diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Asintoti.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Asintoti.pdf new file mode 100644 index 0000000..d868d4d Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Asintoti.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Asintoti.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Asintoti.tex new file mode 100644 index 0000000..8204f9b --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Asintoti.tex @@ -0,0 +1,77 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +% New root +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0}% +{\box0\lower0.4pt\box2}} +% End new root + +\begin{document} + +\section{Intorno} +Si dice \textbf{intorno} di un numero \(x_0 \in \mathbb{R}\) un qualsiasi intervallo aperto del tipo:\\ +\((x_0 - \delta, x_0 + \delta)\) + +\section{Punti isolati} +Si dice \textbf{punto isolato} un numero \(x_0 \in \mathbb{R}\) se esiste un intorno \(U\) di \(x_0\) tale che al suo interno sia presente solo il punto stesso e nient'altro. +\(U \bigcup A = {x_0}\) + +\section{Punti di accumulazione} +Si dice \textbf{punto di accumulazione} un punto tale che non possano esistere suoi intorni che includano il punto stesso come unico elemento.\\ +Sono gli opposti dei punti isolati. +\(U \bigcap A \ {X_0} \neq \emptyset\). + +\section{Definizione topologica di limite} +[todo]\\\\ +\(\forall U_l\) intorno di l\\ +\(\exists V_{x_0}\) intorno di \(x_0\)\\ +\(: x \in V_{x_0}\)\\ +\(x \neq x_0 \implies f(x) \in U_l\) + +\section{Limite finito all'infinito} +\(\lim_{x \to +\infty} f(x) = l \in \mathbb{R}\)\\ +\(\forall \epsilon > 0, \exists K > 0 : \forall x > K, l - \epsilon < f(x) < l + \epsilon\)\\\\ +\(\lim_{x \to -\infty} f(x) = l \in \mathbb{R}\)\\ +\(\forall \epsilon > 0, \exists K > 0 : \forall x < K, l - \epsilon < f(x) < l + \epsilon\)\\\\ +\(\epsilon\) è l'ampiezza della "striscia" in cui stanno i valori di f(x), \(K\) è la "barriera" dei valori della x e \(l\) è il valore del limite, ovvero "l'altezza" a cui si trova la striscia. + +\section{Limite infinito all'infinito} +\[\lim_{x \to +\infty} f(x) = +\infty \in \mathbb{R}\] +\[\forall H > 0, \exists K > 0 : \forall x > K, f(x) > H\]\\ +\[\lim_{x \to -\infty} f(x) = +\infty \in \mathbb{R}\] +\[\forall H > 0, \exists K < 0 : \forall x < K, f(x) > H\] \\ +\[\lim_{x \to +\infty} f(x) = -\infty \in \mathbb{R}\] +\[\forall H < 0, \exists K > 0 : \forall x > K, f(x) < H\] +\[\lim_{x \to -\infty} f(x) = -\infty \in \mathbb{R}\] +\[\forall H < 0, \exists K < 0 : \forall x < K, f(x) < H\] + +\section{Asintoto obliquo} +La funzione f ha la retta \(y = mx + q\) come \textbf{asintoto obliquo} per \(x \to +\infty\) se: +\[\lim_{x \to +\infty} (f(x) - mx - q) = 0\] + +f ha asintoto obliquo se e solo se: +\[\lim_{x \to +\infty} \frac{f(x)}{x} = m \neq 0 \neq \infty\] +\[\lim_{x \to +\infty} (f(x) - mx) = q \neq \infty\] +\\ +Esempio: +\(f(x) = e^x + 2x + 1\) ha asintoto obliquo se \(x \to -\infty\):\\ +\[\lim_{x \to -\infty} \frac{e^x + 2x + 1}{x} = 2\] +\[\lim_{x \to -\infty} (e^x + 2x + 1 - 2x) = 1\] + +\section{Limite infinito al finito} +\[\lim_{x \to x_0} f(x) = +\infty\] +\[\forall H > 0, \exists \delta > 0 : \forall x \neq x_0, | x - x_0 | < \delta \implies f(x) > H\] +\[\lim_{x \to x_0} f(x) = -\infty\] +\[\forall H < 0, \exists \delta > 0 : \forall x \neq x_0, | x - x_0 | < \delta \implies f(x) < H\] + +\section{Asintoto verticale} +\[\lim_{x \to 0^+} \log x = -\infty\] + +\end{document} + diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Complessi.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Complessi.pdf new file mode 100644 index 0000000..b13612f Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Complessi.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Complessi.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Complessi.tex new file mode 100644 index 0000000..d2b0c48 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Complessi.tex @@ -0,0 +1,94 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +\newcommand{\iu}{\mathrm{i}\mkern1mu} +% End new symbols +\begin{document} + +\section{Equazioni in \(\mathbb{C}\)} +Come possiamo fare a risolvere equazioni in numeri complessi?\\ +Una possibile soluzione è quella di applicare la definizione di numero complesso \(z = a + \iu b\).\\ +Effettuiamo le seguenti sostituzioni: +\[Re z = a\] +\[Im z = b\] +\[z = a + \iu b\] +\[\bar{z} = a - \iu b\] +Spostando tutti gli elementi al primo membro, giungeremo ad avere al secondo membro \(= 0 + 0i\); possiamo allora fare un sistema con la parte reale e la parte immaginaria del primo membro e risolverlo per a e b; infine, dovremo verificare manualmente tutte le soluzioni trovate in questo modo. + +\subsection{Esempio} +[todo, non l'ho copiato] + +\subsection{Altro esempio} +\[\begin{cases} + z \bar{w} = \iu\\ + |z|^2 w + z = 1 +\end{cases}\] +Passiamo la seconda equazione ai coniugati. +\[\bar{|z|^2 w + z = 1} = \bar{1} = 1\] +\[\bar{|z|^2} \bar{w} + \bar{z} = 1\] +Vado a ricavare \(z\) dalla prima equazione.\\ +Se \(z \neq 0\), allora... +\[\bar{w} = \frac{\iu}{z}\] +E obbligatoriamente \(z \neq 0\), perchè altrimenti l'equazione non sarebbe verificata.\\ +Sappiamo che il modulo \(|z|^2 = (Re z)^2 + (Im z)^2 = z \bar{z}\), dunque tornando alla seconda equazione: +\[\frac{z \bar{z} \iu}{z} + \bar{z} = 1\] +\[\bar{z} \iu + \bar{z} = 1\] +Risolvo la seconda equazione: +\[a\iu + a + b - b\iu - 1 = 0\] +\[\begin{cases} + a + b - 1 = 0\\ + a = b +\end{cases}\] +\[a = b = \frac{1}{2}\] +\[z = \frac{1}{2} + \frac{\iu}{2}\] +\[\bar{w} = \frac{\iu}{z} = \frac{\iu}{\frac{1}{2} + \frac{\iu}{2}} = \frac{2 \iu + 2}{2} = 1 + \iu\] + +\section{Forma trigonometrica dei numeri complessi} +Possiamo rappresentare i numeri complessi in un'altra forma, invece che quella algebrica.\\ +Rappresentiamo un complesso composto da un modulo \(\rho\) e un argomento \(\theta\) corrispondente all'angolo formato da il semiasse positivo del piano cartesiano e la semiretta che congiunge z e l'origine. +\[\rho = \sqrt{a^2 + b^2}\] +\[\begin{cases} + a = Re z = |z| \cos(\theta)\\ + b = Im z = |z| \sin(\theta) +\end{cases}\] +[esempi omessi tanto sono sulle dispense] + +\section{Teorema} +Siano \(z = \rho (\cos(\theta) + \iu \sin(\theta))\) e \(w = r (\cos \phi + \iu \sin(\theta))\), allora: +\[zw = \rho r (\cos(\theta + \phi) + \iu \sin(\theta + \phi)\] +\[\frac{z}{w} = \frac{\rho}{r} (\cos(\theta - \phi) + \iu \sin(\theta - \phi))\] + +\subsection{Potenza di un complesso} +\[z^n = \rho^n (\cos(n \rho) + \iu sin (n \rho))\] + +\subsubsection{Esempio} +Calcolare \((1 + \iu)^{16}\). + +\paragraph{Svolgimento} +Troviamo la forma trigonometrica: +\[1 + \iu = \sqrt{2} (\cos(\frac{\pi}{4}) + \iu \sin({\pi}{4}))\] +\[(1 + \iu)^{16} = 2^4 (\cos(4 \pi) + \iu sin(4 \pi))\] + +\subsubsection{Esempio} +\[i^{2018} = i^{504 * 4} * i^{2} = -1\] + +\section{Radici ennesime di numeri complessi} +Sia \(w \in \mathbb{C}, w \neq 0\), allora esistono \(n\) radici ennesime complesse \(z_0, z_1, ..., z_{n-1}\) di \(w\), tali che: +\[z^n_i = w \qquad i=0, ..., n-1\] +Inoltre: +\[w = r (\cos(\phi) + \iu \sin(\phi))\] +\[z_K = \rho_K (\cos(\phi_K) + \iu \sin(\phi_K)) \qquad k = 0, ..., n-1\] +\[\rho_K = r^{\frac{1}{n}}\] +\[\phi_K = \frac{\phi}{n} + \frac{2 \pi K}{n}\] + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Derivate.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Derivate.pdf new file mode 100644 index 0000000..c531ebd Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Derivate.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Derivate.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Derivate.tex new file mode 100644 index 0000000..0b8a3e9 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Derivate.tex @@ -0,0 +1,144 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +% End new symbols + +\begin{document} +\section{Definizione} + +\[f : A \subseteq dom(f) \to \mathbb{R}, continua\] +\[A = [a, b]\] + +f è derivabile in \(x_0\) se \textbf{esiste ed è finito} il limite del rapporto incrementale: +\[f'(x) = \lim_{h \to 0}\frac{f(x+h) - f(x)}{h}\] + +f è il \textbf{coefficiente angolare} della retta tangente a \(f(x_0)\). + +\subsection{Equazione retta tangente al grafico di f in \(x_0, f(x_0)\)} +\[y = f(x_0) + f'(x_0) * (x - x_0)\] + +\section{Derivate particolari} +\(f = costante\); \(f' = 0\)\\ +\(f = x\); \(f' = 1\)\\ +\(f = x^2\); \(f' = 2x\)\\ +\(f = x^n\); \(f' = nx^{n-1}\)\\ + +\subsubsection{Dimostrazione di \(x^n\)} +[todo] +\[\lim_{h \to 0} \frac{(x+h)^\alpha - x^\alpha}{h}\] +\[\lim_{h \to 0} x^\alpha * (\frac{\frac{(x+h)}{x}^\alpha - 1}{h})\] +\[\lim_{h \to 0} x^\alpha * (\frac{e^{\log(\frac{(x+h)}{x}^\alpha)} - 1}{h})\] +\[\lim_{h \to 0} x^\alpha * (\frac{e^{\alpha \log(\frac{(x+h)}{x})} - 1}{h})\] +\[\lim_{h \to 0} x^\alpha * (\frac{e^\frac{\alpha h}{x}) - 1}{h})\] + +\subsubsection{Non derivate il valore assoluto} +Campagna pubblicitaria: chi deriva il valore assoluto muore (accademicamente). +\(|x|\) non è derivabile in \(x = 0\). +\[\lim_{h \to 0} \frac{|h|}{h} = \nexists\] +\[\lim_{h \to 0^+} \frac{|h|}{h} = 1\] +\[\lim_{h \to 0^-} \frac{|h|}{h} = -1\] + +\section{Derivate sinistra e destra} +Derivata destra: +\[f_+'(x) = \lim_{h \to 0^+}\frac{f(x+h) - f(x)}{h}\] +Derivata sinistra: +\[f_-'(x) = \lim_{h \to 0^-}\frac{f(x+h) - f(x)}{h}\] + +[todo: migliorare un po'] +\begin{itemize} +\item Se sono uguali e finite, esiste la derivata in quel punto;\\ +\item se sono diverse e almeno una delle due finita, si ha un \textbf{punto angoloso};\\ +\item se sono diverse e infinite, la tangente esiste ed è completamente verticale;\\ +\item se sono uguali e infinite, si forma una cuspide. +\end{itemize} + +\section{Teorema di continuità} +Se \(f\) è derivabile in \(x_0\), allora \(f\) è continua. + +\paragraph{Tesi} +\[\lim_{x \to x_0} f(x) = f(x_0)\] + +\paragraph{Dimostrazione} +\[\lim_{x \to x_0} f(x) - f(x_0) = 0\] +\[\lim_{x \to x_0} (f(x) - f(x_0)) * \frac{x - x_0}{x - x_0}\] +\[\lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} * (x - x_0)\] +\[f'(x_0) * 0 = 0\] + +\subsection{Conseguenze} +\(f\) derivabile in \(x_0\) \(\implies\) \(f\) continua in \(x_0\)\\ +\(f\) non continua \(\implies\) \(f\) non derivabile\\ +\(f\) continua \(\centernot\implies\) \(f\) derivabile\\ +\(f\) non derivabile \(\centernot\implies\) \(f\) non continua\\ + +\subsubsection{Esempio} +\[f(x) = +\begin{cases} + 1 \qquad x > 0\\ + 0 \qquad x \leq 0 +\end{cases}\] + +Non continua in \(x = 0\), quindi non derivabile in quel punto.