Esercizi di Analisi Matematica
Ingegneria Meccanica
(corso tenuto dal dott. B. Palumbo) A.A. 2007-08
PRINCIPIO DI INDUZIONE
A.1 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
) 6 ( 6
) 1 6 ( ) 6 )(
5 ( 1 25
1
nn n k
k
n k
.
A.2 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
) 3 2 ( 3
) 13 6 ( ) 3 2 )(
1 2 (
7 8 4
1 2
n
n n k
k
k k
n
k
.
A.3 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
1 ) 1 ( )
1 (
) 2 )(
1 (
1
n
n n k
k k k
n
k
.
A.4 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
)!
1 2 ( 1 1 )!
1 2 (
1 2 4
1 2
k n
k k
n
k
.
A.5 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
)!
2 2 (
1 2
1 )!
2 2 (
1 6 4
1 2
k n
k k
n
k
.
A.6 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
2
1 2
2 5
) 2 (
1 4 ) 2 (
) 1 (
n
n k
k k
n
k
.
A.7 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
2 log
! ) 1 log(
) log(
) 1 log(
2
n
n k
k
n
k k
.
A.8 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
6 ) 1 6( )
6 (
5 16 18 1 2
3
1 3
2 3
nn k
k
k k k
n
k
. A.9 Dimostrare che per ogni n interno non negativo si ha Dn(x2ex)(x2 2nxn(n1))ex
A.10 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
4 ) 2 )(
1 ( 4 1 3
2
1 2
n n k k
k
n
k
.
A.11 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
3 1
! 2 1 2 2
1
2
n n k
k k
n k
.
A.12 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
( 2 ) 2
! 1 2
1
2
n n k
k k
n k
.
A.13 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
( 2 )!
2 ) 1 ( 3 2
1
n n k k
n k
.
A.14 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
) 6 )(
5 (
! )!
1 2 ( 30 6
5 26 2
1
n n
n k k
n
k
.
A.15 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
) 2 )(
1 ( 4
) 11 5 ( )
2 )(
1 (
3
1
n n
n n k
k k
k
n
k
.
A.16 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
) 2 )(
1 ( 2
) 5 ( )
2 )(
1 (
4
1
n n
n n k
k k
k
n
k
.
A.17 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
) 4 ( 4
) 5 10 2 ( )
4 )(
3 (
3 12
7 2
1
2 3
n
n n n k
k
k k k
n
k
.
LIMITI DI FUNZIONI E DI SUCCESSIONI
B.1 Verificare (applicando solo la definizione) che
3
lim x
x
x .
B.2 Verificare che
x
x
xlim 5 . B.3 Verificare che
x
x
x
lim1 .
B.4 Verificare che
1
lim
21
2
x x
x
x . B.5 Verificare che
2
1 2 lim 4
22
x
x
x .
B.6 Verificare che
4
lim
2
x x
x . B.7 Verificare che
2 1
lim
2
x x
x .
B.8 Verificare che
2 1 3 4
1 lim 2
66
n
n
n . B.9 Verificare che
2
7 1 lim 2
33
n
n
n .
B.10 Verificare che 1 1
lim
2
n
n
n . B.11 Verificare che
4 1
lim
48
n n
n .
B.12 Verificare che
x
x
1 e
lim 1
0 . B.13 Verificare che 0
) 1 log(
lim 1
1
x
x .
Calcolare i seguenti limiti:
B.14 limx0 sensen137xxsensen5xx B.15
2 18
5 1
lim 25
2
x x
x x
x B.16
1 19
3 3
lim 13
3
x x
x x
x
B.17
2 3 26
1 1 2 lim 5
3 2
1
x x
x x x
x B.18
x
x
x
1 tg
lim 4
4
B.19
3 2
1 cos lim 2
3
2
x
x
x
B.20 2
6
( 6 )
2 sen cos
lim 3
x
x x
x
B.21
x x
x x
x
cos 9 cos
3 cos 7
lim cos
2
B.22
12 2
39
11 3 lim 11
5
x x
x x
x
B.23
13 4 59 4
25 18 lim 5
4
5
x x
x x
x
B.24
2
7 10 1 3
lim 5 3
3 2
2
x
x x
x
x
B.25.
