esercizi analisi 1
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matematica esercizianalisi 1integrali, derivate, limiti, confronto asintotico, insieme, topologia del piano, studio di funzionealta difficoltàTRANSCRIPT
Analisi Matematica I (Fisica e Astronomia)
Esercizi di ricapitolazione
Universita di Padova - Lauree in Fisica ed Astronomia - A.A. 2013/14
lunedı 23 dicembre 2013
Questi esercizi sono proposti come ricapitolazione di quanto svolto finora nel corso. Le soluzioni appariranno lunedı 30/12.
1. (a) Descrivere ciascuno dei seguenti sottoinsiemi di R, dire se e superiormente/inferiormentelimitato e determinarne sup/inf (in R e eR) e max/min in R; dire se e aperto e/o chiuso,compatto, discreto; in quali sovrainsiemi e denso; di quali punti di eR e intorno; quali puntidi R e di eR sono interni, di aderenza, di accumulazione, isolati, di frontiera.
(i) A = {x 2 R : 2 sin 2x � 1} \ {x 2 Q : 2|x| 3� x} ;(ii) B = ({x 2 R :
p|x+ 2| � x} \Q
<0
) [ {ex : | log x| > 1} ;(iii) C
↵
= {en : n 2 Z} [ {x 2 R : x2 � 2↵x < 1� ↵
2} (al variare di ↵ 2 R) .
(b) Sia g : R ! R la funzione g(x) =p5e2x + 1 � 2ex. Calcolare segno e limiti interessanti
di g, trovandone la parte principale in tali punti secondo un’opportuna scala di confronto.Calcolare g
�1([12
, 2[). Calcolare la fibra g
�1(y) per ogni y 2 R, e dedurne se g e iniettivae/o suriettiva, la sua immagine e g([�1, 1]). Eventualmente restringendo e corestringendoopportunamente g, calcolarne la funzione inversa.
2. (a) Sia x
n
2 R una successione di numeri reali, e si supponga che essa abbia limite ` 2 eR. Allora,detto X := {x
n
: n 2 N} (l’insieme degli elementi della successione), e vero che ` e sempreun punto interno (risp. di frontiera, di accumulazione, di chiusura) per X? E l’insieme X esempre aperto (risp. chiuso) in R? E in eR? E limitato in R?
(b) Determinare (se esiste, eventualmente in piu modi e al variare di ↵ 2 R) il limite delleseguenti successioni, usando tecniche e risultati appresi per le successioni (confronto conmaggiorazioni e minorazioni, carabinieri, criterio del rapporto...) ed evitando di usare tec-niche di variabile reale (come cambio di variabile, trascurabilita, asintoticita...)
(i)2n� n
↵
3n2 � 5 cosn; (ii) (1+(�1)n)↵n ; (iii)
10n � 3n2
↵n! � 32n�1
; (iv)n
rn+
1
n
�✓
↵n
↵n� 1
◆2n
.
3. (a) Determinare gli sviluppi asintotici (nella scala delle potenze reali, con eventuale aggiunta dellogaritmo e/o dell’esponenziale) delle seguenti funzioni, con almeno tre termini significativi:
(i) x
2(sinx� 1) , e
2x�1 , 2
x(x+1)
, (x+ 2)pcosx , e
2x
log x
in 0 ;
(ii) sin(|x|� 1) , log(3x+ 5) , 1p|x| �1
in �1 ;
(iii)px� x�1p
x+1
, arctg 2x ,(1) e
1
2x + 2px
3 � 2x , x sinh 2x in +1 .
(1)Suggerimento: usare l’identita arctg t+ arctg
1
t
=
⇡
2
(valida per ogni t > 0), e lo sviluppo di arctg u attorno u = 0.
1
(b) Calcolare i seguenti limiti nei punti indicati, al variare di ↵ 2 R.
(i) lim0
+
, ↵>0 , +1
3
px� 2
log |x2
� 3| , (ii) lim1,+1
sin(log x)
3x � ↵� e
x�1
,
(iii) lim0
+
,⇡
�
px
3 + cosx � 1
sin↵ x, (iv) lim
⌥1, 0
+
e
x
2 � 1� sin2 x
|x|↵ + 2arctg x.
(c) Siano f : R ! R una funzione continua e iniettiva, e an
2 R una successione di numeri reali.Se a
n
converge(2), converge sempre anche f(an
)? Supponendo poi che tutti gli an
faccianoparte dell’immagine di f (cioe che a
n
2 f(R) per ogni n 2 N), detto b
n
2 R l’unico elementotale che f(b
n
) = a
n
(si ricordi che f e supposta essere iniettiva), converge sempre anche lasuccessione b
n
?