\\ +In tutti gli altri casi, \(f'(x) = 0\). + +\section{Regole di calcolo} +\[(f + g)' = f' + g'\] +\[(kf)' = kf'\] +\[(f * g)' = (f' * g) + (f * g')\] +\[(\frac{f}{g})' = \frac{(f' * g) - (f * g')}{g^2}\] + +\subsection{Regola della catena} +Se \(f\) è derivabile in \(x_0\) e g è derivabile in \(f(x_0)\) e \(x_0\) è punto di accumulazione per \(dom(g \circ f)\), allora \(g \circ f\) è derivabile in \(x_0\) e vale: +\[(g \circ f)'(x_0) = g'(f(x_0)) * f'(x_0)\] + +\subsubsection{Esempio} +\[f(x) = \sin^2(4 \sqrt{x} + 2\] +\[f'(x) = 2 \sin (4 \sqrt{x} + 2) * \cos (4 \sqrt{x} + 2) * (4 * \frac{1}{2 \sqrt{x}})\] + +\subsubsection{Esempio} +\[f(x) = \arctan \frac{2x}{\sqrt{x^3+1}}\] +\[f'(x) = \cfrac{1}{1 + (\cfrac{2x}{\sqrt{x^3 + 1}}} * \frac{2 \sqrt{x^3 + 1} - 2x}{x^3+1} * \frac{3 x^2}{2} * \frac{1}{\sqrt{x^3+1}}\] + +\subsection{Derivata della funzione inversa} +\(f : (a, b) \to \mathbb{R}\) continua e strettamente monotona \(\implies f\) invertibile\\ +\(f^{-1}\) funzione di \(f\)\\ +\(f\) derivabile in \(x_0 \implies f^{-1}\) derivabile in \(f(x_0) = y_0\)\\\\ +\((f^{-1})'(y_0) = \frac{1}{f'(x_0)}\)\\ + +\subsubsection{Esempio} +\[f(x) = x + e^x\] +\[\exists f^{-1}\] +Determinare l'equazione della tangente al grafico di \(f^{-1}\) in (1, 0).\\ + +\[y_0 = f(x_0) = 0 + e^0 = 1\] +\[x_0 = f^{-1}(y_0) = 0\] + +\[f^{-1}'(y_0) = \frac{1}{1 + e^x}\] +\[y - f^{-1}(y_0) = (f^{-1})'(y_0) * (x - y_0)\] +\[y - 0 = \frac{1}{1 + e^{1}} * (x - 1)\] +\[y = \frac{1}{1 + e} * (x - 1)\] + +\section{O piccolo} +Date due funzioni \(f\) e \(g\) definite in un intorno di \(x_0\), diciamo che \(f(x) = o(g(x))\), f è \textbf{o piccolo} di \(g\) per \(x \to x_0\) se \(\lim_{x \to x_0} \frac{f(x)}{g(x)} = 0\). + +\subsubsection{Esempio} +\[x^2 = o(x) \qquad x \to 0\] +Sì, perchè \(\lim_{x \to 0} \frac{x^2}{x} = 0\). + +\subsubsection{Esempio} +\[sin x = o(x) \qquad x \to 0\] +No, perchè \(\lim_{x \to 0} \frac{sin x}{x} = 1\). + +\subsection{Proposizione} +\[f(x) \sim g(x) \Rleftarrow f(x) = g(x) + o(g(x)) \Rleftarrow \lim_{x \to x_0} \frac{f(x)}{g(x)} = 1 \Rleftarrow \lim_{x \to x_0} - 1 = 0 \Rleftarrow \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - g(x)}{g(x)} = 0\] + +\end{document} diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Equazioni con complessi.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Equazioni con complessi.pdf new file mode 100644 index 0000000..9a5126a Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Equazioni con complessi.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Equazioni con complessi.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Equazioni con complessi.tex new file mode 100644 index 0000000..6bc83d1 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Equazioni con complessi.tex @@ -0,0 +1,27 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +% End new symbols +\begin{document} + +\section{Equazioni di numeri complessi} +Come possiamo fare a risolvere equazioni in numeri complessi?\\ +Una possibile soluzione è quella di applicare la definizione di numero complesso \(z = a + \i b\).\\ +Effettuiamo le seguenti sostituzioni: +\[Re z = a\] +\[Im z = b\] +\[z = a + \i b\] +\[zsegnato = a - \i b\] +Probabilmente giungeremo a un risultato \(= 0 + 0i\); + +\end{document} diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrali.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrali.pdf new file mode 100644 index 0000000..7fccd40 Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrali.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrali.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrali.tex new file mode 100644 index 0000000..9032006 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrali.tex @@ -0,0 +1,69 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +\newcommand{\iu}{\mathrm{i}\mkern1mu} +% End new symbols + +\begin{document} + +\section{Integrale} + +\[f : [a, b] \to \mathbb{R} \qquad f\ limitata\] + +Definiamo \textbf{suddivisione} o partizione di \([a, b]\): +\[\mathcal{A} = \{ x_0, x_1, ..., x_n \}\] +tale che: +\[a = x_0 < x_1 < ... < x_n = b\] +\\ +Sono praticamente tanti pezzetti dell'intervallo \([a, b]\).\\ + +\subsection{Primo modo} +Prendiamo una suddivisione equispaziata \(h = \frac{b - a}{n}\): dunque, gli intervallini saranno \(x_j = a + jh\) per \(j = 0, 1, ..., n\).\\ +\(x_n = a + nh = a + n \frac{b - a}{n} = b\) + +[VSC crashed.]\\ + +\subsection{Secondo modo} + +[VSC crashed.]\\ + +f è integrabile se \(s(f)\) (integrale inferiore) \(= S(f)\) (integrale superiore). + +\section{Classi di funzioni integrabili} +\[f : [a, b] \to \mathbb{R}\ limitata\] +Allora: +\(f\ integrabile\ su\ [a, b] \implies \forall \epsilon > 0, \exists \mathcal{A}\ suddivisione\ di\ [a, b]\ : S(f, \mathcal{A}) - s(f, \mathcal{A}) \leq \epsilon\) + +\paragraph{Dimostrazione} +Per semplicità, \(\mathcal{A}\) è equispaziata.\\ +\(S(f, \mathcal{A}_n) = \sum_{j=1}^n (x_j - x_{j-1}) sup(f) = \frac{b - a}{n} \sum_{j=1}^n sup(f) = \frac{b - a}{n} \sum_{j=1}^n f(x_j)\)\\ +\(s(f, \mathcal{A}) = \sum_{j=1}^n (x_j - x_{j-1}) inf(f) = \frac{b - a}{n} \sum_{j=1}^n sup(f) = \frac{b - a}{n} \sum_{j=1}^n f(x_{j-1})\)\\ +Effettuiamo un cambio di variabile: \(j-1 = i\), e poi rinominiamolo nuovamente in \(j\).\\ +\(s(f, \mathcal{A}) = \sum_{j=1}^n (x_j - x_{j-1}) inf(f) = \frac{b - a}{n} \sum_{j=1}^n sup(f) = \frac{b - a}{n} \sum_{j=1}^n f(x_{j-1}) = \frac{b - a}{n} \sum^{n-1}_{i=0} f(x_i) = \frac{b - a}{n} \sum_{j = 0}^{n - 1} f(x_m) = \frac{b - a}{n} \sum_{j = 0}^{n - 1} = \frac{b - a}{n} ( \sum_{j = 0}^{n - 1} f(x_m) + f(x_0) )\)\\ +\(S(f, \mathcal{A}) - s(f, \mathcal{A}) = \frac{b - a}{n} (f(x_n) - f(x_0)) = \frac{b - a}{n} (f(b) - f(a))\)\\ +\\ +Potrebbe essere da ripassare bene. + +\section{Teorema} +\[f : [a, b] \to \mathbb{R}\ continua \implies integrabile\ in\ [a, b]\] + +\section{Teorema} +\[\int_a^b f(x) dx = 0\] +\[f\ continua\ in\ [a, b] \implies f = 0\ in\ [a, b]\] + +\paragraph{Dimostrazione} +Supponiamo per assurdo che \(\exists x_0 \in [a, b]\). +Allora, \(f(x_0) > 0\), e per la proprietà di continuità, \(\exists [a', b'] : \forall x \in [a', b'], \int_a^b f(x) dx \neq 0\). + +\end{document} + diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrazione.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrazione.pdf new file mode 100644 index 0000000..4cd189d Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrazione.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrazione.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrazione.tex new file mode 100644 index 0000000..1aea7be --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Integrazione.tex @@ -0,0 +1,70 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{ +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +\newcommand{\iu}{\mathrm{i}\mkern1mu} +\DeclarePairedDelimiter\abs{\lvert}{\rvert} +\DeclarePairedDelimiter\norm{\lVert}{\rVert} +\makeatletter +\let\oldabs\abs +\def\abs{\@ifstar{\oldabs}{\oldabs*}} +\let\oldnorm\norm +\def\norm{\@ifstar{\oldnorm}{\oldnorm*}} +\makeatother +\newcommand*{\Value}{\frac{1}{2}x^2} +\newcommand{\intab}{\int_a^b} +% End new symbols +\begin{document} + +\section{\(\delta < 0, denominatore II grado\)} +\[\int \frac{1}{x^2 + 4x + 9} dx\] +Osserviamo che \(\int \frac{1}{x^2 + 1} dx = \arctan x + c\). +Provo allora a costruire qualcosa di simile all'arcotangente. +\[\int \frac{1}{x^2 + 4x + 9} dx = \int \frac{1}{x^2 + 4x + 4 + 5} dx = 5 \int \frac{1}{\frac{(x + 2)^2}{5} + 1} = 5 \arctan (\frac{x + 2}{\sqrt{5}}) + c\] + +\section{Integrale generalizzato} +Vogliamo ampliare la nostra definizione di integrale, applicandolo a una \(f\) non limitata. +\[\int_a^{b-\epsilon} f(x) dx\] +Ha senso; la funzione è limitata in \([a, b - \epsilon]\).\\ +Allora, possiamo fare l'integrale \textbf{generalizzato} o improprio, se \textsc{esiste} ed è \textsc{finito}: +\[\lim_{\epsilon \to 0^+} \int_a^{b - \epsilon} f(x) dx = \int_a^b f(x) dx\] + +\subsection{Esercizi} + +\subsubsection{Uso di parametri} +Dire per quali valori del \textit{parametro} \(\alpha\)... +\[\int_0^1 \frac{1}{x^{\alpha}} dx\] +Per \(\alpha \leq 0\), si ha che \(\int_0^1 x^-\alpha dx\), e quindi è un integrale standard.\\ +Per \(\alpha > 0\), si ha che \(\int_0^1 \frac{1}{x^\alpha} dx\).\\ +C'è un problema in \(x = 0\); la funzione non è limitata! Usiamo allora la definizione di integrale generalizzato.