2 3
1 lim sen
2
3
x
x
x
B.26
x
x
x
6 arcsen 1 lim 2
2
1 B.27
1 lim sen
0
x
x
e
x
B.28x x x
x
4
lim
21024
5
4
B.29
x x
x x x
x
4
lim
22
4
B.30
x x
x
2
lim cotg
2
B.31 0 2arccos3 3
lim x
x
x
B.32
1 1 lim 2 2
2
1
x
x x
x B.33
x x
x x
x
3
) 18 lim(
2
5 B.34
3 4 3 2
3 2
4 12 48 64
3 24 lim 80
x x
x x
x x x
x
B.35
x
x
x
1 2
arcsen lim
2
1
B.36
x x
x x
x ( 3)log
lim 8
2 3
3
B.37
x x
x x
x
4 23
80 lim 11
32 4
B.38
3 4 6
5 14
3 lim 2
x x
x x
x
B.39
1 log
) log (
arctg lim
2
x
x x
e
x B.40
1 ) 1 ( arctg
lim 2
x
x
x
B.41 2 2/3
5 / 1 4 / 3 3 /
8
2
lim x x
x x x
x
B.42
4 1
4 arctg lim 4
4
1
x
x
x B.43
3 2 5
lim
2
2
x x x x
x
B.44 x
lim
3x
3 3 x
2 6 x 8
3x
3 12 x
2 5 x 11
B.45 Modificare l'esercizio B.44, sostituendo il secondo radicale con 3 x3ax2bxc ; dimostrare che il limite è uguale a
3 3 a
, indipendentemente dai parametri b e c.
B.46
x x x
x 2 3
5 8 lim 3
2
B.47
1
8 15 lim 6
2 3
1
x
x x x
x B.48
7 3
1 17 5
lim 3 8
2 3
x
x x
x
x
B.49 Siano f e g due funzioni definite in un intorno bucato I di a, e sia
lim ( ) 0
f x
a
x ; sia inoltre g limitata (esiste quindi un M positivo tale che |g(x)| < M per ogni x I). Dimostrare che
lim ( ) ( ) 0
f x g x
a
x . Vale ancora un risultato
analogo se f tende ad un limite finito L diverso da 0?
B.50 Dire se è valido il seguente inverso del teorema della permanenza del segno: se f è positiva in un intorno bucato di a, e se esiste
f x L
a
x
( )
lim
, allora deve essere L > 0.B.51 Siano f e g due funzioni definite in un intorno bucato I di a, sia
g x M
a
x
( )
lim
, supponiamo che esista finito) ( lim f x
xa , e sia inoltre f(x) < g(x) in tutto I; dimostrare che
lim f ( x )
xa M. {Suggerimento: se per assurdo fosse
M L x
a
f
x
( )
lim
...}TEOREMI SULLE FUNZIONI CONTINUE ED APPLICAZIONI
C.1 Dire se il teorema di Bolzano - Cauchy (esistenza degli zeri) è applicabile alla funzione
5 3 ) 1
(
2
x x x f
nell'intervallo 2 ,3
1 , e in caso affermativo determinare i punti c che verificano la tesi del teorema.
C.2 Dire se il teorema di Bolzano - Cauchy è applicabile alla funzione f(x)(7x85)
x nell'intervallo [10 , 15], e in caso affermativo determinare i punti c che verificano la tesi del teorema.C.3 Dire se il teorema di Bolzano - Cauchy è applicabile alla funzione
) 1
(
2 x x x
f
nell'intervallo [1 , 1], e in caso affermativo determinare i punti c che verificano la tesi del teorema.C.4 Dire se il teorema di Bolzano - Cauchy è applicabile alla funzione 2 ) 1
( x
x x
f nell'intervallo
2 ,1 2
1 e
in caso affermativo determinare i punti c che verificano la tesi del teorema.
