Forma indeterminata: regola di De L’Hospital

Renè Magritte

Renè Magritte

La regola di De L’Hospital è utilissima nel calcolo dei limiti che si presentano nella forma indeterminata.Si pensi che il marchese De l’Hospital visse nella metà del 1600 ed era allievo di Bernoulli; quest’ultimo fu un grande matematico svizzero esperto di calcolo differenziale e integrale: in tale famiglia sicuramente la matematica e la fisica eranon di casa. Il conosciuto teorema di Bernoulli, applicato nella dinamica dei fluidi e che giustifica il volo degli aerei,  è stato elaborato dal figlio.

Ritengo fondamentale che la trattazione dell’analisi ponga l’argomento delle derivate dopo quello dei limiti e che quest’ultimi vengano spiegati tramite la teoria NSA; grazie a ciò l’applicazione del menzionato teorema ha la sua massima valenza.

Ecco il teorema:

Se sviluppando un limite ci si trova nella forma:

\cfrac{0}{0}

oppure nella forma:

\cfrac{\infty}{\infty}

allora si può applicare il teorema:

(1) \underset{x\rightarrow c}{lim}\cfrac{f(x)}{g(x)}=\underset{x\rightarrow c}{lim}\cfrac{f'(x)}{g'(x)}

ossia posso fare la derivata del numeratore e del denominatore

N.B. NON LA DERIVATA DEL QUOZIENTE DI FUNZIONE ma la DERIVATA DEL NUMERATORE E DEL DENOMINATORE!

La (1) vale anche in questo caso:

(2) \underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{f(x)}{g(x)}=\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{f'(x)}{g'(x)}

Esempio nel caso \cfrac{0}{0}

\underset{x\rightarrow1}{lim}\cfrac{2x^{2}-2x}{x-1}=\underset{x\rightarrow1}{lim}\cfrac{4x-2}{1}=2

Esempio nel caso \cfrac{\infty}{\infty}

\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{2x-1}{3x+1}=\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{2}{3}=\cfrac{2}{3}

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Limiti: asintoto obliquo

Renè Magritte

Una retta sul piano può essere parallela all’asse delle ascisse (orizzontale), parallela all’asse delle ordinate (verticale) e quindi, conseguentemente anche obliqua.

In maniera analoga un asintoto può essere verticale, orizzontale ed obliquo.

Per la presenza di un asintoto obliquo DEVONO essere vere le seguenti due condizioni basta che una delle due non sia soddisfatta che l’asintoto non sia presente:

(1) \underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{f(x)}{x}=m

che mi fornisce il coefficiente angolare della “retta” asintoto

(2) \underset{x\rightarrow\infty}{lim}\left[f(x)-mx\right]=q

Ribadisco il fatto che è sufficiente che una delle due non sia vera ossia che mi dia un limite non finito affinché non vi sia il limite obliquo.

Ecco immediatamente un esempio:

sia f(x)=\cfrac{3x^{2}}{2x-1}

allora applico la (1)

\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{\cfrac{3x^{2}}{2x-1}}{x}=\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{3x^{2}}{2x-1}\cdot\cfrac{1}{x}=\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{3x}{2x-1}=\cfrac{3}{2}=m

 

adesso applico la (2) per trovare la q

\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\left[\cfrac{3x^{2}}{2x-1}-\cfrac{3}{2}x\right]=\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{6x^{2}-3x(2x-1)}{(2x-1)\cdot2}=\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{6x^{2}-6x^{2}+3x}{(2x-1)\cdot2}=\underset{x\rightarrow\infty}{lim}\cfrac{3x}{4x-2}=\cfrac{3}{4}=q

l’asintoto è:

y=\cfrac{3}{2}x+\cfrac{3}{4}

Il grafico risulta:

 

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Limiti: asintoto orizzontale

Renè Magritte

Un asintoto oltre che verticale può essere anche orizzontale, ossia parallelo all’asse delle ascisse.

Per la sua presenza deve valere la seguente relazione:

(1) \underset{x\rightarrow\infty}{lim}f(x)=a

La (1) afferma che quando x assume valori molto grandi, infinitamente grandi, la funzione tende a un valore finito ossia ad un asintoto orizzontale.