\\ + +\subsubsection{Calcolo integrali generalizzati con la definizione} +\textit{Calcola} l'integrale... +\[\int_0^1 \frac{1}{x^\alpha} dx = \lim_{\epsilon \to 0^+} \int_\epsilon^1 \frac{1}{x^\alpha} dx\] + +Trovo l'insieme delle sue primitive: +\[\int x^{-\alpha} dx = \begin{cases} + \log \abs{x} + c \qquad \alpha = 1\\ + \frac{x^{1-\alpha}{1 - \alpha} + c \qquad \alpha \neq 1 +\end{cases}\] + +Infine, applico il teorema fondamentale del calcolo:\\ +Per \(\alpha = 1\): +\[\lim_{\epsilon \to 0^+} \int_\epsilon^1 \frac{1}{x^\alpha} dx = [\log \abs{x}]^1_\epsilon = \log 1 - \log \epsilon = - \log \epsilon\] +Per \(\alpha \neq 1\): +[mi sa fatica scriverlo ma è uguale a sopra... credo] + +\subsubsection{Uso dei criteri} +\textit{Studiare} l'integrabilità... + + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Limiti.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Limiti.pdf new file mode 100644 index 0000000..63f53e0 Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Limiti.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Limiti.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Limiti.tex new file mode 100644 index 0000000..64910a1 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Limiti.tex @@ -0,0 +1,182 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +% End new symbols + +\begin{document} +\section{Definizione topologica di limite} +\[\lim_{x \to x_0} f(x) = l\] +\[\forall U_l \exists V_{x_0} : \forall x \neq x_0, (x \in V_{x_0} \implies f(x) \in U_l)\] + +\section{Limite finito al finito} +\[\lim_{x \to x_0} f(x) = l \Leftrightarrow\] +\[\forall \epsilon > 0, \exists \delta > 0 : \forall x \neq x_0, |x - x_0| < \delta\] +Se un limite esiste, e in un certo punto il suo limite è uguale al valore del punto, allora \(f\) è \textbf{continua} in quel punto. + +\section{Funzioni continue} +Sia \(f : \subseteq \mathbb{R} \to \mathbb{R}\), e sia \(x_0\) un \textit{punto di accumulazione} per il dominio \(D\) della funzione, appartenente al dominio della funzione.\\ +f(x) è \textbf{continua} in \(x_0\) se: +\[\lim_{x \to x_0} f(x) = f(x_0)\] +Diciamo che è continua in generale se la formula superiore è vera \(\forall x \in D\).\\ +La continuità è infatti un concetto locale: i valori esterni al dominio sono ignorati. + +\subsection{Esempio} +\[f(x) = +\begin{cases} + 1\quad se \quad x \geq 0\\ + 0\quad se \quad x < 0 +\end{cases}\] +\[\lim_{x \to 1} f(x) = f(1) = 1\] +In 1, \(f\) è continua, perchè il suo limite esiste ed è uguale a 1. +\[\nexists \lim_{x \to 0} f(x)\] +In 0, \(f\) non è continua, perchè il suo limite non esiste. + +\subsection{Esempio} +\[\lim_{x \to x_0} f(x)\] +\[f(x) = +\begin{cases} + 1\quad se \quad x \neq 0\\ + 0\quad se \quad x = 0 +\end{cases}\] +\[\lim_{x \to 0} f(x) = 1\] +In 0, \(f\) non è continua, perchè il suo limite esiste, ma è diverso da 0, + +\subsection{Esempio} +\[f(x) = \frac{1}{x}\] +E' una funzione continua? Sì, perchè è continua per tutti i punti del suo dominio. 0, infatti, non è nel suo dominio. + +\section{Definizione successionale di limite} +La \textit{definizione topologica di limite} è equivalente alla seguente definizione: +\[\lim_{x \to x_0} f(x) = l\] +\[\Updownarrow\] +\[\forall \{x_n\}_{n \neq 0 \in \mathbb{N}}; (x_n \to x_0) \implies f(x_n) \to l\] + +\section{Funzioni asintotiche} +Si dice che due funzioni sono \textbf{asintotiche} per \(x \to x_0\) se: +\[\lim_{x \to x_0} \frac{f(x)}{g(x)} = 1\] +Dunque, si dice che \(f\) è asintotico a \(g\) in \(x_0\): +\[\sin x \sim x \qquad x \to 0\] + +\section{Limiti notevoli} +\subsection{Seno di x su x} +\[\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1\] +\[\sin x \sim x \qquad x \to 0\] + +\subsubsection{Esempio} +\[sin(n) \not\sim n \qquad x \to +\infty\] +\[lim_{x \to +\infty} \frac{sin n}{n} = 0\] + +\subsection{Tangente di x su x} +\[\lim_{x \to 0} \frac{\tan x}{x} = 1\] +\[\tan x \sim x \qquad x \to 0\] + +\subsection{Arcotangente di x su x} +\[\lim_{x \to 0} \frac{\arctan x}{x} = 1\] +\[\arctan x \sim x \qquad x \to 0\] + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{n \to +\infty} \arctan \frac{1}{n^2} = 0\] +\[\arctan \frac{1}{n^2} \sim \frac{1}{n^2} \qquad n \to +\infty\] + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to +\infty} \frac{\arctan n^2}{n^2} = 0\] +\(n^2 \to +\infty\), non tende a 0, quindi non possiamo applicare il limite notevole. + +\subsection{Quello che fa un mezzo} +\[\lim_{x \to 0} \frac{1 - cos x}{x^2} = \frac{1}{2}\] +\[\lim_{x \to 0} \frac{1 - cos x}{\frac{1}{2} x^2} = 1\] +\[(1 - cos x) \sim (\frac{1}{2} x^2) \qquad x \to 0\] + +\subsection{Naturale} +\[\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x} = 1\] +\[(e^x - 1) \sim x \qquad x \to 0\] + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{n \to +\infty} \frac{e^\frac{1}{n} - 1}{\frac{1}{n}} = 1\] +L'argomento \(\frac{1}{n}\), per n che tende a più infinito, tende a 0; pertanto, possiamo applicare il limite notevole. + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{n \to +\infty} \frac{e^{\frac{1}{\sqrt{n}}} - 1}{\frac{1}{\sqrt{n}}} = 1\] + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{n \to +\infty} \frac{e^{\frac{1}{\sqrt{n}}}}{\frac{1}{\sqrt{n}}} = +\infty\] + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{n \to \infty} \frac{e^{\frac{1}{x}}}{\frac{1}{x}} \nexists\] +Questo limite non esiste, perchè per \(n \to +\infty\) vale \(+\infty\), mentre per \(n \to -\infty\) vale \(0\). + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{n \to +\infty} \frac{e^{\frac{1}{n^2}} - 1}{\frac{1}{n}} =\] +\[\lim_{n \to +\infty} (\frac{e^{\frac{1}{n^2}} - 1}{\frac{1}{n^2}} * \frac{1}{n}) = 0\] + +\subsubsection{Altri esempi} +Non avevo voglia di scriverli, quindi li ho omessi. + +\subsection{Risulta e} +\[\lim_{x \to +\infty} (1 + \frac{1}{x})^x\] + +\subsection{Logaritmico} +\[\lim_{x \to 0} \frac{\log(1+x)}{x} = 1\] +\[\log(1+x) \sim x \qquad x \to 0\] + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to +\infty} \frac{\log(1+x)}{x} = 0\] + +\subsection{L'ultima} +\[\lim_{x \to 0^+} x \log x = 0\] + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to 0^+} x^x = e^(x \log x) = 1\] +\[\lim_{x \to +\infty} x^x = e^(x \log x) = +\infty\] + +\section{Esempi} +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to +\infty} \frac{\sin x + 2x^2 + e^{-x}}{2x - 2x^2 + e^{-x}} = -1\] +Prevale \(2x^2\), perchè \(e^{-x}\) tende a 0. + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to 0} \frac{\sin x + 2x^2 + e^{-x}}{2x - 2x^2 + e^{-x}} = 0\] +Prevale \(e^{-x}\), perchè è l'unico che non tende a 0, tendendo invece a 1. + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to 0} \frac{| x - \pi |}{x - \pi} = -1\] +Perchè il valore assoluto diventa \(\pi - x\), e dopo prevale \(-x\). + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to \pi} \frac{| x - \pi |}{x - \pi} = +-1\] +Dipende da che direzione ci approcciamo a \(\pi\): per \(x \to \pi^+\), il limite vale 1, ma per \(x \to \pi^-\), il limite vale -1. + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to \pi} \frac{\cos x + 1}{(x - \pi)^2} = [0/0]\] +\[z = x - \pi\] +\[\lim_{z \to 0} \frac{\cos (z + \pi) + 1}{(z + \pi - \pi)^2}\] +\[\lim_{z \to 0} \frac{\cos z \cos \pi - \sin z \sin \pi + 1}{z^2}\] +\[\lim_{z \to 0} \frac{-\cos z + 1}{z^2} = \frac{1}{2}\] +Applichiamo il cambio di variabile in modo di avere un limite per 0: dopo, applichiamo la formula del coseno della somma. + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to 0} \frac{log(1+x) - sin x}{x + sin x} = [0/0]\] +\[\lim_{x \to 0} \frac{log(1+x)}{x + sin x} - \frac{sin x}{x + sin x}\] +\[\lim_{x \to 0} \frac{log(1+x)}{x (1 + \frac{sin x}{x})} - \frac{sin x}{x (1 + \frac{sin x}{x})}\] +\[\frac{1}{1 + 1} - \frac{1}{1 + 1} = 0\] +Separiamo il limite in due: è un'operazione che funziona solo se nessuno dei due nuovi limiti risulta infinito o indeterminato. + +\subsubsection{Esempio} +\[\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - 2^x}{\arctan(\log(\sin \sqrt{x} + 1))} = [0/0]\] +\[\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - x^2 + 1 - 1}{\arctan(\log(\sin \sqrt{x} + 1))}\] +Per \(x \to 0\), \(\sin \sqrt{x} \sim \sqrt{x}\); \(\log (1 + z) \sim z\); \(\arctan z \sim z\), dunque. +\[\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - x^2 + 1 - 1}{\sqrt{x}}\] +\[\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - 1}{\sqrt{x} - \lim_{x \to 0}\frac{x^2} + 1 - 1}{\sqrt{x}}\] +\[\lim_{x \to 0} \frac{-\frac{1}{2}x^2}{\sqrt{x}} - \lim_{x \to 0}\frac{x^2 - 1}{\sqrt{x}}\] +\[0 - 0 = 0\] + +\end{document} diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Primitive.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Primitive.pdf new file mode 100644 index 0000000..4bf5b26 Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Primitive.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Primitive.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Primitive.tex new file mode 100644 index 0000000..a3eaa4c --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Primitive.tex @@ -0,0 +1,129 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{ +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +\newcommand{\iu}{\mathrm{i}\mkern1mu} +\DeclarePairedDelimiter\abs{\lvert}{\rvert} +\DeclarePairedDelimiter\norm{\lVert}{\rVert} +\makeatletter +\let\oldabs\abs +\def\abs{\@ifstar{\oldabs}{\oldabs*}} +\let\oldnorm\norm +\def\norm{\@ifstar{\oldnorm}{\oldnorm*}} +\makeatother +\newcommand*{\Value}{\frac{1}{2}x^2} +\newcommand{\intab}{\int_a^b} +% End new symbols + +\begin{document} + +\section{Proprietà dell'integrale} +Siano \(f, g : [a, b] \to \mathbb{R}\).\\ +Siano \(\alpha, \beta, a, r, b \in \mathbb{R}\).