C.5 Dire se il teorema di Weierstrass è applicabile a ciascuna delle seguenti funzioni negli intervalli indicati:
f(x) = x2 nell'intervallo [0 , +);
0 per 0
0 per 1 )
(
2x x x
x
g
nell'intervallo [1 , 1];
0 per 0
1 0
per log
1 )
(
x
x x x
x
h nell'intervallo
e
;1
0 .
C.6 Esistono intervalli in cui il teorema dei valori intermedi è applicabile alla funzione f(x) = [x]?
C.7 Estendere il teorema dei valori intermedi come segue: sia f continua nell'intervallo [a , +), e sia
lim f ( x )
x
uguale ad un numero finito L diverso da f(a) (si può supporre ad esempio f(a) < L); allora, per ogni k compreso tra f(a) ed L, esiste almeno un c (a , +) tale che f(c) = k.
{Suggerimento: applicare dapprima la definizione di limite con = L k; scegliere quindi un p opportuno ed applicare il teorema dei valori intermedi all'intervallo [a , p].}
C.8 Estendere il teorema dei valori intermedi come segue: sia f continua nell'intervallo [a , b), e sia
( )
lim f x
b
x ;
allora, per ogni k maggiore di f(a) esiste almeno un c (a , b) tale che f(c) = k.
{Suggerimento: applicare dapprima la definizione di limite infinito con M = k; scegliere quindi un p opportuno ed applicare il teorema dei valori intermedi all'intervallo [a , p].}
C.9 Dopo aver osservato che l'estensione del teorema dei valori intermedi vista nell'esercizio precedente si dimostra in modo simile per una funzione f continua in (a , b] e tale che
( )
lim f x
a
x , dimostrare il seguente teorema: se f è continua in (a , b), e se risulta
( )
lim f x
a
x e
( )
lim f x
b
x , allora per ogni k reale esiste almeno un c
(a , b) tale che f(c) = k. Da ciò dedurre che l'equazione tg x + x = k ammette almeno una radice compresa tra 2
e 2
comunque si fissi k reale.
C.10 Siano f e g due funzioni continue in uno stesso intervallo I = (a , b). È possibile che la disuguaglianza f(x) g(x) sia verificata in un solo punto di I?
C.11 Dire se la seguente affermazione è vera o falsa: se una funzione f è continua in [a , b], e se risulta f(a) > 0 ed f(b) >
0, allora f non si annulla in nessun punto di (a , b).
C.12 Siano f e g due funzioni continue nell'intervallo [a , b], sia f(a) < g(a) ed f(b) > g(b). Dimostrare che esiste almeno un c in (a , b) per il quale f(c) = g(c). {Suggerimento: considerare la funzione h(x) = f(x) g(x)}
DISEQUAZIONI
{Nota: le disequazioni goniometriche vanno risolte in [0 , 2].}
D.1 3054sensenxx4751 cos2x D.2 2cosx9senx60 D.3 61cos2x6senx160cosx6745sen2x D.4 cosx9senx10 D.5 11cosx23senx170 D.6 29senx15cosx21 D.7 31cos2x12senxcosx18cosx9senx90 D.8 30 0
