x 2 nel punto (2, f (2)) ´e: a 49y = 12x − 59; b 25y = −12x − 11; c 27y = −4x − 1; d 3y = 4x − 17. ii. L’insieme dei β per i quali l’equazione x2 = βx4 − x ha una soluzione in (0, 1) ´e: a β > 1; b β > 2; c β > 0; d β > 3. 4 ` FOGLIO 8, LIMITI E DERIVABILITA iii. L’equazione della retta perpendicolare al grafico di f (x) := cos(x2 − 2x) nel punto x = 1 ´e: a y = −1; b y = x; c x = 1; d y = 1. 2 +2x−1 ¨ iv. L’asintoto obliquo di g(x) := x 3x−2 per x → +∞ ´E: . a 13 x − 19 ; b 32 x + 94 ; c 13 x + 92 ; d 32 x − 15 4 v. Sia g : R → R una funzione derivabile tale che g(0) = 1, g 0 (x) > 0 per ogni x ∈ R. Allora a g(x) < 1 per x < 0; b g(x) > 1 per x < 0; c esiste x0 ∈ R tale che g 0 (x0 ) = 0; d esiste x0 ∈ R tale che g(x0 ) = 0. ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 9 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin, A. Pinamonti Integrali Esercizio 1. Calcolate i seguenti integrali immediati Z 2 Z π/3 3x dx; tan(x)dx; log2 (x2 + 1) 2 i. x +1 π/6 0 Z 2 Z 1 2 ex x p ii. cos(x3 ) + x sin(x2 )dx; dx; 2 1 − exp(2x) 1 0 Z π/3 Z 2 arctan(x) iii. exp(sin(x)) cos(x)dx; dx; 1 + x2 0 1 Z π/6 Z π/2 p 4 cos(x) 1 − 2 sin(x)dx; sin (x) cos(x)dx; iv. Z π0 Zπ/6 2 1 dx; cos3 (x)dx; v. x(log(x) + 1) Z1 2 Z 20 7 1 √ vi. dx; dx. 2 x+3 0 x + 2x + 5 1 Esercizio 2. Calcolare le primitive delle seguenti funzioni utilizzando la formula di integrazione per parti Z Z Z Z x 2 i. e sin(x)dx; x arctan(x)dx; x sin(x)dx; x log(x)dx;; Z Z Z Z ii. sin2 (x)dx; log(x)dx; x3 exp(x)dx; log(x)dx; Z Z Z Z √ 2 iii. x log(x)dx; 4x exp(2x)dx; x exp(−x)dx; ex sin2 (x)dx; Z Z Z 2 2 iv. sin(log(x))dx; x log(1 + x )dx; sin4 (x)dx. Esercizio 3. Calcolare i seguenti integrali utilizzando la formula di integrazione per sostituzione Z π/4 Z π/3 1 i. dx; sin(2x) log(sin(x))dx; sin(2x) + cos2 (x) 0 π/6 √ Z 4 Z 1 exp(2 + x) x √ ii. dx; dx; 3 x 1 0 (x + 1) √ Z log( 3) Z 1/2 exp(x) 1 √ dx. iii. dx; 1 + exp(2x) 1+ x 0 0 1 2 FOGLIO 9, INTEGRALI Z iv. 4 (exp(3x) + 1) Z1 π/3 v. vi. vii. viii. ix. x. xi. xii. xiii. xiv. xv. xvi. xvii. −2 Z dx; 1 4 x−1 √ dx; 4 x + 3 Z π/4 1 dx; cos(x) 0 1 dx; ; π/6 sin(x) cos(x) Z 0 Z 1 tan(x) arctan(2x)dx. dx; π/3 cos(x) + 2 −1 Z π Z 3 2 sin(2x) + cos(x)(3 + sin2 (x)) ex log(3 + ex )dx; dx; 3 2 sin (x) + sin (x) + sin(x) + 1 1 √ √ Z0 1 Z 0 x log( x2 + 1) cos( 1 − x) √ √ dx; dx; 2+1 1 − x x 0 −1 Z 2 Z 1 1 + 2ex 1 √ dx; x; 2x x 2 − 2e + 2 x + 4x + 5 0 e −2 Z π/3 Z 5 √ 2 tan(x) dx; 25 − x2 − 1 dx; cos(x) + sin(x) +1 √ Z0 −1 √ Z 0log(3) p 2 6 x+1−2 x+1 √ dx; ex 1 − (ex − 2)2 dx; 3 x+1+1 log(2) Z0 1 q Z π/2 √ 1 + xdx, sin(x) log(sin(x))dx; 0 π/4 Z 3 Z π/4 s cos(x) log(x) dx; dx; 1 − sin(x) x2 1 0 √ Z 8p Z π/4 1+ 