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Academic year: 2021

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Testo completo

(1)

Matematica Lezione 10

Sonia Cannas

9/11/2018

(2)

Le funzioni lineari sono definite mediante polinomi di primo grado, quindi sono della forma

f (x ) = mx + q cio` e sono rette.

Le abbiamo gi` a studiate nelle lezioni 5 e 6.

(3)

Le funzioni potenza sono della forma

f (x ) = ax

n

a ∈ R, n ∈ Q Analizziamo prima il caso in cui n ∈ N \ {0}.

n=1

Le funzioni potenza f (x ) = ax sono funzioni lineari.

n=2

Le funzioni potenza f (x ) = ax

2

, dette anche funzioni quadrato, sono

parabole.

(4)

n=3

La funzione potenza f (x ) = x

3

` e detta anche funzione cubo.

Per disegnarne il grafico possiamo osservare che:

il dominio ` e R;

f (0) = 0, cio` e se x = 0 ⇒ f (0) = 0

3

= 0, quindi il grafico passer` a per l’origine (0, 0);

`

e una funzione dispari, infatti

f (−x ) = (−x )

3

= −x

3

⇒ −f (−x) = −(−x

3

) = x

3

= f (x ) quindi il grafico ` e simmetrico rispetto all’origine;

∀x > 0 risulta x

3

> 0, quindi il grafico sar` a al di sopra dell’asse x nell’intervallo (0, +∞);

essendo simmetrica rispetto all’origine il grafico sar` a al di sotto

dell’asse x nell’intervallo (−∞, 0);

(5)

n=3

∀x

1

, x

2

∈ R con x

1

< x

2

, si ha

f (x

1

) = (x

1

)

3

f (x

2

) = (x

2

)

3

e, poich´ e x

1

< x

2

, risulta f (x

1

) < f (x

2

), quindi la funzione ` e strettamente crescente.

Osservazione

Per x ≥ 1 risulta x

3

≥ x

2

, quindi nell’intervallo [1, +∞) il grafico di

f (x ) = x

3

sar` a al di sopra di quello di f (x ) = x

2

.

(6)

x

In blu f (x ) = x

2

.

In rosso f (x ) = x

3

.

(7)

n=4

Consideriamo la funzione potenza f (x ) = x

4

. Per disegnarne il grafico possiamo osservare che:

il dominio ` e R;

f (0) = 0, cio` e se x = 0 ⇒ f (0) = 0

4

= 0, quindi il grafico passer` a per l’origine (0, 0);

`

e una funzione pari, infatti

f (−x ) = (−x )

4

= x

4

= f (x ) quindi il grafico ` e simmetrico rispetto all’asse y ;

∀x ∈ R risulta x

4

> 0, quindi il grafico sar` a al di sopra dell’asse x ;

(8)

n=4

∀x

1

, x

2

∈ (0, +∞), con x

1

< x

2

, si ha f (x

1

) = (x

1

)

4

f (x

2

) = (x

2

)

4

e, poich´ e x

1

< x

2

, risulta f (x

1

) < f (x

2

), quindi la funzione ` e strettamente crescente nell’intervallo (0, +∞).

essendo simmetrica rispetto all’asse y , nell’intervallo (−∞, 0) la funzione sar` a strettamente decrescente.

Osservazione

Per x ≥ 1 risulta x

4

≥ x

2

, quindi nell’intervallo [1, +∞) il grafico di

f (x ) = x

4

sar` a al di sopra di quello di f (x ) = x

2

.

(9)

x y

In blu f (x ) = x

2

.

In rosso f (x ) = x

3

.

In grigio f (x ) = x

4

.

(10)

In generale i grafici delle funzioni potenza f (x ) = x

n

con n ∈ N, n ≤ 2, sono di due tipi.

n pari

La funzione ` e pari:

la funzione ` e strettamente decrescente in (−∞, 0) e strettamente crescente in (0, ∞)

n dispari

La funzione ` e dispari;

la funione ` e strettamente crescente.

Caratteristiche comuni Tutte le funzioni potenza

hanno dominio D = R;

passano per l’origine (0, 0).

(11)

Osservazione

Le funzioni f (x ) = ax

n

hanno diversi grafici al variare di a ∈ R

+

, ma soddisfano le caratteristiche elencate in precedenza.

Osservazione

Se a ∈ R

si hanno i seguenti casi:

se n ` e pari la funzione ` e simmetrica rispetto all’asse x ;

se n ` e dispari la funzione ` e simmetrica rispetto all’origine.

(12)

Analizziamo ora il caso di funzioni potenza f (x ) = x

n

dove l’esponente ` e frazionario e positivo.

n =

12

Consideriamo f (x ) = √ x .