\\ +Allora: +\begin{itemize} +\item \(\alpha f + \beta g\) è integrabile:\\ + \[\int_a^b (\alpha f(x) + \beta g(x)) dx = \alpha \int_a^b f(x) dx + \beta \int_a^b g(x) dx\] +\item Se \(a \leq r \leq b\), allora f è integrabile su \([a, r]\) e \([r, b]\), e in particolare: + \[\int_a^b f(x) dx = \int_a^r f(x) dx + \int_r^b f(x) dx\] +\item Se \(f \geq g\), allora \(\int_a^b f(x) dx \geq \int_a^b g(x) dx\). +\item Se \(f\) è integrabile in \([a, b]\), allora \(\abs{f}\) è integrabile (ma non il contrario!). +\end{itemize} + +\section{Teorema della media integrale} +\subsection{Prima parte} +\paragraph{Ipotesi} +\(f\) integrabile su \([a, b]\) + +\paragraph{Tesi} +\[inf f \leq \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) dx \leq sup f\] + +\paragraph{Dimostrazione} +Sappiamo che \(inf f \leq f(x) \leq sup f\).\\ +Per la 3a proprietà dell'integrale, allora: +\[\intab inf f dx \leq \intab f(x) dx \leq \intab sup f dx\] +Possiamo portare fuori le costanti per la 1a proprietà: +\[inf f \intab 1 dx \leq \intab f(x) dx \leq sup f \intab 1 dx\] +Allora: +\[inf f (b - a) \leq \intab f(x) dx \leq sup f (b - a)\] +E se \(b - a \neq 0\)... +\[inf f \leq \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) dx \leq sup f\] + + +\subsection{Seconda parte} + +\paragraph{Ipotesi} +\begin{itemize} +\item \(inf f \leq \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) dx \leq sup f\) +\item \(f\) continua su \([a, b]\) +\end{itemize} + +\paragraph{Tesi} +\(\exists z : \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) dx = f(z)\) + +\paragraph{Dimostrazione} +Cambiamo forma alla tesi: +\[\exists z : \intab f(x) dx = f(z) * (b - a)\] +Se la funzione è continua in \([a, b]\), per il teorema di Weierstrass sappiamo che: +\[\exists x_m, x_M : min f = m = f(x_m) \leq f(x) \leq f(x_M) = M = max f\] +Per la prima ipotesi, allora: +\[min f = inf f \leq \frac{1}{b - a} \intab f(x) dx \leq sup f = max f\] +Essendoci un minimo e un massimo, ed essendo la funzione continua, possiamo dire per il teorema dei valori intermedi che: +\[\exists z : \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) dx = f(z)\] + +\section{Funzione primitiva} +Sia \(f : [a, b] \to \mathbb{R}\).\\ +Si dice che \(G\) è \textbf{primitiva} di \(f\) se: +\begin{itemize} +\item \(G\) è \textsc{derivabile} +\item \(\forall x \in [a, b] G' = f(x)\) +\end{itemize} + +\subsection{Proposizione} +Due primitive della stessa funzione definite sullo stesso intervallo differiscono per una costante. + +\paragraph{Dimostrazione} +\(G_1, G_2\) primitive di \(f\) +\[\forall x \in \mathbb{R}, G_1'(x) = f(x), G_2'(x) = f(x)\] +\[G_1'(x) - G_2'(x) = 0\] +\[(G_1 - G_2)'(x) = 0\] +\[G_1 = G_2 + C\] + +\subsubsection{Se non si è su un intervallo...} +Esistono primitive di una funzione che non differiscono per una costante, ma per qualcosa di più. +\paragraph{Esempio} +\[G_1(x) = \begin{cases} + log(x) \qquad se\ x > 0\\ + log(-x) \qquad se\ x < 0 +\end{cases}\] + +\[G_2(x) = \begin{cases} + 1 + log(x) \qquad se\ x > 0\\ + log(-x) \qquad se\ x < 0 +\end{cases}\] + +\subsection{Funzioni senza primitiva} +\[\delta(x)\qquad delta\ di\ Dirac\] +\paragraph{Dimostrazione} +Per assurdo, immaginiamo esista una primitiva \(F\) di \(f\).\\ +Negli intervalli \(]-\infty, 0[\) e \(]0, +\infty[\) si ha che \(F'(x) = 0\), e quindi che la funzione è costante.\\ +Se la funzione è una \textsc(primitiva), significa che dev'essere \textsc{derivabile}, e quindi \textsc{continua}.\\ +Ma la funzione originale non è continua, perchè ha un salto in \(x = 0\). Assurdo. + +\section{Integrale indefinito} +\[\int f(x) dx\] +L'integrale indefinito qui sopra indica l'insieme di tutte le primitive di \(f(x)\).\\ +\\ +Esistono funzioni che hanno primitiva, ma non è esprimibile: +\[\int \frac{sin t}{t} dt\] + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Punti di estremo.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Punti di estremo.pdf new file mode 100644 index 0000000..f589a81 Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Punti di estremo.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Punti di estremo.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Punti di estremo.tex new file mode 100644 index 0000000..6fe2e27 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Punti di estremo.tex @@ -0,0 +1,97 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +\newcommand{\iu}{\mathrm{i}\mkern1mu} +% End new symbols +\begin{document} +\section{Punti di estremo} + +\subsection{Massimo globale} +Si dice che \(M\) è \textbf{massimo} globale per \(f\) su \([a, b]\), e che \(x_M \in [a, b]\) è \textbf{punto di massimo} per \(f\) se: +\[\forall x \in [a, b], f(x) \leq f(x_M)\] + +\subsection{Minimo globale} +Si dice che \(m\) è \textbf{minimo} globale per \(f\) su \([a, b]\), e che \(x_M \in [a, b]\) è \textbf{punto di minimo} per \(f\) se: +\[\forall x \in [a, b], f(x) \geq f(x_m)\] + +\subsection{Massimo locale} +Si dice che \(M\) è \textbf{massimo locale} per \(f\) su \([a, b]\) e \(x_M\) è \textbf{punto di massimo locale} se: +\[\exists \delta > 0 : \forall x in [a, b] \cap (x_M - \delta, x_M + \delta), f(x) \leq f(x_M) = M\] + +\subsection{Minimo locale} +Si dice che \(m\) è \textbf{minimo locale} per \(f\) su \([a, b]\) e \(x_M\) è \textbf{punto di minimo locale} se: +\[\exists \delta > 0 : \forall x in [a, b] \cap (x_m - \delta, x_m + \delta), f(x) \geq f(x_m) = m\] + +\subsection{Massimo locale stretto} +Si dice che \(M\) è \textbf{massimo locale stretto} per \(f\) su \([a, b]\) e \(x_M\) è \textbf{punto di massimo locale stretto} se: +\[\exists \delta > 0 : \forall x in [a, b] \cap (x_M - \delta, x_M + \delta), f(x) < f(x_M) = M\] + +\subsection{Minimo locale stretto} +Si dice che \(m\) è \textbf{minimo locale stretto} per \(f\) su \([a, b]\) e \(x_M\) è \textbf{punto di minimo locale stretto} se: +\[\exists \delta > 0 : \forall x in [a, b] \cap (x_m - \delta, x_m + \delta), f(x) > f(x_m) = m\] + +\section{Problemi di massimo e minimo} +Dove si trovano i punti di massimo e minimo per una funzione? +\[f : [a, b] \to \mathbb{R}\] +\[f : \mathbb{R} \to \mathbb{R}\] +Si trovano dove la \textit{derivata prima si annulla}! Ma non sempre...\\ +Ad esempio, \(f(x) = |x|\) ha un punto di minimo globale in \(x = 0\).\\ +Inoltre, se \(f : [a, b]\), \(a\) e \(b\) sono \textit{sicuramente} punti di massimo o minimo locale, e potrebbero essere anche punti di massimo o minimo globale. + +\section{Teorema di Fermat} +Sia \(f : [a, b] \to \mathbb{R}\), \textit{derivabile} in \(x_0 \in (a, b)\).\\ +Se \(x_0\) è \textit{punto di estremo locale}, allora \(f'(x_0) = 0\).\\ + +\paragraph{Dimostrazione} +\[\exists \delta > 0 : \forall x \in (a, b) \cap (x_0 - \delta, x_0 + \delta), f(x) \geq f(x_0)\] +Se \(x < x_0\), allora \(\frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \leq 0\).\\ +Se \(x > x_0\), allora \(\frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \geq 0\).\\ +Passando al limite di entrambe: +\[x < x_0 \implies \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \leq 0\] +\[x > x_0 \implies \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \geq 0\] +Il limite appena calcolato è la derivata prima rispettivamente sinistra e destra di \(x_0\).\\ +Essendo però \(f\) \textit{derivabile} in quell'intervallo, allora derivate sinistra e destra coincidono, dunque \(f'(x_0) = 0\). + +\section{Teorema di Rolle} +\paragraph{Ipotesi} +Sia \(f : [a, b] \to \mathbb{R}\).\\ +\(f\) \textit{continua} su \([a, b]\)\\ +\(f\) \textit{derivabile} su \((a, b)\)\\ +\(f(a) = f(b)\) + +\paragraph{Tesi} +\[\exists c \in (a, b) : f'(c) = 0\] + +\paragraph{Dimostrazione} +Essendo \(f\) \textit{continua} su \([a, b]\), essa ammette massimo e minimo per il \textsc{Teorema di Weierstrass}. +\[\exists x_m, x_M \in [a, b] : \forall x \in [a, b], f(x_m) \leq f(x) \leq f(x_M)\] +Abbiamo due casi:\\ +- i due estremi coincidono con \(x_m\) e \(x_M\), creando allora una funzione costante di derivata prima sempre \(= 0\) +- altrimenti, almeno uno tra \(x_m\) e \(x_M\) è \textit{interno} all'intervallo (a, b), e per il \textsc{Teorema di Fermat} allora \(\exists c : f'(c) = 0\). + +\section{Teorema di Cauchy} +\paragraph{Ipotesi} +Siano \(f, g : [a, b] \to \mathbb{R}\) tali che: +\(f, g\) \textit{continue} su \([a, b]\)\\ +\(f, g\) \textit{derivabili} su \((a, b)\) + +\paragraph{Tesi} +\[\exists c \in (a, b) : (f(b) - f(a)) g'(c) = (g(b) - g(a)) f'(c)\] + +\paragraph{Dimostrazione} +Costruisco la funzione \(w(x) = (f(b) - f(a)) g(x) = (g(b) - g(a)) f(x)\).\\ +Calcolo \(w(a)\) e \(w(b)\) (omesso per orario), e scopro \(w(a) = w(b)\).\\ +Inoltre, \(w\) è \textit{continua} su \([a, b]\), e \textit{derivabile} su \((a, b)\). +Dal \textsc{Teorema di Rolle} applicato a \(w\), \(\exists c \in (a, b) : w'(c) = 0\) + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Serie.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Serie.pdf new file mode 100644 index 0000000..4fba2ad Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Serie.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Serie.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Serie.tex new file mode 100644 index 0000000..5c21f55 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Serie.tex @@ -0,0 +1,202 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +% End new symbols + +\begin{document} + +\section{Le Serie} + +\[\sum^{\infty}_{n=0}a_n\] + +Se \(\sum^{\infty}_{n=0}a_n = L\), la serie è \textbf{convergente}; se \(\sum^{\infty}_{n=0}a_n = \infty\), la serie è \textbf{divergente}. + +\subsection{Condizione necessaria} +\[\sum^{\infty}_{n=0}a_n < +\infty \quad \implies \quad a_n \to 0\] +\[a_n \not\to 0 \quad \implies \quad \sum^{\infty}_{n=0}a_n non convergente\] + +\subsection{Serie a termini non negativi definitivamente} +\[\sum^{\infty}_{n=0}a_n \qquad a_n \geq 0\] +Se la successione delle somme parziali è \textit{definitivamente} monotona, allora \textbf{ha limite}, e quindi \textbf{esiste}, convergendo o divergendo.