3x dx, x sin2 (x)dx; x 0 Z1 π/4 Z 1 √ cos(x) 1 + ex dx. dx, 4 sin(x) + 3 cos(x) 0 Z0 π/2 4 sin(x) cos(x) dx. cos4 (x) − 4 cos3 (x) + 8 cos2 (x) − 16 cos(x) + 16 0 Z π/3 Z 2 3x 2 cos(x) 2e + 2e2x − 3ex dx; dx. e3x − 2ex − 4 π/6 (cos(x) − sin(x)) tan(x) 1 Esercizio 4. Calcolare i seguenti integrali di funzioni razionali fratte Z 4 4 Z 1 x + 2x3 + x2 + x + 1 2x + 1 i. dx; ; 2 2 x + 2x + 1 x − x − 2 2 0 Z 2 Z 2 x+1 2x − 3 ii. dx; dx; 2 2 1 x − Z1 7 x −32x −2 15 Z x5 − 2 −2x + x + 2x + 2 2x iii. dx; dx; 2 2 x + 3 x + 2x + 5 0 0 Z 0 Z 0 2 3x + 2 4x + 5x + 6 dx; dx. iv. 2 x + 2x − 3 x3 + x 2 − 2 Z−21 3 Z 1−1 3 x + 2x x + 2x + 1 dx; dx; v. 2 2 0 x + 4x + 4 0 x −x−2 FOGLIO 9, INTEGRALI Z 1 vi. Z0 3 vii. Z2 3 viii. 2 Z 2 2x + 1 8x + 1 dx; dx; 2 (x2 + 2)2 (x + 1) 1 x −x−6 3x3 − 3x2 + x + 1 dx; x4 − 2x3 + 2x2 − 2x + 1 x4 + 6x3 + 18x2 + 28x + 7 dx. x5 + 4x4 + 2x3 − 10x2 − 7x + 10 3 ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 9 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin, A. Pinamonti Serie di Taylor Esercizio 1. Scrivere lo sviluppo in serie di Taylor nello 0 delle seguenti funzioni, fermandosi al grado di sviluppo pi` u opportuno: i. ii. iii. iv. v. vi. vii. viii. log(1 + sinh(x)) − x; sin(x2 ) − tan(x2 ); sinh(x) − x cosh(x); sin(log(x + 1)) + x log(sin(x)) − x log(x) − x 2 arctan(sin(x)) − √ sin(2x); √ sin(x) sinh( x) − x3 ; 9 sin(ex − 1) − 3 log(1 + x) − 6 arctan(x); sinh(x) log(1 + x) − x2 . Convergenza di Serie Esercizio 2. Si determini la somma delle seguenti serie geometriche: n n ∞ ∞ n ∞ X X X 1 2 1 1 (−1)n i. . ii. + iii. 4 3 3 5 2n n=2 n=0 n=1 Esercizio 3. Dimostrare che le seguenti serie telescopiche hanno somma finita e calcolarla. ∞ X 1 ; i. n2 − 1 n=2 ∞ X 1 ; ii. n(n + 3) n=1 ∞ X 1 iii. ; 2 n − 1 n=2 ∞ X 1 iv. . 3 2 + 2n n + 3n n=1 Esercizio 4. Studiare la convergenza delle seguenti serie: ∞ X 1 i. ; n2n n=1 ∞ X n+2 ii. ; 3n + 1 n=0 1 2 FOGLIO 9, STUDIO DI FUNZIONE iii. iv. v. vi. vii. viii. ix. x. xi. ∞ X n3 n=1 ∞ X 7n ; n! ; n5 3n n=0 n ∞ X 1 2 ; n 5 n=1 ∞ X 2n ; n! n=0 ∞ X 2−n ; n! n=0 ∞ X (n!)2 (−1)n n2 ; 2 n=1 ∞ X n! (−1)n 2 n ; n2 n=1 ∞ X 2 + (−1)n ; 3n n=1 ∞ X 2 + (−1)n ; n n=1 Esercizio 5. Studiare, al variare del parametro x ∈ R, la convergenza delle serie ∞ X 4(x + 1)n i. ; n3 n=1 n+1 ∞ X 1 x+1 . ii. n2 x − 1 n=1 ∞ X x2n iii. . n2 + x2n n=1 Esercizio 6. (Alcuni esercizi di passate prove scritte di esame): i. Trovare per quale valore α ∈ R `e finito il limite x sin x − x2 + 3αx4 lim 2 . x→0 x (1 − cos(2x2 )) ii. Il polinomio di Taylor di secondo grado con centro nel punto 2 x0 = 1 di f (x) = e−x /9 `e: a 19 e−1/9 (3 − 2(x − 1) − 13 (x − 1)2 ) b 19 e−1/9 (9 − 2(x − 1) − 