Ecco alcuni esempi della presenza di asintoti verticali:

(2) \underset{x\rightarrow+\infty}{lim}\cfrac{x-5}{2x+1}=\cfrac{1}{2}

in questo caso la (2) ci fornisce un asintoto orizzontale con valore

y=\cfrac{1}{2}

Per meglio evidenziare tale fatto ecco il grafico della funzione:

(3) \underset{x\rightarrow-\infty}{lim}\cfrac{4x-5}{2x+6}=2

in questo caso l’asintoto è:

y=2

Ecco il grafico della funzione:

 

 

 

 

 

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Protetto: Materiale per esame ECDL

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Esercizi sul M.C.D. e m.c.m tra monomi

 

Prima di cominciare gli esercizi, preferisco ridefinire il procedimento.

m.c.m. lettere comuni e non comuni con il massimo esponente.

M.C.D. SOLO lettere comuni con l’esponente più basso

Determinare il m.c.m ed il M.C.D. trai seguenti monomi:

1) a^{4}; a^{10}; a^{16}

2) 5a; 20a; 16a

3) 4a^{4};10a^{4}; 12a^{12}

4) 3a^{3}b^{9};12a^{4}b^{6}; 6a^{6}b^{4}

5) 15a^{3}b; 6a^{2}b^{3}c; 10a^{2}c^{2}

6) -2xy^{3}z; 6x^{3}yz8x^{3}z

7) 72a^{3}b^{2}; 18a^{2}b^{3}x^{2}; 15a^{4}b^{4}x

8) \cfrac{1}{4}ab^{2}c^{2}; -3a^{2}b^{2}c^{2}; -\cfrac{1}{2}a^{3}b^{2}c^{2}

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Limiti infiniti: asintoto verticale: approfondimento

Jacek jerka

Nell’introduzione avevo accennato al fatto che studiare cosa accade ad una funzione nell’intorno di un punto significa studiare il limite a destra e a sinistra.Tale studio, com’è consuetudine, in analisi si riassume in tali forme:

(1) \underset{x\rightarrow c^{+}}{lim}f(x)=\pm\infty

(2) \underset{x\rightarrow c^{-}}{lim}f(x)=\pm\infty

la (1) descrive il fatto che si studia l’andamento della funzione quando ci si avvicina al valore c provenendo da destra.

la (2) descrive il fatto che si studia l’andamento della funzione quando ci si avvicina al valore c provenendo da sinistra.

Ad esempio: assumo che c=2 allora provenire da sinistra significa prendere i seguenti valori: 1,8; 1,9; 1,91 e così via; provenire da destra significa prendere i seguenti valori 2,2; 2,1; 2,001 e così via.

Ancora provenire da destra significa prendere valori >2 mentre provenire da sinistra significa prendere valori <2.

Per capire se la funzione assume un valore +\infty o -\infty si deve studiare il segno della funzione in un intorno del valore a cui tende la x.

Ecco un esempio:

(3) \underset{x\rightarrow2^{+}}{lim}\cfrac{1}{x-2}=+\infty

(4) \underset{x\rightarrow2^{-}}{lim}\cfrac{1}{x-2}=-\infty

Infatti:

– il dominio è tutto Re escludendo il valore in cui si annulla il denominatore ossia 2.

– devo studiare la seguente disequazione:

\cfrac{1}{x-2}>0.

Per x>2 la funzione è positiva mentre per x<2 la funzione è negativa.

La regola è:

per studiare i limiti nella forma (1) e (2) si deve studiare la disequazione della funzione  di cui si deve studiare il limite.

Tale regola giustifica il continuo studio delle disequazioni frazionarie negli anni scolastici precedenti!

Quindi si ha sempre un asintoto verticale ma la funzione ha un andamento diverso.

Il grafico della funzione:

f(x)=\cfrac{1}{x-2} è:

Si nota che:

all’avvicinarsi a 2 da destra la funzione assume valori sempre positivi al limite infinitesimamente positivi;

all’avvicinarsi a 2 da sinistra la funzione assume valori sempre negativi al limite infinitesimamente negativi.

 

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Limiti infiniti – asintoto verticale

Jacek Yerka

Il concetto di infinito lo si affronta solo all’ultimo anno delle superiori come se esso non fosse già ben presente nella quotidianità.