\\ +Possiamo applicare dei particolari criteri per capirlo. + +\subsection{Criteri} + +\subsubsection{Criterio del confronto} +Siano \(\{a_n\}\) e \(\{b_n\}\) due successioni a termini reali \textit{non negativi}, tali che \textit{definitivamente} \(a_n \leq b_n\).\\ +Allora... +\[\sum^{\infty}_{n=0} b_n < +\infty \implies \sum a_n < +\infty\] +\[\sum^{\infty}_{n=0} a_n = +\infty \implies \sum b_n = +\infty\] +Si usa principalmente quando la serie converge ma non è dimostrabile convenzionalmente. + +\subsubsection{Criterio del confronto asintotico} +Siano \(\{a_n\}\) e \(\{b_n\}\) due successioni a termini reali \textit{positivi}, tali che \(a_n \sim b_n\).\\ +Allora \(\sum a_n\) e \(\sum b_n\) hanno lo stesso carattere (entrambe convergono, entrambe divergono, etc).\\ +\\ +Solitamente si applica per i limiti notevoli. + +\subsubsection{Criterio del rapporto} +\[\lim_{n \to +\infty} \frac{a_{n+1}}{a_n} = +\begin{cases} +L < 1 \quad \implies \quad \sum a_n \neq \infty\\ +L > 1 \quad \implies \quad \sum a_n = \infty\\ +L = 1 \quad \implies \quad unknown +\end{cases}\] + +\subsubsection{Criterio della radice} +Sia \(\{a_n\}_{n \in \mathbb{N}^+}\).\\ +Supponiamo che \(\lim_{n \to +\infty} \sqrt{a_n}^n = L\). +Allora... +\[\begin{cases} +L < 1 \quad \implies \quad \sum a_n convergente\\ +L > 1 \quad \implies \quad \sum a_n divergente\\ +L = 1 \quad \quad unknown +\end{cases}\] + +\subsection{Serie a termini qualunque} + +\subsubsection{Criterio di Leibniz} +\[\sum^{\infty}_{n=0} (-1)^n a_n\] +Se: +\[\begin{cases} +a_n \geq 0 +a_n \geq a_{n+1} +a_n \to 0 +\end{cases}\] + +\subsubsection{Criterio di convergenza assoluta} +Se: +\[\sum^{\infty}_{n=0} |a_n| = \infty\] +Allora: +\[\sum^{\infty}_{n=0} a_n = \infty\] + +\subsection{Dimostrazione dei criteri} +\subsubsection{Criterio del confronto} + +\[S_n = \sum^n_{k=1} a_k\] +\[S_n^* = \sum^n_{k=1} b_k\] + +\subsubsection{Criterio del confronto asintotico} +\[\lim_{n \to +\infty} \frac{a_n}{b_n} = 1\] +Usiamo la definizione di limite: +\[\forall \epsilon > 0 \exists n' : \forall n \geq n', 1 - \epsilon \leq \frac{a_n}{b_n} \leq 1 + \epsilon\] +\[b_n * (1 - \epsilon) \leq \frac{a_n}{b_n} \leq b_n * (1 + \epsilon)\] +Ho ora un'espressione a cui è applicabile il criterio del confronto. + +Per la proprietà di monotonia: +\[0 \leq a_k \leq b_k \quad \implies \quad 0 \leq S_n \leq S_n^*\] + +\subsubsection{Criterio della radice} +\[\forall \epsilon > 0, \exists n' : \forall n \geq n', L - \frac{\epsilon}{2} \leq \sqrt{a_n}^n \leq L + \frac{\epsilon}{2}\] +Per il funzionamento stesso della radice: +\[L < 1 \implies \exists \epsilon > 0 : L + \epsilon < 1; L < 1 - \epsilon\] +Dunque... +\[\sqrt{a_n}^n \leq 1 - \epsilon + \frac{\epsilon}{2} = 1 - \frac{\epsilon}{2}\] +Ho finalmente raggiunto un punto in cui posso usare il criterio del confronto: +\[\sum a_n \leq \sum (1 - \frac{\epsilon}{2})^2\] + +\section{Tipi di esercizi} +Gli esercizi con le serie principalmente sono di tre tipi: calcolare la somma (il valore) di una serie, studiare la convergenza di una serie e studiare la convergenza di una serie che varia in base a un parametro.\\ + +\subsection{Serie geometriche} + +\[\sum^{\infty}_{n=0}q^n\qquad se |q| < 1 \quad = \frac{1}{1-q}\] + +\subsubsection{Esempio serie geometrica} +Calcolare \(\sum^{\infty}_{n=0}\frac{1}{2^n}\).\\ + +\subsection{Serie armonica generalizzata} +\[\sum^{\infty}_{n=0} \frac{1}{n^\alpha} \quad +\begin{cases} +\neq \infty \quad se \quad \alpha > 1\\ += \infty \quad se \quad \alpha \leq 1 +\end{cases} +\] + +\paragraph{Svolgimento} +E' una serie geometrica di ragione \(\frac{1}{2}\), quindi la somma vale \(\frac{1}{1-\frac{1}{2}} = 2\). + +\subsubsection{Serie geometrica nascosta} +Calcolare \(\sum^{\infty}_{n=0}\frac{2^{n-1}}{3^n}\).\\ + +\paragraph{Svolgimento} +C'è una serie geometrica nascosta: è possibile convertire la somma in \(\frac{1}{2} \sum^{\infty}_{n=0}(\frac{2}{3})^n\), che è una serie geometrica di ragione \(\frac{2}{3}\).\\ +Dunque, la somma vale \(\frac{1}{1-\frac{2}{3}} = \frac{3}{2}\). + +\subsubsection{Serie geometrica con inizio spostato} +Calcolare \(\sum^{\infty}_{n=1}(\log(3) - 1)^n\). + +\paragraph{Svolgimento} +Verifichiamo che la ragione sia effettivamente \(< 1\): \(log(3) - 1 < 1\) è vero.\\ +Si converte la serie in \(\sum^{\infty}_{n=0}((\log(3) - 1)^n) - 1\).\\ +E' diventata una serie geometrica di ragione \(\log(3) - 1\) a cui dovrà essere sottratto 1 dal risultato finale. + +\subsection{Condizione necessaria} +Studia la convergenza di \(\sum^{\infty}_{n=1}(1 + \frac{1}{n!})^n\). + +\paragraph{Svolgimento} +\[\sum^{\infty}_{n=1} (e^{n log(1 + \frac{1}{n!})})\] +\[\sum^{\infty}_{n=1} (e^{n \frac{1}{n!})})\] +\[e^{n \frac{1}{n!}} \to 1\] +Dato che l'argomento delle serie non è infinitesimo, allora possiamo dire che la serie non converge. + +\subsection{Dipendenti da parametro} +Calcolare per quali valori di x la serie seguente converge. +\[\sum^{\infty}_{n=1} (\frac{x-2}{4})^n\] + +\paragraph{Svolgimento} +Riconosciamo che è una serie geometrica, e sappiamo che converge se la sua ragione è \(|r| < 1\).\\ +Calcoliamo per quali valori è presente quella ragione: +\[| \frac{x-2}{4} | < 1\] +\[-1 < \frac{x-2}{4} | < 1\] +\[-2 < x < 6\] + +\subsection{Criterio del confronto difficile} +\[\sum^{\infty}_{n=1} \frac{\log^2 n}{n \sqrt{n}}\] +\[\lim_{n \to +\infty} \frac{\log^2 n}{n \sqrt{n}} = 0\] +Non concludo nulla da questo limite; devo usare un criterio. +\[\sum^{\infty}_{n=1} \frac{\log^2 n}{n \sqrt{n}}\] +\[\sum^{\infty}_{n=1} \frac{\log^2 n}{n^{\frac{3}{2}}}\] +\[\lim_{n \to \infty} \frac{log n}{n^\alpha} = 0\] +\[\log n \leq n^\alpha\] +\[\log n \leq n^\frac{1}{8}\] +\[\log^2 n \leq n^\frac{1}{4}\] +\[\frac{log^2 n}{n \sqrt{n}} \leq \frac{n^\frac{1}{4}}{n \sqrt{n}} = \frac{1}{n^{\frac{5}{4}}}\] +Applichiamo poi il teorema di confronto. +[TBD] + +\subsection{Criterio di confronto asintotico difficile} +Determinare per quali valori di \(\alpha > 0\) la serie converge. +\[\sum^\infty_{n=1} \frac{1 + e^{-n}}{\sqrt{n^\alpha} + log n}\] +Non posso usare la condizione necessaria, perchè \(a_n \to 0\).\\ +Applico il criterio del confronto asintotico. +\[a_n \sim \frac{1}{n^\frac{\alpha}{2}}\] +E' una serie armonica generalizzata.\\ +Per \(\alpha > 2\), la serie converge, mentre per \(\alpha \leq 2\) la serie diverge. + +\subsection{Criterio della radice} +\[\sum_{n=1}^\infty \frac{e^{n^2}}{n^{2n}}\] +\[\sqrt{a_n}^n = (\frac{e^{n^2}}{n^{2n}}^{\frac{1}{n}}\] +\[= \frac{e^n}{n^2} \to +\infty\] + +\subsection{Criterio del rapporto} +\[\sum^\infty_{n=1} \frac{e^{n^2}}{n^{2n}}\] +\[\frac{a_{n+1}}{a_n} \to L\] +\[\frac{e^{(n+1)^2}}{(n+1)^{2(n+1)}} * \frac{n^{2n}}{e^{n^2}}\] +\[\frac{e^{2n+1}}{(n+1)^2} * (\frac{n}{n+1})^2n\] +\[\frac{e^{2n+1}}{(n+1)^2} * (\frac{1}{1+\frac{1}{n})^2n}\] +\[\lim_{n \to \infty} \frac{e^{2n+1}}{(n+1)^2} * (\frac{1}{1+\frac{1}{n})^2n}\] +\[+\infty * \frac{1}{e} = +\infty\] +\(+\infty > 1\), dunque la serie diverge. + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Sottosuccessioni.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Sottosuccessioni.pdf new file mode 100644 index 0000000..c50f0da Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Sottosuccessioni.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Sottosuccessioni.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Sottosuccessioni.tex new file mode 100644 index 0000000..40a8c8a --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Sottosuccessioni.tex @@ -0,0 +1,63 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +% New root +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0}% +{\box0\lower0.4pt\box2}} +% End new root + +\begin{document} + +\section{Sottosuccessioni} + +Si dice \textbf{sottosuccessione} di una successione \(\{a_n\}_n\) la composizione \(a_n \circ K\) dove \(K : \mathbb{N} \to \mathbb{N}\) è strettamente crescente.\\ +\((a_n \circ K)(n) = a_{K_n} = a_{2n}\)\\ +Praticamente sono successioni il cui dominio non è \(\mathbb{N}\), ma solo una parte di esso, ed è dato da un'altra successione \(K_n\).\\\\ +Se \(a_n \to l \in \mathbb{R}\), allora anche \(a_{K_n} \to l\).\\ +Se \(\forall K : \mathbb{N} \to \mathbb{N}, a_{K_n} \to l\), allora \(a_n \to l\).\\ +Se una successione ha \textbf{limite} \(l\), tutte le estratte hanno lo \textbf{stesso limite}.\\ +Viceversa, se tutte le sottosuccessioni hanno lo \textbf{stesso limite} \(l\), allora anche la principale ha \textbf{limite} \(l\).\\ +Se esistono due sottosuccessioni con \textbf{limiti diversi}, allora la successione di partenza \textbf{non ha limite}.\\\\ +Posso utilizzare le sottosuccessioni per trovare il limite di una successione solo quando l'unione del dominio di queste dia come risultato \(\mathbb{N}\).\\ + +\section{Teorema di bisezione} +Se in un intervallo "di limite" c'è almeno un punto di accumulazione, allora anche dividendolo in due parti il punto di accumulazione rimarrà in almeno una di queste due. + +\section{Punto limite} +Se \(a_n\) ha una sottosuccessione convergente a l, si dice che l è un \textbf{punto limite}. + +\section{Enunciato teorema di Bolzano-Weierstrass} +Sia \(\{a_n\}_n\) una \textbf{successione limitata}.\\ +Allora, esiste almeno una sottosuccessione \(a_{K_n}\) di \(a_n\) \textbf{convergente}. + +\section{Dimostrazione teorema di B-W} +Siccome \(\{a_n\}\) è limitata, allora esistono \(\alpha_0, \beta_0 \in \mathbb{R}, \alpha_0 \leq a_n \leq \beta_0\).