97 (x − 1)2 ) c 19 e−1/9 (3 − 4(x − 1) + 53 (x − 1)2 d 19 e−1/9 (9 − 4(x − 1) − 91 (x − 1)2 ). ∞ X 2 5 iii. La somma delle serie `e: a 15 b 12 c 13 d 32 . n 3 n=2 FOGLIO 9, STUDIO DI FUNZIONE 3 P P iv. Se ∞ e una serie a termini positivi convergente con ∞ n=0 an ` n=0 an = P∞ P∞ √ a, allora: a an converge se a < 1 diverge se a > 1 b n=0 an diverge; P∞ 2 P∞ 2 n=0 c d n=0 an converge n=0 an diverge. ∞ X n2 v. L’insieme degli α ∈ R per i quali la serie converge α + n−α n n=1 `e: a α < −2 e α > 2 b α < −3 e α > 3 c −2 < α < 2 d −3 < α < 3. P∞ vi. Sia (an )n ⊂ R \ {0} una successione tale che n=0 log(1 + a2n ) `e convergente. Quale delle seguenti affermazione `e vera: P∞ 2 P∞ |an | converge a E’ certo che n=0 an converge b E’ certo che P∞ 2 P∞n=0 − 1 an converge. o essere divergente d E’ certo che c n=0 an pu` n=0 e vii. Determinare l’insieme dei valori x ∈ R per cui `e convergente la serie n ∞ X x+2 2n + n . n−n 2 − 2x + 3 3 x n=1 ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 9 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin, A. Pinamonti Studio di funzione Esercizio 1. Studiare il grafico delle seguenti funzioni, specificando dominio, intersezione con gli assi, simmetria rispetto gli assi, segno della funzione, limiti al bordo del dominio, punti di discontinuit`a, asintoti, derivata prima, massimi e minimi relativi e globali, punti di non derivabilit`a, derivata seconda e convessit`a: Polinomiali e fratte x2 − x + 1 2x3 + x − 1 1 + 3x4 2x2 + 4x − 11 ; ; ; ; i. x2 x2 + 2x − 8 x3 − 2x2 + x x−2 2x3 − 3x2 + 1 3x − x2 3x2 − 12 x−1 ; ; ; ; ii . x2 − 2x + 2 2x2 x−4 x−7 3x2 + 2x + 1 x2 + 2x + 4 x − 1 2x3 − 2x2 − 2x + 2 iii . ; ; ; . x2 − 4 x−3 x2 + 2 x2 − 9 Radici s s 3 p 1 x + 1 x4 − x2 + 1 ; ; √ i . 3 (x2 − 5x + 6)2 ; 3 4x − 5 x −x x2 + 4 r √ √ x x+1 √ ; (x − 1) ii . x2 + x; 4 − x; . 3 4 − x2 x2 − 4 Esponenziali x+1 ex−1 ex 3 i. ; ; e−x +1 ; xe x−1 ; x3 e−x ; x + 1 2x − 1 x 2 2 ii . e x2 +1 ; xe−x ; e−x +2x ; e−x (x + 2); (x − 2)(ex − 1). Logaritmi log(x) + 2 ; i. x 1 1 + 2x x log (x); log ; x + log ; x2 + 1 x 2 x +x+1 x 2 ii . x − log(1 + x); log(x − x + 1); log log . x2 − 4 x2 − x + 1 Trigonometriche e altro √ cos(x) i. 4 cos(x) + 2 cos(2x) − 1; ; 1 + ex sin(x) − 1 x e +1 ; log(cos(x) + 3 sin(x)); 2 arctan(x) − x; ii . arctan x e −1 2 1 ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 1, FOGLIO 11 LAUREA IN INGEGNERIA TLC., INFO. E ORG. