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L'esperto di matematica

Matematica e realtà

Rispondo a Fabrizio in merito a un problema su limiti e continuità del tipo "Realtà e modelli".
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Ricevo da Fabrizio la seguente domanda: Gentilissimo Professore, mi può risolvere il seguente problema (n.4, Realtà e modelli, Limiti e continuità, Mettiti alla prova, MatTutor): Una casa automobilistica ha progettato una vettura in cui il costo per il consumo di carburante, espresso in euro, dipende dai chilometri percorsi \(x\) secondo la funzione: \[f(x)=\left\{ \begin{array}{ll} a\quad \quad \quad\quad  x\le 3 \\ \frac{b{{x}^{2}}+cx+1}{10x-20}\quad x > 3    \end{array} \right. \quad .\] Durante la presentazione della vettura viene dichiarato che, all’aumentare dei chilometri percorsi, il costo per il consumo di carburante tende a diventare € \(1\) ogni \(10\;km\). Determina: a. i parametri \(b\) e \(c\); b. il parametro \(a\) affinché la funzione sia continua in \(x=3\); c. il numero minimo di chilometri da percorrere per avere una differenza di costi tra i valori reali e quelli dichiarati inferiore al millesimo di euro ogni \(10\;km\). La ringrazio.   Gli rispondo così:   Caro Fabrizio, la condizione:       “all’aumentare dei chilometri percorsi, il costo per il consumo di carburante tende a diventare €\(1\) ogni \(10\;km\)”, può considerarsi equivalente alla condizione che, nel limite per \(x\to +\infty\), il grafico di \(f(x)\) ammetta come asintoto obliquo la retta \(y=\frac{1}{10}x\), cioè che \(f(x)\) tenda ad avere una differenza trascurabile con tale funzione, la quale implica appunto un consumo di carburante di € \(1\) ogni \(10\;km\). Pertanto possiamo imporre: \[\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }}\,\frac{f\left( x \right)}{x}=\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }}\,\frac{b{{x}^{2}}+cx+1}{10{{x}^{2}}-20x}=\frac{b}{10}\to \frac{b}{10}=\frac{1}{10}\leftrightarrow b=1\]\[\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }}\,f\left( x \right)-\frac{1}{10}x=\underset{x\to +\infty }{\mathop{\lim }}\,\frac{{{x}^{2}}+cx+1-{{x}^{2}}+2x}{10x-20}=\frac{c+2}{10}\to \frac{c+2}{10}=0\leftrightarrow c=-2\] e quindi la condizione di continuità in \(x=3\) implica:         \[a=\frac{9-6+1}{10}\to a=\frac{2}{5}\] per cui la funzione risulta determinata nel modo seguente:  \[f(x)=\left\{ \begin{array}{ll} \frac{2}{5}\quad \quad \quad  x\le 3 \\ \frac{{{x}^{2}}-2x+1}{10x-20}\quad x > 3    \end{array} \right. \quad .\]   L’ultima questione può essere così parafrasata: si vuole sapere a partire da quale valore di \(x\) la differenza in senso assoluto tra \(f(x)/x\) e \(1/10\) risulti minore di \({{10}^{-4}}\), cosicchè tale differenza, moltiplicata per \(10\) (chilometri), risulti inferiore a \({{10}^{-3}}\) (euro):   \[\left| \frac{{{x}^{2}}-2x+1}{10{{x}^{2}}-20x}-\frac{1}{10} \right|<{{10}^{-4}}\to \frac{1}{{{x}^{2}}-2x}<\frac{1}{{{10}^{3}}}\to x>1+\sqrt{1001}\approx 32,64\] pertanto il numero (intero) minimo di chilometri da percorrere, secondo tale stima, è \(33\). Potremmo però osservare, in alternativa, che una stima più pertinente di tale numero minimo di chilometri si può ottenere dalla seguente disequazione: \[\left| f\left( x+10 \right)-f\left( x \right)-1 \right|<{{10}^{-3}}\to \frac{1}{\left| \left( x+8 \right)\left( x-2 \right) \right|}<\frac{1}{{{10}^{3}}}\to x>-3+\sqrt{1025}\approx 29\ km\quad .\] Massimo Bergamini
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