\\ +Chiamiamo \(I_0 = [\alpha_0, \beta_0]\) l'intervallo tra questi due punti.\\ +Prendiamo l'insieme \(A_0 = \{n : a_n \in I_0\}\) di tutti i punti all'interno di questo intervallo.\\ +\(A_0\) contiene infiniti valori, essendo una successione in \(\mathbb{N}\).\\ +Applichiamo il teorema di bisezione: il punto medio dell'intervallo è \(\mu_0 = \frac{\alpha_0 + \beta_0}{2}\).\\ +L'intervallo ora risulta diviso in \(I_0 = [\alpha_0, \mu_0] \cup [\mu_0, \beta_0]\).\\ +Per il teorema di bisezione, almeno uno tra \([\alpha_0, \mu_0]\) e \([\mu_0, \beta_0]\) è infinito.\\ +Se l'infinito è \([\alpha_0, \mu_0]\), allora \(\alpha_1 = \alpha_0\) e \(\beta_1 = \mu_0\).\\ +Se l'infinito è \([\mu_0, \beta_0]\), allora \(\alpha_1 = \mu_0\) e \(\beta_1 = \beta_0)\).\\ +In ogni caso, \(\alpha_0 \leq \alpha_1 \leq \beta_1 \leq \beta_0\)\\ +Creiamo un nuovo intervallo \(I_1 = [\alpha_1, \beta_1]\).\\\\ +Ripetiamo il procedimento di bisezione con \(\alpha_1\) e \(\beta_1\): dovremmo ottenere ancora un risultato dimezzato.\\ +Dopo n passi, otteniamo un intervallo \(I_n = [\alpha_n, \beta_n]\) infinitamente piccolo.\\ +Dunque, \(\alpha_0 \leq \alpha_1 \leq \alpha_2 \leq \dots \leq \alpha_n \leq \beta_n \leq \dots \leq \beta_2 \leq \beta_1 \leq \beta_0\).\\\\ +\(\beta_n - \alpha_n = \frac{\beta_0 - \alpha_0}{2^n}\)\\ +\(A_n = \{m : a_m \in I_n\}\) è infinito.\\ +Possiamo dimostrare per induzione che le precedenti tre righe sono vere \(\forall n \in \mathbb{N}\). +Dunque, \(\{\alpha_n\}\) è una successione \textbf{monotona crescente}, e ha limite \(l\), e \(\{\beta_n\}\) è una successione \textbf{monotona decrescente}, ed essa ha limite \(m\).\\\\ +Sapendo per la \textsc{gerarchia degli infiniti} che \(\frac{\beta_0 - \alpha_0}{2^n}\) tende a 0, allora possiamo anche dire che \(\beta_n - \alpha_n\) tende a 0, quindi \(l = m\).\\ +\(\forall n\), prendo \(K_n \in A_0, a_{K_n} \in I_n, \alpha_n \leq a_{K_n} \leq \beta_n\).\\ +Per il \textsc{teorema dei carabinieri}, visto che \(\alpha_n\) e \(\beta_n\) tendono ad l, allora anche \(a_{K_n}\) tenderà ad l.\\\\ +Se \(a_n\) è \textbf{limitata}, allora \(a_n\) ha un \textbf{punto limite}, ma non viceversa. + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Studi di funzione.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Studi di funzione.pdf new file mode 100644 index 0000000..8e64a90 Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Studi di funzione.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Studi di funzione.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Studi di funzione.tex new file mode 100644 index 0000000..5b04a35 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Studi di funzione.tex @@ -0,0 +1,137 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +\newcommand{\iu}{\mathrm{i}\mkern1mu} +% End new symbols + +\begin{document} + +\section{Studi di funzione} + +\subsection{Studio di funzione classico} + +\[f(x) = 2 arctan(x) - x\] + +\subsubsection{Funzione \(f\)} + +\paragraph{Dominio} +Il dominio in un punto è il più grande insieme possibile su cui è valida la funzione \(f\).\\\\ +In questo caso, il dominio è \(\mathbb{R}\) + +\paragraph{Simmetrie} +Verifichiamo se la funzione ha simmetrie: è pari? È dispari?\\\\ +\(arctan(x)\) è dispari, e \(x\) è anch'esso dispari, quindi andiamo a verificare.\\ +\[f(-x) = 2 arctan(-x) + x = -2 arctan(x) + x = -f(x)\] +E' dunque dispari. + +\paragraph{Positività} +Troviamo dove la funzione è positiva o negativa.\\ +Spesso richiede calcoli molto complessi, quindi potrebbe non valer la pena perderci tempo.\\\\ +Ad esempio, in questo caso. + +\paragraph{Periodicità} +Controlliamo se e dove la funzione è periodica.\\ +Come per la positività, potrebbe richiedere calcoli complessi, quindi non è particolarmente importante.\\\\ +Come qui. + +\paragraph{Intersezioni con gli assi} +Troviamo dove la funzione \(f\) interseca gli assi \(x\) e \(y\).\\ +Vedi sopra; non è fondamentale...\\\\ +E indovina un po'? Anche qui lo saltiamo. + +\paragraph{Asintoti verticali e orizzontali} +Vediamo se la funzione ha degli asintoti.\\ +Troviamo tutti i limiti rilevanti di \(f\).\\ +A \(+\infty\) e a \(-\infty\), in punti di non derivabilità, etc...\\\\ +\[\lim_{x \to +\infty} (2 arctan(x) - x) = -\infty\] +Essendo una funzione dispari, allora... +\[\lim_{x \to -\infty} f(x) = +\infty\] + +\paragraph{Asintoto obliquo} +Controlliamo se esiste un asintoto obliquo.\\ +Non è fondamentale, ma potrebbe essere interessante da calcolare.\\ +E' presente solo se \(\lim_{x \to \infty} = \pm\infty\).\\ +Se lo fa, possiamo calcolarlo.\\\\ +\[m = \lim_{x \to +\infty} \frac{2 arctan(x) - x}{x} = -1\] +\[q = \lim_{x \to +\infty} (2 arctan(x) - x) + x = \pi\] +Dunque, l'asintoto obliquo è la retta \(y = -x + \pi\). + +\subsubsection{Derivata prima \(f'\)} +\[f'(x) = \frac{2}{1 + x^2} - 1\] + +\paragraph{Crescenza} +Troviamo dove la funzione è crescente o decrescente.\\ +\[\frac{2 - 1 - x^2}{1 + x^2} \geq 0\] +\[\frac{1 - x^2}{1 + x^2} \geq 0\] +\[x^2 \leq 1\] +\[-1 \leq x \leq 1\] + +\paragraph{Punti di estremo} +Troviamo i punti di massimo e i punti di minimo, e se possibile il loro valore.\\\\ +Nel nostro caso, \(x = -1\) è un punto di minimo locale e \(x = 1\) è un punto di massimo locale.\\ +Vediamo quanto valgono: +\[f(1) = 2 arctan(1) - 1 = 2 \frac{\pi}{4} - 1 = \frac{\pi - 2}{2} \approx 0.6\] +\[f(-1) = 2 arctan(-1) + 1 = - 2 \frac{\pi}{4} + 1 = \frac{- \pi + 2}{2} \approx -0.6\] + +\subsubsection{Derivata seconda \(f''\)} +Potrebbe non essere richiesta, se si creerebbe un calcolo complicato. +\[f''(x) = -\frac{4x}{(1 + x^2)^2}\] + +\paragraph{Concavità} +Troviamo dove la funzione è concava e dove è convessa.\\ +\[-\frac{4x}{(1 + x^2)^2} \geq 0\] +\[x \geq 0\] + +\paragraph{Punti di flesso} +Troviamo i punti di flesso:\\\\ +Nel nostro caso, l'unico è \(x = 0\). + +\subsection{Esercizio} +Fai un grafico qualitativo di \(log | 4 - x | + \frac{2}{|x - 4|}\). + +\paragraph{Simmetrie} +E' simmetrica per l'asse \(x = 4\), ma il punto nell'asse stesso è fuori dal dominio. +Possiamo però traslare il tutto ponendo \(x - 4 = t\)... +\[f(t) = \log(|t|) + \frac{2}{|t|}\]. +Ora la funzione \(f(t)\) è pari. + +\paragraph{Dominio} +\[{t \in \mathbb{R} : t \neq 0}\] + +\paragraph{Positività} +\begin{quote} + E' un casino! +\end{quote} + +\paragraph{Limiti} +[todo] + +\subsubsection{Derivata prima} +\begin{quote} + Il valore assoluto è una specie protetta; gli informatici non hanno la licenza di derivarlo. +\end{quote} +Dividiamo la funzione in casi. +\[\tilde{f}(t) = \begin{cases} + \log t + \frac{2}{t} \qquad t > 0\\ + \log (-t) - \frac{2}{t} \qquad t < 0 +\end{cases}\] +Deriviamo i due rami separatamente: +\[\tilde{f}'(t) = \begin{cases} + \frac{1}{t} - \frac{2}{t^2} \qquad t > 0\\ + [todo] \qquad t < 0 +\end{cases}\] + +\subsection{Studio di funzione qualitativo in un punto} +Esiste, ma non l'abbiamo fatto. + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni per ricorrenza.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni per ricorrenza.pdf new file mode 100644 index 0000000..5301d67 Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni per ricorrenza.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni per ricorrenza.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni per ricorrenza.tex new file mode 100644 index 0000000..1d85ab6 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni per ricorrenza.tex @@ -0,0 +1,159 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +% New root +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0}% +{\box0\lower0.4pt\box2}} +% End new root + +\begin{document} +\section{Successioni per ricorrenza} + +Una successione per ricorrenza è una successione definita stabilendo l'elemento di partenza \(a_0\) e l'espressione per il valore successivo \(a_{n+1}\).\\ +E' sempre definita su una semiretta dei numeri naturali: non può esistere un valore per cui non è definito un elemento ma è definito il suo successivo.\\\\ + +\( + \begin{cases} + a_0 = \alpha\\ + a_{n+1} = f(a_n) + \end{cases} +\)\\\\ + +\section{Successioni per ricorrenza monotone} +Una successione per ricorrenza è monotona se il suo risultato non ha mai punti critici, ovvero \(\) + +\subsection{Esercizio} +\paragraph{Ipotesi} +\(\begin{cases} + a_0 = \alpha\\ + a_{n+1} = \sqrt{a_n} + 100 +\end{cases}\)\\\\ + +\paragraph{Tesi} +\(\forall n \in \mathbb{N}, a_n \geq 0\) + +\paragraph{Dimostrazione} +Inizio dell'induzione:\\ +Se \(\alpha \geq 0 \), allora \(\alpha \in S\)\\\\ +Passo induttivo:\\ +\(n \in S \implies n+1 \in S \)\\ +\(a_n \geq 0 \implies a_{n+1} \geq 0\)\\ +\(\sqrt{a_n} + 100 \geq 0\)\\ +\(\sqrt{\alpha} \geq -100\)\\ +\(\alpha \geq 0\) + +\subsection{Esercizio} +\paragraph{Ipotesi} +\(\begin{cases} + a_0 = \alpha\\ + a_{n+1} = \frac{a_n}{2} + 3 +\end{cases}\) + +\paragraph{Tesi} +Limite della ricorrenza. + +\paragraph{Svolgimento} +\(a_0 = \alpha\)\\ +\(a_1 = \frac{a_0}{2} + 3 = \frac{\alpha}{2} + 3\)\\ +\(a_2 = \frac{\frac{\alpha}{2} + 3}{2} + 3 = \frac{\alpha}{4} + \frac{3}{2} + 3\)\\ +\(a_n = \frac{\alpha}{2^n} + 3 * (1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \dots + \frac{1}{2^{n-1}})\)\\ +\(a_n = \frac{\alpha}{2^n} + 3 * \displaystyle\sum_{i=\alpha}^{n-1} \frac{1}{2^i}\)\\ +Congetturo il valore della somma:\\ +[svolgimento omesso]\\ +\(= 2(1 - \frac{1}{2^n})\)\\ +Ora posso calcolare il limite:\\ +[svolgimento omesso]\\ +\(= 6\)\\ + +\section{Un modo più veloce} +\(a_n \to l\)\\ +\(a_{n+1} \to l\)\\ +\(a_{n+1} = \frac{a_n}{2} + 3\)\\ +\(\frac{a_n}{2} \to \frac{l}{2}\)\\ +\(l = \frac{l}{2} + 3\)\\ +\(l = 6\)\\\\ + +Ma \(a_n\) ha veramente limite? Se è \textbf{monotona}, ha sempre un limite.