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRENTO prof. F. Serra Cassano, F. Bigolin, A. Pinamonti Equazioni Differenziali Ordinarie Esercizio 1. Risolvere i seguenti problemi di Cauchy 00 y + y = 0, h i cos(x) i. y(0) = 1 y 0 (0) = 0 y 00 + y 0 = 0, i h ii. y(0) = 0 2 − 2e−x y 0 (0) = 2 00 0 3x y − 5y + 6y = e h 2x 3x i 2 1 iii. y(1) = e − e e + x − e2 e e y 0 (1) = e + e3 00 0 3x y − y − 6y = 5e i h iv. y(0) = 2 (1 + x)e3x + e−2x y 0 (0) = 2 00 0 2 y − 2y + 17y = 17x + 13x + 17 v. y(0) = 2 h i y 0 (0) = 6 ex (cos(4x) + sin(4x)) + x2 + x + 1 00 2 y + y = x + 1, h i vi. y(0) = 1 − 1 + x2 + 2 sin(x) + 2 cos(x) y 0 (0) = 2 00 0 y + y = x − 2, h i vii. y(0) = 0 − 3x + 21 x2 + 3 − 3e−x y 0 (0) = 0 y 00 − 2y 0 + y = e2x , h i viii. y(0) = 3 e2x + 2ex − 4xex y 0 (0) = 0 00 0 2x y − 4y + 4y = e i h 1 2 2x 2x 2x x e + e − 2xe ix. y(0) = 1 2 y 0 (0) = 0 1 2 FOGLIO 11, EDO x. xi. xii. xiii. xiv. xv. xvi. xvii. 00 y + y = sin(3x), h i 1 35 − 8 sin(3x) + 8 sin(x) y(0) = 0 y 0 (0) = 4 00 y + 4y = −2 sin(2x) h i x 1 + 2 cos(2x) + 4 sin(2x) y(0) = 2 2 y 0 (0) = 1 00 0 7x 3 2 y − 4y − 21y = e (40x + 12x + 20x + 2) y(0) = 1 h i y 0 (0) = 0 3 7x 7 −3x e7x (x4 + x2 ) + 10 e + 10 e 00 0 2x y − 2y + 2y = e (7 cos(x) + sin(x)) y(0) = 1 h i y 0 (0) = 6 e2x (cos(x) + 3 sin(x)) + ex sin(x) 00 0 x 2 y − 6y + 10y = e (5x − 3x + 3) y(0) = 2 y 0 (0) = 6 00 0 x y − 2y + 5y = 3e sin(x) y(0) = 1 y 0 (0) = 4 00 0 2x 2 y − 5y + 6y = −e (6x − 12x + 1) y(0) = 2 y 0 (0) = 7 00 0 2x y − 3y + 2y = e (1 + sin(x) + cos(x)) y(0) = 0 y 0 (0) = 0 Esercizio 2. Risolvere i seguenti problemi di Cauchy i. ii. iii. iv. y + x2 x(1 + log(x)) 2 y(1) = 9 ( y˙ + xy = 0, ; y(1) = 4 ( y˙ + 3x2 y = 4x2 , ; y(0) = 1 ( (x − 1)y˙ = y + 3(x − 1)2 , y(2) = 1 y 0 = − h 1−x2 i 4e 2 # " 3 4 − e−x 3 ; [3x2 − 8x + 5] FOGLIO 11, EDO v. vi. vii. viii. ix. x. xi. xii. xiii. xiv. xv. 3 ( i h 3 1 x3 y˙ + (2 − 3x2 )y = x3 , −1 x x2 ; 1 − e 2 y(1) = 0 ( h 4 i xy˙ = y + x4 + 2x2 + 3x, x 7 2 ; + 2x + 3x log(x) − x 3 3 y(1) = 0 ( h i y˙ = x(y + x2 ), x2 ; −x2 − 2 + 2e 2 y(0) = 0 y˙ = − 2 y + cos(x) , 1 + sin(x) 2 x x ; 1 x2 y(π) = 2 π y (1 + x2 )y˙ = + arctan2 (x), arctan(x) ; y(1) = 1 h i 4 1 π2 3 arctan(x) + 2 arctan (x) − π 32 1 y 0 = tan(x)y + 1 + tan(x) 3 cos (x) ; cos(x) y(0) = 1 ( √ y + log( x), y0 = − x+2 ; y(1) = 0 2 3 x x2 1 x 3 log(x) − + x log(x) − + x + 2 12 24 3 3 8 3 x2 log(x)y 0 = xy + log (x), h i log(x)+1 2 2 log(x) − e2 + e − 2 x y(e) = − ; 2 e y 0 + sin(x) y = cos(x), 2 − cos(x) ; y(0) = 1 1 x 1 1 + 2 sin(x) − − sin(2x) 2 4 2 − cos(x) y 0 + 2x = log(1 + x2 ), ; 1 + x2 y(0) = 1 1 x3 2x3 4x 4 2 2 1 + x log(1 + x ) + log(1 + x ) − − 3 + 3 arctan(x) 2 3 9 (1 + x y˙ + 2y = sin(x), ; y(0) = 1 i h 1 2 6 y(x) = − 5 cos(x) + 5 sin(x) + 5 exp(−2x) 4 FOGLIO 11, EDO y˙ + cos(x) y = 5ecos(x) , sin(x) xvi. y(1) = 1 sin(1) + 5ecos(1) − 5ecos(x) y(x) = sin(x)
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