(1) \underset{x\rightarrow c}{lim}f(x)=+\infty.

(2) \underset{x\rightarrow c}{lim}f(x)=-\infty.

Per dare un’applicazione pratica immediata si sappia che tale limite permette di definire l’asintoto verticale.

Un asintoto è una retta a cui la funzione di partenza tende ad avvicinarsi senza però mai toccarla: asintoto=senza sintesi ossia privo di unione, nel senso che le curve non si toccano.

Si noi che nella (1) e nella (2) ho fatto uso di +\infty e -\infty ossia esiste un infinito positivo ed un infinito negativo: si pensi ai numeri positivi: essi sono infiniti, in senso positivo; mentre quelli negativi sono infiniti in senso negativo.

Per determinare gli asintoti verticali si considerino i punti in cui la funzione non è definita ossia quei punti che sono esclusi dal dominio.

Esempio pratico immediato:

Si consideri la funzione:

f(x)=\cfrac{1}{x^{2}}

essa è definita per ogni valore di x escluso il punto 0.

Studiamo cosa accade un tale punto:

\underset{x\rightarrow0}{lim}\cfrac{1}{x^{2}}=+\infty

ossia se si sostituiscono valori sempre più piccoli di x si noti che il valore della funzione assume sempre valori più grandi: al limite, appunto, ci si trova  con un numero così grande che sinteticamente viene scritto +\infty .

Per completezza e per dare una rappresentazione grafica tale curva, sul piano cartesiano ha il seguente andamento:

Tale curva ha proprio un asintoto verticale coincidente con l’asse delle ordinate.

 

 

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Limiti: esercizi sulla prima definizione

Jacek Yerka

 

1) \underset{x\rightarrow9}{lim}3-\sqrt{x}.

2) \underset{x\rightarrow2}{lim}\cfrac{x+2}{3x}.

3) \underset{x\rightarrow2}{lim}3^{2-x}.

4) \underset{x\rightarrow1}{lim}\cfrac{x^{2}-3x+2}{x+4}.

5) \underset{x\rightarrow3}{lim}\left(\cfrac{4}{x}+\cfrac{3x}{x+3}\right).

6) \underset{x\rightarrow-1}{lim}\left(\sqrt{1+x^{2}}\right).

7) \underset{x\rightarrow0}{lim}\cfrac{x^{2}-2}{\sqrt{x+4}}.

8) \underset{x\rightarrow1}{lim}\cfrac{e^{x}-2x}{e^{x}-2}.

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Il m.cm. e M.C.D. tra monomi

Prima di affrontarle il mcm e MCD per i monomi è interessante richiamarli dal punto di vista algebrico:

m.c.m: il minimo comune multiplo è il prodotto di tutti i fattori comuni e non comuni presi con il massimo esponente.

M.C.D. il massimo comune divisore invece è il prodotto dei SOLI fattori comuni presi con l’esponente più basso.

Ecco una lezione interessante sul mcm tra monomi:

Ecco una lezione interessante sul M.C.D. tra i monomi

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L’infinito

In matematica il concetto di infinito procura spesso grandi dubbi esattamente come la più grande poesia di ogni tempo che il genio di Leopardi ci ha regalato:

« Sempre caro mi fu quest’ermo colle,
e questa siepe, che da tanta parte
dell’ultimo orizzonte il guardo esclude.
Ma sedendo e mirando, interminati
spazi di là da quella, e sovrumani
silenzi, e profondissima quïete
io nel pensier mi fingo, ove per poco
il cor non si spaura. E come il vento
odo stormir tra queste piante, io quello
infinito silenzio a questa voce
vo comparando: e mi sovvien l’eterno,
e le morte stagioni, e la presente
e viva, e il suon di lei. Così tra questa
immensità s’annega il pensier mio:
e il naufragar m’è dolce in questo mare»

Tornando però nell’ambito matematico l’infinito è un concetto collegato a quello di asintoto. L’asintoto è una retta immaginaria a cui la funzione cerca di avvicinarsi ma a cui non arriva mai.

E’ come il concetto di velocità della luce: ad essa non ci si può mai arrivare ma solo tendere in quanto per arrivarci bisognerebbe avere una massa infinitamente piccola se non nulla; tale velocità infatti è raggiungibile solo dall’energia!

 

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