\\ +Se non ha limite, non possiamo usare questo metodo, perchè darà come risultato \(\frac{\infty}{\infty}\), una forma di indecisione. + +\subsection{Esempio} +\(\begin{cases} + a_0 = \alpha\\ + a_{n+1} = \sqrt{a_n + 2} +\end{cases}\) + +\paragraph{Svolgimento} +\(\begin{cases} + y = x\\ + y = \sqrt{x + 2} +\end{cases}\)\\ + +\(\begin{cases} + y = x\\ + x = \sqrt{x + 2} +\end{cases}\)\\ + +\(\begin{cases} + y = x\\ + x^2 = x + 2 +\end{cases}\)\\ + +\(\begin{cases} + y = x\\ + x^2 - x - 2 = 0 +\end{cases}\)\\ + +\(\begin{cases} + y = 2\\ + x = 2 +\end{cases}\)\\ + +\(l = 2\) + +\subsection{Esercizio} +\(\begin{cases} + a_0 = \alpha\\ + a_{n+1} = \sqrt{a_n + 2} +\end{cases}\)\\ +Dimostrare per induzione che \(\alpha \geq 2 \implies \forall n, a_n \geq 2\). + +\paragraph{Ipotesi} +\(S = \{n \in \mathbb{N} : a_n \geq 2\}\) + +\paragraph{Tesi} +\(S = \mathbb{N}\) + +\paragraph{Dimostrazione} +\subparagraph{Passo base} +\( + a_0 \geq 2\\ + 0 \in S +\) + +\subparagraph{Passo induttivo} +\( + n \in S \implies n+1 \in S\\ + a_n \geq 2 \implies a_{n+1} \geq 2\\ + a_n \geq 2 \implies \sqrt{a_n + 2} \geq 2\\ +\)\\ +Per ipotesi, \(a_n \geq 2\), quindi \(a_n + 2 \geq 2 + 2 = 4\) e allora \(\sqrt{a_n + 2} \geq \sqrt{4} = 2\). + +\subparagraph{Passo monotono} +Perchè la successione sia monotona, dobbiamo verificare che \(a_n+1 \leq a_n\).\\ + +\(\sqrt{a_n + 2} \leq a_n\)\\ +Arrivo alla soluzione \(a_n \leq -1 \bigcup a_n \geq 2\).\\ +Tengo solo \(a_n \geq 2\). Gli altri non sono numeri naturali. + +\subparagraph{Passo finale} +\(a_n\) monotona \(\implies a_n \to l\).\\ +Dunque, esiste un limite, finito o infinito che sia.\\ +[todo] + +\end{document} diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni.md b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni.md new file mode 100644 index 0000000..a1f36de --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Successioni.md @@ -0,0 +1,28 @@ + + +### Proposizione +Una successione _definitivamente_ limitata e' (sempre) **limitata**. + +##### Ipotesi +a(n) definitivamente limitata + +Esistono `M` e `p` tale che, per ogni n maggiore di p, a(n) <= M. + +`\exists M, p | \forall n \geq p, a(n) \leq M` + +##### Tesi +a(n) limitata + +Esiste `M'` tale che, per ogni n appartenente ai naturali, a(n) <= M'. + +`\exists M' | \forall n \in N, a(n) \leq M` + +##### Dimostrazione +Sia A l'insieme dei risultati di a(n) per tutti i numeri naturali minori di p. +A e' non-vuoto; ha un numero finito di elementi: dunque, esiste `max A = M'`. +Se `n >= p`, `a(n) \leq M \leq M'`. +Se `n < p`, `a(n) \leq M'`. +In generale, quindi, `a(n) \leq M`. + +### Successione convergente (__fondamentale per l'esame__) +Una successione a(n) e' **convergente** se `\exists l \in R | \forall \epsilon > 0, \exists m : \forall n \geq m, abs(a(n) - l) < \epsilon`, ovvero `l - \epsilon < a(n) < l + \epsilon` diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Teoremi principali.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Teoremi principali.pdf new file mode 100644 index 0000000..0fcc5c3 Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Teoremi principali.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Teoremi principali.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Teoremi principali.tex new file mode 100644 index 0000000..eebcf0d --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Teoremi principali.tex @@ -0,0 +1,288 @@ +% !TeX root = ./teoremiprincipali.tex +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +\usepackage{bm} +\usepackage{fullpage} +\usepackage{multicol} + +\begin{document} + +\section{Teorema di Bolzano-Weierstrass} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Successione \(a_n\) \textbf{limitata} (superiormente e inferiormente). +\columnbreak + \subsection{Tesi} + Esistono \textsc{infinite sottosuccessioni} (relative alla successione iniziale) convergenti. +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} + +Chiamiamo \(A_0\) l'insieme che contiene tutti i punti della successione.\\ +Eseguiamo la seguente procedura per \(k = 0\). +\begin{enumerate} + \item Chiamiamo \([\alpha_k, \beta_k]\) i due estremi dell'intervallo della successione.\\ + Prendiamo il punto medio tra i due estremi, e chiamiamolo \(\gamma_k\).\\ + Osserviamo che \(\alpha_k \leq \gamma_k \leq \beta_k\), e che la dimensione \(d_k\) dell'intervallo \([\alpha_k, \gamma_k] = [\gamma_k, \beta_k]\) è la metà di \([\alpha_k, \beta_k]\). + \item Creiamo due insiemi di punti della successione: uno con i punti tra \([\alpha_k, \gamma_k]\) e uno con i punti tra \(]\gamma_k, \beta_k]\). + \item Almeno uno dei due insiemi ha un numero infinito di punti: prendiamolo, e chiamiamolo \(A_{k+1}\). +\end{enumerate} +Possiamo ripetere questa procedura un numero infinito di volte: possiamo notare che le dimensioni dell'intervallo \(d_k = (\frac{d_0}{2^k}) \to 0\); dato che \(A_k\) contiene infiniti punti, possiamo creare una sottosuccessione che includa solo punti contenuti in \(A_k\).\\ +Essa sarà convergente per il teorema dei carabinieri ad un valore \(L\) tale che \(\alpha_0 \leq \dots \leq \alpha_k \leq L \leq \beta_k \leq \dots \leq \beta_0\). + +\newpage + +\section{Polinomio di Taylor con resto di Peano} + +\subsection{Definizioni preliminari} +\[P_{n, x_0}(x) = (\sum^{n}_{m = 0} \frac{f^{(m)}(x_0) * (x - x_0)^m}{m!})\] + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x) :\ ]a, b[ \to \mathbb{R}\), \textbf{derivabile} \(n\) volte in \(x_0\) e \(n - 1\) volte in \(]a, b[\).\\ + Punto \(x_0 \in\ ]a, b[\). +\columnbreak + \subsection{Tesi} + La funzione \(f(x)\) è \textsc{approssimabile} nel punto \(x_0\) con il polinomio \(P_{n, x_0}(x) + o(x - x_0)^n\) di grado \(n\). +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} + +Notiamo che \(P^{n}_{n, x_0}(x_0) = f^{(n)}(x_0)\).\\ +Proviamo a calcolare il seguente limite, che ci sarà utile nel prossimo passaggio: +\[\lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - P_{n - 1, x_0}(x)}{(x - x_0)^n} =^{DH} \lim_{x \to x_0} \frac{f^{(1)}(x) - P^{(1)}_{n - 1, x_0}(x)}{n * (x - x_0)^{n - 1}} =^{\infty DH} \lim_{x \to x_0} \frac{f^{(n - 1)}(x) - P^{(n - 1)}_{n - 1, x_0}(x)}{n! * (x - x_0)^{1}} =\] +\[= \lim_{x \to x_0} \frac{f^{(n - 1)}(x) - f^{(n - 1)}(x_0)}{n! * (x - x_0)}\] +Ora siamo pronti a calcolare il limite con \(n\) invece che \(n - 1\): +\[\lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - P_{n, x_0}(x)}{(x - x_0)^n}\] +Estraiamo un termine dal polinomio: +\[\lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - P_{n - 1, x_0}(x) - \frac{f^{(n)}(x_0) * (x - x_0)^n}{n!}}{(x - x_0)^n}\] +Raccogliamo termini in modo da formare il limite precedente: +\[\lim_{x \to x_0} ( \frac{f(x) - P_{n - 1, x_0}(x)}{(x - x_0)^n} - \frac{\frac{f^{(n)}(x_0) * (x - x_0)^n}{n!}}{(x - x_0)^n} ) \] +Facciamo uscire dal limite le costanti: +\[- \frac{f^{(n)}(x_0)}{n!} + \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - P_{n - 1, x_0}(x)}{(x - x_0)^n}\] +Per il limite precedente: +\[- \frac{f^{(n)}(x_0)}{n!} + \lim_{x \to x_0} \frac{f^{(n - 1)}(x) - f^{(n - 1)}(x_0)}{n! * (x - x_0)}\] +Raccogliamo \(\frac{1}{n!}\): +\[\frac{1}{n!} (- f^{(n)}(x_0) + \lim_{x \to x_0} \frac{f^{(n - 1)}(x) - f^{(n - 1)}(x_0)}{(x - x_0)})\] +Abbiamo ottenuto un rapporto incrementale, il che significa che: +\[\frac{1}{n!} (- f^{(n)}(x_0) + f^{(n)}(x_0)) = 0\] + +\newpage + +\section{Teorema di esistenza degli zeri} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x) : [a_0, b_0] \to \mathbb{R}\) \textbf{continua}.\\ + \(f(a_0) = f(b_0)\). +\columnbreak + \subsection{Tesi} + Esiste \textsc{almeno un punto} in cui \(f(x) = 0\). +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} + +Notiamo che \(f(a_0) * f(b_0) \leq 0\) (ovvero è negativa, cioè hanno due segni diversi).\\ +Definiamo la seguente procedura: +\begin{enumerate} + \item Bisezioniamo l'intervallo \([a_n, b_n]\) in \([a_n, z_n]\) e \([z_n, b_n]\). + \item Almeno uno dei due intervalli è tale che \(f(inizio) * f(fine) \leq 0\) (negativo). + \item Prendiamo un intervallo per il quale il prodotto precedente è negativo, e chiamiamolo \([a_{n+1}, b_{n+1}]\). +\end{enumerate} +Ripetendo infinite volte la procedura, partendo dall'intervallo \([a_0, b_0]\), otterremo un intervallo sempre più "verticalmente stretto" \([a_n, b_n]\).\\ +Possiamo notare che \(a_0 \leq a_n \leq b_n \leq b_0\), e che entrambe le successioni tendono allo stesso numero \(a_n \to x\) e \(b_n \to x\).\\ +Calcoliamo nuovamente \(f(a_n) * f(b_n)\): sappiamo che risulta essere \(\leq 0\), ma possiamo sostituire il limite: \(f(x) * f(x) \leq 0\).\\ +Dunque, abbiamo che \(f(x)^2 \leq 0\), e quindi che \(\exists x : f(x) = 0\). + +\newpage + +\section{Teorema di Weierstrass} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x) : [a, b] \to \mathbb{R}\) \textbf{continua}. +\columnbreak + \subsection{Tesi} + \(f(x)\) assume entro \([a, b]\) un \textsc{valore massimo} e un \textsc{valore minimo}. +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione per il massimo} +Chiamiamo \(M = sup(f)\) l'estremo superiore della funzione f: vogliamo dimostrare che esso è anche il massimo, e che quindi il massimo esiste per la funzione.\\ +Dobbiamo quindi \textsc{trovare un valore} \(x\) tale che \(f(x) = M\).