Per disegnarne il grafico possiamo osservare che:

`

e definita per x ≥ 0, quindi il suo dominio D = [0, +∞);

f (0) = √

0 = 0, quindi il grafico passa per l’origine (0, 0);

poich´ e la radice di un numero non negativo ` e sempre un numero non

negativo, la funzione ` e positiva, quindi il grafico ` e al di sopra dell’asse

x ;

(13)

n =

12

∀x

1

, x

2

∈ [0, +∞), con x

1

< x

2

, si ha f (x

1

) = √

x

1

f (x

2

) = √

x

2

e, poich´ e x

1

< x

2

, risulta √

x

1

< √

x

2

, quindi f (x

1

) < f (x

2

). Di conseguenza la funzione ` e strettamente crescente nell’intervallo [0, +∞).

x

y

(14)

n =

13

Consideriamo f (x ) = √

3

x .

Per disegnarne il grafico possiamo osservare che:

` e definita ∀x ∈ R, quindi il suo dominio D = (−∞, +∞);

f (0) = √

3

0 = 0, quindi il grafico passa per l’origine (0, 0);

poich´ e la radice cubica di un numero reale ` e positiva se x > 0, nell’intervallo (0, +∞) la funzione ` e sopra l’asse x ;

poich´ e la radice cubica di un numero reale ` e negativa se x < 0, nell’intervallo (−∞, 0) la funzione ` e sotto l’asse x ;

`

e una funzione dispari, infatti:

f (−x ) = √

3

−x = − √

3

x ⇒ −f (−x) = −(− √

3

x ) = √

3

3 = f (x ).

(15)

x

y

(16)

Osservazione

Le funzioni f (x ) = ax

n

con esponente n negativo diventano funzioni

razionali fratte.

(17)

Abbiamo definito il concetto di potenza per esponenti naturali, interi e razionali.

I fenomeni che si evolvono nel tempo in senso discreto, cio` e considerando

il corso degli anni o dei giorni, possono essere rappresentati da una

funzione y = f (n), dove n ∈ N rappresenta il numero di giorni o anni.

(18)

Esempio

La mitosi ` e un processo di riproduzione cellulare: da una cellula diploide se ne formano due con lo stesso patrimonio cromosomico. Se N

0

rappresenta il numero iniziale delle cellule, l’evoluzione dell’accrescimento cellulare mediante il fenomeno della mitosi il seguente:

N

1

= 2N

0

N

2

= 2N

1

= 2(2N

0

) = 2

2

N

0

N

3

= 2N

2

= 2(2

2

N

0

) = 2

3

N

0

.. .

N

k

= 2

k

N

0

La funzione che rappresenta tale processo ` e f (n) = N

0

· 2

n

, dove il

dominio D = N \ {0}.

(19)

` E possibile definire il concetto di potenza anche per esponenti irrazionali con base positiva, quindi per tutti i numeri reali con base positiva. I fenomeni che si evolvono nel tempo in senso continuo, cio` e considerando la lancetta dei secondi che scorre con continuit` a, si descrivono con potenze con esponenti reali.

Definizione (Funzione esponenziale)

Si definisce funzione esponenziale di base a, con a positivo e diverso da 1, la funzione:

y = a

x

con a > 0, a 6= 1 (1)

Esempio

Alcuni esempi di funzioni esponenziali:

x

 1 

x

−3x −3



x

 1 

x

 1 

x

(20)

Attenzione

La base a ` e un numero fissato, l’incognita ` e l’esponente.

Per disegnare i grafico distinguiamo il caso a > 1 dal caso 0 < a < 1.

Caso a > 1

Il dominio D = R;

essendo la base a > 0, la funzione f (x ) = a

x

` e positiva, quindi il grafico ` e al di sopra dell’asse x ;

se x = 0 allora y = a

x

= 1, quindi il grafico passa per il punto (0, 1);

∀x

1

, x

2

∈ R, se x

1

< x

2

si ha a

x1

< a

x2

, quindi f (x

1

) < f (x

2

). Di

conseguenza la funzione ` e strettamente crescente.

(21)

x y

Esiste un valore della

base della funzione espo-

nenziale particolarmente

interessante: si tratta del

numero di Nepero, un

numero irrazionale che si

indica con la lettera e le

cui prime cifre decimali

sono: 2, 718281 . . . .

In blu il grafico dell’espo-

nenziale y = e

x

.

(22)

Osservazione

Le funzioni y = e

kx

, con k > 0, hanno lo stesso andamento qualitativo

della funzione y = e

x

.

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