4. (a) Trovare possibilmente in due modi (con la formula di Taylor, e con gli sviluppi gia noti dallaprima parte del corso) lo sviluppo asintotico, con due termini significativi, delle seguentifunzioni nel punto indicato:
(i) f(x) = log(3�cos 4x) in 0 ; (ii) g(x) =x+ 1
3p2x+ 3
in �1 ; (iii) h(x) = x sinx + tgx
3in ⇡ .
Calcolare poi in due modi (usando quanto appena trovato, e con de l’Hopital) i seguentilimiti al variare di ↵ 2 R:
(i) limx!0
f(x) + ↵
|x|↵ ; (ii) limx!�1
g(x)
log |x+ ↵| ; (iii) limx!⇡
h(x)�p3
(1 + cosx)↵.
(b) Descrivere il luogo geometrico ` dei punti del piano cartesiano equidistanti dal punto (2, 2)e dalla retta x+ 2y = 2 ; determinare poi il punto di ` piu vicino alla retta x+ y = 1 .(3)
(c) Studiare l’andamento delle seguenti funzioni, e tracciarne il grafico:
(i) �(x) = log |(p2 |cosx|�x)| ; (ii) (x) = arctg
x
2 � x
|x|� 2; (iii) ⌘(x) =
rx
3 � x
2
x� 2.
5. (a) Calcolare i seguenti integrali definiti:
(i)
Z ⇡
2
�⇡
2
(pcosx + x)| sinx| dx ; (ii)
Z4
1
x+ 1px e
px
dx ; (iii)
Ze
1
log x
x
3
plog x+ 2
dx ;
(iv)
Z ⇡
2
↵
1� cosx
sinxdx ;
(discutere ↵; porre poi ↵ = 0)
(v)
Z⇡
↵
sin 2x cosx
1� cos3 xdx ;
(discutere ↵; porre poi ↵ =
⇡2 )
(vi)
Z �1
0
1
(x2 + 1)2dx .
(b) Disegnare con precisione le seguenti zone limitate del piano cartesiano, e calcolarne l’area:
(i) A = {(x, y) 2 R2 : 2(1� x) y 1 + cos3 x , y sin 2 + 2 sinx � 0 , x ⇡} ;
(ii) B = {(x, y) 2 R2 : ↵|x| y p�
2 � x
2} (con ↵, � > 0 );
(iii) C = {(x, y) 2 R2 : |x|� 1 y p
|x+ y|+ 1 , x (y � 1)2} .(2)
Si ricorda che “convergere” significa “avere limite finito in R”.(3)
Questo esercizio, risolubile con i mezzi di questo corso (si ricorda che la distanza di (x
0
, y
0
) da ax + by + c = 0 e
|ax0+by0+c|pa
2+b
2), getta comunque un ponte verso il corso di Analisi 2, che fornira i mezzi piu idonei alla sua risoluzione.
2
6. (a) Risolvere le seguenti equazioni nella variabile complessa z:
(i)z + 1
2� z
= z ; (ii) 3z2 � 4(1� i)z � 5 = 0 ; (iii) 2z5 � 3z4 + z
3 + 9z2 � 9z = 0 .(una soluzione e z = 1 �
p2 i)
(b) (i) Si consideri l’equazione '(z) = z
4 � 2(2� i)z3 � (1 + 3i)z2 +↵ = 0. Per quali ↵ 2 C visono soluzioni multiple? Per quali ↵ 2 R vi sono soluzioni reali?
(ii) Si consideri l’equazione f(z) = 2z6 � 4z3 + k = 0, ove k 2 R e un parametro reale.Senza risolverla, determinare per quali k 2 R vi sono soluzioni reali. Descrivere poi lesoluzioni dell’equazione f(z) = 0 al variare di k 2 R.
(iii) Il polinomio g(z) = z
3 � 6az2 + 9a2z + 1 dipende dal parametro a 2 R. Dire quantesono, e che segno hanno, le soluzioni reali di g(z) = 0 al variare di a.
(c) Si consideri la funzione g : C ! C data da g(z) = iz
4.
(i) Posto w = 3 + 2i, calcolare g(w) e le fibre g
�1(�i) e g
�1(w).(ii) Risolvere l’equazione g( 2�z
3i+2z
) = 16i.
(iii) Disegnare i sottoinsiemi A = {z : |z| < 2, Im z � 0} e B = {z : Im z >
p3|Re z|} nel
piano di Gauss. La restrizioni di g rispettivamente a A ed a B sono iniettive? Se sı,calcolare la funzione inversa.
(iv) Calcolare immagine e antiimmagine della semiretta s = {t(ip3� 1) : t > 0} tramite g.
3