\\ +Creiamo una successione \(y_n\) che ci aiuti a trovare il valore di \(f(x)\): +\begin{itemize} + \item Se \(M = +\infty\), allora \(y_n = n\) (in modo che la successione \(\to +\infty\)). + \item Se \(M \neq +\infty\), allora \(y_n = M - \frac{1}{n}\) (in modo che la successione \(\to M\)). +\end{itemize} +Possiamo dire che \(y_n < M\), ed essendo \(M\) il minimo dei maggioranti di \(f : [a, b]\): +\[\forall n, \exists x_n : (y_n < f(x_n) \leq M) \land (a < x_n \leq b) \] +Passando al limite, per il \textit{teorema dei carabinieri} abbiamo che \(f(x_n) \to M\).\\ +Inoltre, per il \textit{teorema di Bolzano-Weierstrass} sappiamo che esiste una sottosuccessione convergente \(x_{k_n} \to x\) di \(x_n\).\\ +Essendo la funzione \textit{continua}, allora \(x_{k_n} \to x \implies f(x_{k_n}) \to f(x)\).\\ +Essendo però la sottosuccessione \textit{un'estratta}, allora abbiamo anche che \(f(x_{k_n}) \to M\).\\ +Per il \textit{teorema dell'unicità del limite} allora deduciamo che \(M = f(x_{k_n})\), e quindi che \(x_{k_n} = x\). + +\subsection{Dimostrazione per il minimo} +La stessa cosa, ma con \(inf(f) = -sup(-f)\). + +\newpage + +\section{Teorema di Fermat} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x) : [a, b] \to \mathbb{R}\) \textbf{derivabile} in un punto \(x_0 \in\ ]a, b[\).\\ + \(x_0\) punto di estremo locale. +\columnbreak + \subsection{Tesi} + \(f'(x_0) = 0\). + +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione per il minimo locale} +Sappiamo che se \(x_0\) è un \textbf{minimo locale}, esiste obbligatoriamente un intorno \(I \subset [a, b]\) in cui \(\forall x \in I, f(x_0) \leq f(x)\).\\ +Possiamo provare a calcolare il suo rapporto incrementale: \(\lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0}\).\\ +Notiamo che mentre il numeratore è sempre positivo, il denominatore cambia in base a se \(x > x_0\).\\ +Allora, \(f'_-(x_0) \leq 0\), e \(f'_+(x_0) \geq 0\).\\ +Essendo la funzione \textbf{derivabile}, e quindi \(f'_-(x) = f'_+(x)\) l'unica possibilità è che \(f(x_0) = 0\). + +\subsection{Dimostrazione per il massimo locale} +La stessa cosa, ma con \(-f\). + +\newpage + +\section{Teorema di Rolle} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x)\) tale che + \begin{itemize} + \item sia \textbf{continua} in \([a, b]\) + \item sia \textbf{derivabile} in \([a, b]\) + \item \(f(a) = f(b)\) + \end{itemize} +\columnbreak + \subsection{Tesi} + \(\exists x_0 : f'(x_0) = 0\) (ovvero la funzione è \textsc{costante} o ha \textsc{almeno un punto stazionario}) +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} +Se la funzione è \textbf{continua}, allora per il \textit{teorema di Weierstrass} sappiamo che ha almeno un punto di massimo \(x_M\) e uno di minimo \(x_m\) in \([a, b]\).\\ +Se i valori di entrambi i due punti coincidono con \(f(a) = f(b)\), allora la funzione è \textsc{costante}.\\ +Se almeno uno dei due valori è diverso da \(f(a) = f(b)\), allora per il \textit{teorema di Fermat} \(f'(x_0) = 0\). + +\newpage + +\section{Teorema di Cauchy} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzioni \(f(x)\) e \(g(x)\) tale che + \begin{itemize} + \item siano \textbf{continue} in \([a, b]\) + \item siano \textbf{derivabili} in \([a, b]\) + \end{itemize} +\columnbreak + \subsection{Tesi} + \(\exists c : ((f(a) - f(b))g'(c) = (g(a) - g(b))f'(c))\) +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} +Creiamo una funzione \(w\) tale che \(w(x) = (f(a) - f(b))g(x) - (g(a) - g(b))f(x))\).\\ +Essendo formata dalla differenza di due funzioni \textbf{continue}, è anche essa continua.\\ +Essendo formata dalla differenza di due funzioni \textbf{derivabili}, è anche essa derivabile.\\ +Sostituendo, notiamo che \(w(a) = w(b)\).\\ +Allora, per il teorema di Rolle, sappiamo che ha un punto stazionario \(c\) tale che \(w'(c) = 0\).\\ +Con \(w'(c) = 0\), abbiamo che \(\exists c : ((f(a) - f(b))g'(c) = (g(a) - g(b))f'(c))\). + +\subsection{Significato geometrico} +Il significato geometrico del teorema di Cauchy è che presa una qualsiasi curva, essa ha almeno un punto in cui la pendenza è uguale alla pendenza della retta tra i punti a e b. + +\newpage + +\section{Teorema di Lagrange} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x)\) tale che + \begin{itemize} + \item sia \textbf{continua} in \([a, b]\) + \item sia \textbf{derivabile} in \([a, b]\) + \end{itemize} +\columnbreak + \subsection{Tesi} + \(\exists c : f'(c) = \frac{f(b) - f(a)}{b - a}\) +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} +Il \textit{Teorema di Cauchy}, con \(g(x) = x\). + +\newpage + +\section{Teorema della media integrale} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + \begin{enumerate} + \item Funzione \(f(x)\) \textbf{integrabile} in \([a, b]\) + \item Funzione \(f(x)\) \textbf{continua} + \end{enumerate} +\columnbreak + \subsection{Tesi} + \begin{enumerate} + \item \(inf(f) \leq \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) \leq sup(f) \) + \item \(\exists z : (\frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) = f(z))\) + \end{enumerate} +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} +Per la definizione di integrale, \(inf(f) < f(x) < sup(f)\), quindi anche \(inf(f) < \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) < sup(f) \).\\ +Se la funzione è anche \textbf{continua}, allora per \textit{Weierstrass} esistono un massimo \(M\) e un minimo \(m\).\\ +Allora, \(\forall x, m \leq f(x) \leq M\).\\ +Ma per la definizione di integrale, \(m = \int_a^b m dx \leq \int_a^b f(x) dx \leq \int_a^b M dx = M \).\\ +E in particolare, \(m \leq \frac{1}{b - a} \int_a^b f(x) dx \leq M\). + +\newpage + +\section{Teorema fondamentale del calcolo integrale} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x)\) \textbf{integrabile} in \(]a, b[\)\\ + Funzione \(G(x) : ]a, b[\) \textbf{primitiva} di \(f(x)\) +\columnbreak + \subsection{Tesi} + \(\int_a^b f(x) dx = G(b) - G(a) = [G(x)]^b_a\) +\end{multicols} + +\subsection{Dimostrazione} +Prolunghiamo la primitiva \(G(x)\) per continuità: +\begin{itemize} + \item \(G(a^+) = \lim_{x \to a^+} f(x)\) + \item \(G(b^-) = \lim_{x \to b^-} f(x)\) +\end{itemize} +La primitiva ora è continua in \([a, b]\).\\ +Possiamo allora partizionarla in un numero infinito di intervalli \([a, x_i] = \dots = [x_j, b]\).\\ +Per il \textit{teorema di Lagrange}, \(\forall\ partizione\ "n" [c, d], \exists z : G(d_n) - G(c_n) = G'(z_n)(d_n - c_n) = f(z_n)(d_n - c_n)\).\\ +Allora, possiamo dire che \(G(b) - G(a) = \sum_{j = 0}^n f(z_j)(d_j - c_j) = S_j\).\\ +Abbiamo dunque una somma di Cauchy-Riemann, e possiamo dire che \(G(b) - G(a) = \int_a^b f(x)\). + +\newpage + +\section{Secondo teorema fondamentale del calcolo integrale} + +\begin{multicols}{2} + \subsection{Ipotesi} + Funzione \(f(x)\) \textbf{integrabile}.\\ + Funzione \(F(x) = \int_{x_0}^x f(x) dx\) +\columnbreak + \subsection{Tesi} + Funzione \(F(x)\) \textsc{continua} + \(f(x)\ continua \implies F'(x) = f(x)\) +\end{multicols} + +\end{document} diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Weierstrass.pdf b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Weierstrass.pdf new file mode 100644 index 0000000..602f54b Binary files /dev/null and b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Weierstrass.pdf differ diff --git a/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Weierstrass.tex b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Weierstrass.tex new file mode 100644 index 0000000..aef5369 --- /dev/null +++ b/1 - Analisi matematica/1 - Appunti/X - Weierstrass.tex @@ -0,0 +1,49 @@ +\documentclass{article} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{centernot} +% New symbols +\let\oldsqrt\sqrt +\def\sqrt{\mathpalette\DHLhksqrt} +\def\DHLhksqrt#1#2{% +\setbox0=\hbox{$#1\oldsqrt{#2\,}$}\dimen0=\ht0 +\advance\dimen0-0.2\ht0 +\setbox2=\hbox{\vrule height\ht0 depth -\dimen0} +{\box0\lower0.4pt\box2}} +\newcommand{\iu}{\mathrm{i}\mkern1mu} +% End new symbols +\begin{document} + +\section{Teorema di Weierstrass} + +\paragraph{Ipotesi} +\footnotesize Devo scrivere per forza qualcosa qua.\\\normalsize +\([a, b]\) intervallo \textit{chiuso} e \textit{limitato}\\ +\(f\) continua su \([a, b]\) + +\paragraph{Tesi} +\(f\) ha \textit{massimo} e \textit{minimo} su \([ a, b ]\)\\ +\[\exists x_M, \exists x_n : f(x_M) \leq f(x) \leq f(x_n)\] + +\paragraph{Tabella lettere} +\footnotesize Per capirci qualcosa in più.\\\normalsize +\(f\) \quad funzione\\ +\(M\) \quad reale, estremo superiore della funzione\\ +\(x_M\) \quad reale, punto in cui la funzione raggiunge il valore di \(M\)\\ +\(x_n\) \quad successione, ???\\ +\(y_n\) \quad successione, ??? + +\paragraph{Dimostrazione} +\footnotesize Dimostrazione per il minimo omessa, in quanto opposta di questa.\\\\\normalsize +Sia \(M = sup(f) = sup \{f(x) : x \in [a, b]\}\).\\\\ +Devo dimostrare che M venga raggiunto in almeno un punto della funzione: \(\exists x_M \in [a, b]\) tale che \(f(x_M) = M\).\\\\ +\(M\) è il minimo dei maggioranti; se considero un qualsiasi numero \(y_n < M\), questo \textit{non è un maggiorante} per la definizione di estremo superiore.\\\\ +Allora, creo una successione \(x_n\) in modo che \(y_n < f(x_n) \leq M\).\\\\ +Dato che \(y_n\) tende ad \(M\), per il \textsc{Teorema dei Carabinieri} \(f(x_n) \to M\).\\\\ +Il fatto che \(x_n\) sia \(\in [a, b]\) ci fa dire che la successione sia \textit{limitata}.\\\\ +Essendo limitata, per il \textsc{Teorema di Bolzano-Weierstrass} possiamo estrarre sicuramente una sottosuccessione \(x_{n_k}\) tale che essa tenda a un valore finito \(\to x_M\).\\\\ +Essendo \(f\) una funzione continua, allora \(f(x_{n_k} \to f(x_n)\).\\\\ +Dato che tutte le sottosuccessioni estratte tendono allo stesso valore, allora possiamo dire che \(M = f(x_M)\). + +\end{document} \ No newline at end of file