x x
x x
D.9 x5 x 1 D.10 2
3 4 2
3x x
D.11 6x19 73x 112x D.12 0
8 6
3
1 4
2
x x
x x
D.13 37sen2x9senxcosx 2 D.14 3x123x
D.15 3x43 5x D.16 0
2 28
9 6
4
x x
x x
D.17 12sen3x36cos3x5sen2xcosx12senxcos2x29cosx D.1
0 2 9 1
12
x x
x
D.18 115cos2x83cosx48senx60sen2x72 D.19 x10 15x 1
GRAFICI DI FUNZIONI
E.1 f(x) 4x2 5e3x E.2 f(x) 4x2 3e2x E.3
5 9 4 28 3 20 2
)
(x x x x
f
E.4 f(x)5 x3 4x2 4x E.5 f(x)7 x53x43x3 x2 E.6 ) 1
( 3
x x x f
E.7
x x x x
f 2
) (
2
E.8
1 8 ) 3
( 2
2
x
x x x
f E.9
5 4
31 ) 8
( 2
2
x x
x x x
f
E.10
25 8 ) 6
( 2
2
x x
x x x
f E.11 f(x)3x 4x26x63 E.12
5 4 4 ) 2
( 2
x x x x
f E.13 f(x) x(x3)(x5) E.14 ( ) 2444
x x x x
f E.15
2 1 ) 4
( 2
x x x x f
E.16
1 1 arctg2
)
(
x x x
f E.17
2 arctg 3 13 4
6 3 ) 7
(
2
x
x x x x f
E.194 arccos 1 2 2
15 )
( 2 x
x x x
f E.20
3 arctg 2 13
4 1 ) 4
(
2
x
x x x x f
E.213 arcsen 2 3 4
5 2 )
( 2 x
x x x
f E.22 f(x) (xx3)(x32)
E.23
1 2 4
2 2 ) 3
( 2
2
x x
x x x
f E.24
3 1 arcsen2 8
2 19 4
10 ) 21
( 2 x
x x x
x
f E.25
2 arctg 3 13 4
6 3 ) 7
(
2
x
x x x x f
E.264 arccos 1 2 2
15 )
( 2
x
x x x
f E.27
3 arcsen 2 3 4
5 2 )
( 2
x
x x x
f E.28 f(x)arcsen11 xx E.29
3 ) 2
( 2
2
x x x x
f E.30
43 16 4
19 ) 2
( 2
2
x x x x
f
E.31
7 2 4 ) 5
( 2
2
x x x x
f E.32 log( 2 2) 4arctg( 1)
2 ) 3
(x x2 x x
f E.33
8 2
2 ) 2
( 2
2
x x
x x x
f
E.34 log( 6 10) 12arctg( 3)
2 ) 5
(x x2 x x
f E.35
1 per 0
1 per )
(
( )122
x x x e
f
xx
E.36 f(x)x5 x2 x3 E.37 f(x) x4 233xx2 E.39
5 5 4 8 3 12 2
)
(x x x x x
f
E.40 f(x)2sen3xsen2x E.41
4 arctg 3 4 ) 7 25 6 log(
)
( 2 x
x x x
f E.42
2 2
) 1 (
4
)
(
xx
e x f
E.431 2 2
3 ) 4
1 2 ( arctg 2 )
(
2
x x
x x x
f
E.44) 1 ( 3
23 25 14
) 12 (
2 3
x x x
x x f
NUMERI COMPLESSI
F.1 Calcolare
1i 3
14.F.2 Dimostrare che, se z e w sono due numeri complessi qualsiasi, il coniugato della loro differenza è uguale alla differenza dei coniugati.
F.3 Determinare tutti i numeri complessi z per i quali
z z 1
.F.4 Dopo aver risolto l'equazione |z|2 + 5z + 10i = 0, calcolare le radici quadrate di ciascuna delle radici così trovate.
F.5 Calcolare le radici quarte del numero complesso z = 527 + 336i.
F.6 Calcolare le radici quarte del numero complesso z = 41 + 840i.
F.7 Calcolare le radici quarte del numero complesso z = 3479 + 1320i.
F.8 Calcolare le radici quarte del numero complesso z 6i 47
.
F.9 Calcolare le radici quarte del numero complesso z 10324i 7.
F.10 Calcolare le radici quarte del numero complesso z = 1081 + 840i. {Suggerimento: 1369 = 372.}
F.11 Determinare l'unica soluzione in C dell'equazione z z1i 2.
