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Funzioni e integrali definiti

Elisa propone un problema relativo ad uno studio di funzione, con calcolo di aree attraverso integrali definiti, propri e impropri.
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Ricevo da Elisa la seguente domanda:   Professore, mi aiuta a capire come si calcolano le aree? Studia la funzione \(f\left( x \right)=\frac{{{x}^{2}}-1}{{{x}^{4}}}\). Dopo aver verficato che la parabola \(y=x^2-1\) è ad essa tangente nel punto di ascissa \(1\), trova l’equazione della tangente comune \(r\). Indicata con \(R_1\) la regione finita di piano delimitata dalla retta \(r\) e dalla parabola con l’asse delle ordinate e con \(R_2\) la regione illimitata definita dalla \(f(x)\) e dall’asse \(x\) nel primo quadrante, calcola il rapporto fra le rispettive aree. Grazie.   Le rispondo così:   Cara Elisa, la funzione \(f(x)\), definita, continua e derivabile in \(\mathbb{R}-\left\{ 0 \right\}\), simmetrica rispetto all’asse \(y\), positiva per valori esterni all’intervallo \(-1\le x \le 1\), nulla in \(\pm 1\) e tendente a \(-\infty\) per \(x\) tendente a \(0\), ha derivate prima e seconda date da: \[f'\left( x \right)=\frac{2-{{x}^{2}}}{{{x}^{5}}}\quad \quad f'\left( x \right)=\frac{2\left( 3{{x}^{2}}-10 \right)}{{{x}^{6}}}\] da cui si deduce la presenza di due punti di massimo relativo, in \(\left( \pm \sqrt{2},\frac{1}{4} \right)\), e di due punti di flesso, in \(\left( \frac{\sqrt{30}}{3},\frac{21}{100} \right)\).La tangente al grafico di \(f(x)\) in \((1,0)\) ha equazione \(y=2x-2\), essendo \(f’(1)=2\), e tale retta è anche la tangente nello stesso punto alla parabola \(y=x^2-1\). Per quanto riguarda le aree delle regioni \(R_1\) ed \(R_2\), si possono ricondurre ai seguenti integrali definiti, il secondo dei quali è di tipo improprio:\[{{R}_{1}}=\int\limits_{0}^{1}{\left( x-1-2x+2 \right)dx=}\int\limits_{0}^{1}{{{\left( x-1 \right)}^{2}}dx}=\]\[=\left[ \frac{1}{3}{{\left( x-1 \right)}^{3}} \right]_{0}^{1}=\frac{1}{3}\]\[{{R}_{2}}=\underset{k\to +\infty }{\mathop{\lim }}\,\int\limits_{1}^{k}{\frac{{{x}^{2}}-1}{{{x}^{4}}}dx}=\]\[\underset{k\to +\infty }{\mathop{\lim }}\,\left[ -\frac{1}{x}+\frac{1}{3{{x}^{3}}} \right]_{1}^{k}=\underset{k\to +\infty }{\mathop{\lim }}\,\left( -\frac{1}{k}+\frac{1}{3{{k}^{3}}}+\frac{2}{3} \right)=\frac{2}{3}\quad .\] Pertanto \(R_2/R_1=2\). Massimo Bergamini
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