INTEGRALI
Calcolare i seguenti integrali indefiniti:
G.1
x
3xdx 64
G.2 4 x x
22 4 5 x x 29 11 dx
G.3
(x2 1)(x2)2 dxG.4
x3(x22x26x311)dx G.5
(x2 5dxx30)3 G.6
4x2483xx29 dxG.7
2x82x813x7 dx G.8
13x3x3x72 10 dx G.9
x x4x2 dxG.10
15 x2dx G.11
23 xdx . G.12
41 xx22 dxG.13
senxsencosx xdx. G.14 sen
3sen x
3cos x
3x dx
G.15
1xdx4 xG.16
arctg4 x dx1 G.17 e e
xx e e
xxdx
G.18
arcsenxdxG.19
4 x logxdx G.20
(35x311)3x3x77 dx G.21
x2log(x2 6x10)dxG.22
e e
xx e e
xx 1 1 dx
G.23
x 24xx 5dx 4G.24
(3x2 2x)arctgxdxG.25
sen5xcos9xdx G.26
sen7xsenxdx G.27
cos12xcos4xdxCalcolare i seguenti integrali definiti:
G.28
1
0
2
5 32
2 x x
dx
. G.29
33 3
arctg dx x
. G.30 21
0
1
33 x 1
dx
.G.31
/2
0
3 sen x 4 cos x 13
dx
. G.32
/2
0
2 sen x 5 cos x 1
dx
G.33
/2
0
2 sen x cos x 2 dx
G.34
/2
0
5 sen x 5 cos x 7
dx
G.35
/2
0
3 sen x 11 cos x 7
dx
G.36
/2
0
4 sen x cos x 9 dx
G.37
1
0
2
3x
e
xe
x1 e
dx
. G.38
3
2
)
91 ( x dx
x
. G.39 log
5 3
log 3 1
1
2 dx
e e
x x
G.40 log
7 5
log 2 3
1 dx e
e
x x
. G.41
3
0
1
321 x 1
xdx
G.42 20
0 4
4
1 4 2 1
1
4 dx
x x x
G.43 7
/9 7 / 2
2 3 2
x dx x
x G.44
2 01 2 2
1 dx
x G.45
4 0 4 x2 9
dx
G.46 3
/0 2
cos sen dx
x
x
G.47
4
3
2
7 11
2 dx x
x
x
G.48
2 / 1
3 / 1
2
2
3
5 x x dx
G.49
1
0
2
2
3 5 x 8 x dx
x
G.50 59
22
3
3x 5 x 1
dx
G.51
2 0
5e 2dx
x x
G.52 136
/11 5 /
16 2 8 25
1 dx
x x
x G.53
1
0
)
131 )(
2
( x x dx
G.54
33 3
2
arctg dx x x
G.55 Sia u una funzione derivabile tre volte con continuità in un intervallo aperto I, tale che si abbia u'''(x)cos 2x =
= u(x) sen 2x per ogni x in I (non si richiede di determinare u). Calcolare
u(x)sen2xdx, esprimendo il risultato in termini di u, u', u''.G.56 Sia f una funzione derivabile due volte con continuità su tutto R, tale che f''(x) = exf'(x). Calcolare
f(x)exdx , esprimendo il risultato in termini di f e di f'.G.57 Sia f una funzione derivabile due volte con continuità su tutto R, tale che f''(x) = 2f(x), dove è un parametro reale non nullo. Calcolare
f(x)senxdx, esprimendo il risultato in termini di f e di f'.G.8 Calcolare
p
p dx
x x
1
)3
1 (
1
lim 5 G.9 Calcolare
n
n n
dx
x x
/ 1
2 2
) 1 lim log(
G.60 Calcolare
1
5 2 lim 5
n
n n dx
x x
x G.61 Calcolare
p
p x x x
dx
0 ( 1)( 2)
lim
G.62 Calcolare
n
n n dx
x x n 1/
arctg lim 1
G.63 Dimostrare che per ogni n intero non negativo vale la formula
c k
x x
dx n x
x
nk k
n
2 0!
log
!
log
.G.64 Dimostrare che per ogni n naturale vale la formula
c k x
x k n x
dx n
x
nk
k
n
1 0
1 2
2
cosh
! )!
1 2 (
! )!
2 senh (
! )!
2 (
! )!
1 2
cosh (
.G.65 Dimostrare che, fissato il parametro reale , vale per ogni n intero non negativo la formula
k c
e x dx n
e
x
nk
k k x n x
n
!
1 0!
.G.66 Dimostrare che in (0 , +) vale per ogni n naturale la formula
x c e k
x n E
x dx
e
nk k
x n
x
1
1
)!
1 ) (
)! ( 1 (
1
, doveE x
xe t
tdt
1
)
(
(osservazione: nel caso n = 1 l'indice della sommatoria dovrebbe variare da 1 a 0: in simili casi, per convenzione la sommatoria si intende "vuota", e pertanto assume il valore 0).G.67 Dimostrare che per ogni n intero non negativo vale la formula (vedi nota all'esercizio precedente)
k c
n x x
k n x x
n dx x
x
nk
k n n k
k
k n k
n
1
0
1 2 2
0
2 2 2
)!
1 2 2 ) ( 1 ( )! sen
2 2 ) ( 1 ( cos )!
2 (
sen
.FORMULA DI TAYLOR
Per ciascuna delle seguenti funzioni, scrivere il polinomio di Taylor di ordine n nel punto x0:
H.1 f(x) = e2x; x0 = 0; n = 5. H.2
cos2 )
( x
x
f ; x0 = 0; n = 5.
H.3 f(x) = 2x; x0 = 0; n = 3. H.4 f(x) = ex; x0 = 1; n = 4.
H.5 x x
f 1
)
( ; x0 = 1; n = 4. H.6 f(x) = log(5+x); x0 = 0; n = 3.
H.7 f(x) = cos x log(1+x); x0 = 0; n = 5. H.8 f(x) = sen4(x); x0 = 0; n = 7.
H.9 f(x) = cos log(1+x); x0 = 0; n = 6.
SERIE
Determinare il carattere delle seguenti serie:
I.1
0 2 1
1
n n
n . I.2
0 3 1
1
n n
n . I.3
1 3 log 2
n n n n
n .
I.4
1 2
3
log
n n n n
n . I.5
0 2
2
1 3 log 2
n
n
n
n
. I.6
0 3
3
2 log 4
n
n
n
n
.I.7
13 log 2
n n n
n . I.8
1 log 1
n n n I.9
1 3 2
4 5 4 3 2
1 7 2
arctg 1 8
n
n
n n n
n n
n n
n .
I.10
1 4
1
n n
n . I.11
19 14 12 6 2
3 2
)
! ( arctg 3
2 1
n n n n n n
n . I.12
1 logsenh cotgh
n n
n
I.13
2 5
7
log 1
n n n I.14
3 log loglog 1
n n n n I.15
2 2 log
1
n n n
I.16
2 3 3
2
) 1 ( log ) 2
n (n n
n I.17
1 ( 1)log( 1)
n n n
n
e e
e I.18
1 3
)!
3 (
)
! (
n n
n
I.19
1
! 2
n n
n
n
n I.20
1 ( !)2 n
n
n
n I.21
1 (2 )!
2
!
n
n
n n n
I.22 Discutere la convergenza della serie
1 log
1
n n al variare del parametro reale .
I.23 Discutere la convergenza della serie
1
1
n ne al variare del parametro reale .
I.24 Calcolare la somma della serie
2 1
1
) 1 )(
1 (
1
n n n
n n n
e e
e ne
ne {Suggerimento: sommare e sottrarre n al numeratore}.
I.25 Calcolare la somma della serie
1 2
)!
1 (
1
n n
n
n {Suggerimento: n2 + n 1 = n2 + 2n + 1 (n + 2)}.
I.26 Calcolare la somma della serie
0 4 2 16 15 1
n n n .
I.27 Calcolare la somma della serie
09 2 21 10 1
n n n .
I.28 Calcolare la somma della serie
016 2 40 21 1
n n n .
I.29 Calcolare la somma della serie
025 2 45 14 1
n n n .
I.30 Calcolare la somma della serie
1 ( 1) 1
1
n n n n n .
I.31 Verificare che per qualunque valore del parametro positivo a la serie
1 2 1
1 log 2
n a n
n
a diverge.