Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Carlo Sintini
Matematica? … No problem!
Tutta la matematica di base
Per i licei e il biennio universitario
2
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Carlo Sintini
Matematica? … No problem!
–
© Carlo Sintini / Matematicamente.it febbraio 2011
–
www.matematicamente.it libri@matematicamente.it
Il presente libro è rilasciato nei termini della licenza
Creative Commons Attribuzione - Non commerciale - Non opere derivate 2.5 Italia, il cui testo integrale è disponibile in
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/it/legalcode
La versione digitale dell’opera è disponibile gratuitamente al sito www.matematicamente.it
Stampa
– –
Universal Book via Botticelli, 22 87036 Rende (CS)
ISBN 978 88 96354 08 7
3
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
A mio nipote Samuele
4
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Indice
Introduzione 9
Cap. 1 - Premesse 10
Par. 1 - Proprietà delle potenze 10
Par. 2 - Proprietà dei radicali 11
Par. 3 - I prodotti notevoli 13
Par. 4 - Varie 14
Par. 5 – Le categorie numeriche 15
Par. 6 - Gli intervalli 20
Par. 7 - Le disuguaglianze e le disequazioni 23
Par. 8 - Le espressioni con modulo 31
Cap. 2 - Grafici, simmetrie e traslazioni 35
Par. 1 - I grafici nel piano cartesiano 35
Par. 2 - Il dominio 41
Par. 3 - Le simmetrie 45
Par. 4 - Le costanti additive e moltiplicative 49
Par. 5 - Le traslazioni 53
Cap. 3 - Trigonometria 56
Par. 1 - La misura degli angoli in quadranti 56
Par. 2 - Le funzioni trigonometriche 59
Par. 3 - Le relazioni fondamentali 63
Par. 4 - Gli angoli notevoli 69
Par. 5 - La riduzione al primo quadrante 74
Par. 6 - Alcune formule importanti 76
Par. 7 - Le equazioni e disequazioni trigonometriche 80
Cap. 4 - Logaritmi ed esponenziali 87
Par. 1 - La definizione di logaritmo 87
Par. 2 - Le equazioni esponenziali 88
Par. 3 - Le equazioni logaritmiche 90
5
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Par. 4 - La funzione esponenziale 91
Par. 5 - La funzione logaritmica 93
Par. 6 - Le proprietà dei logaritmi 96
Cap. 5 - Geometria analitica 101
Par. 1 - Prime formule 101
Punto medio fra due punti 101
Distanza fra due punti 101
Equazione retta passante per due punti 102
Par. 2 - Equazione della retta 103
Par. 3 - Ancora sulle rette 106
Fasci di rette 106
Parallelismo e perpendicolarità fra rette 107
Distanza di un punto da una retta 109
Angolo fra due rette 109
Par. 4 - La circonferenza 110
Par. 5 - La parabola 115
Par. 6 - L’ellisse 125
Par. 7 - L’iperbole 130
Par. 8 - Formule di rotazione 137
Par. 9 - La funzione omografica 140
Par. 10 - Le coniche generiche 143
Par. 11 - Le coniche degeneri 149
Cap. 6 - I limiti 154
Par. 1 - Premesse 154
Par. 2 - Il concetto di limite 158
Come si calcola un limite? 160
Par. 3 - Le forme indeterminate 161
Par. 4 - Teoremi sui limiti (senza dimostrazione) 164
Par. 5 - Limiti notevoli (senza dimostrazione) 165
Par. 6 - Confronto fra infinitesimi 166
6
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Par. 7 - Funzioni continue 169
Par. 8 - Le discontinuità 172
Cap. 7 - Le derivate 175
Par. 1 - Dal rapporto incrementale alla derivata 175
Par. 2 - Continuità e derivabilità 181
Par. 3 - Regole di derivazione 183
Par. 4 - Le funzioni composte 184
Par. 5 - La derivazione delle funzioni inverse 185
Par. 6 - Il teorema di Rolle 191
Par. 7 - Il teorema di Lagrange (valor medio) 192
Par. 8 - Il teorema di Cauchy 192
Par. 9 - Il teorema di De l’Hospital 193
Cap. 8 - Gli integrali 196
Par. 1 - Il concetto di differenziale 196
Par. 2 - L’integrale definito 198
Par. 3 - Proprietà dell’integrale definito 201
Par. 4 - La funzione integrale 204
Par. 5 - Teorema di Torricelli-Barrow 204
Par. 6 - Integrali immediati 207
Par. 7 - Calcolo di un’area 208
Par. 8 - Integrazione per sostituzione 210
Par. 9 - Integrazione per parti 211
Par. 10 - Integrazione per scomposizione 212
Par. 11 - Teorema della media 215
Par. 12 - Volume di un solido di rotazione 216
Par. 13 - Integrali impropri 217
Cap. 9 - Matrici 219
Par. 1 - Premesse sulle matrici 219
Par. 2 - Determinante di una matrice quadrata 220
Par. 3 - Proprietà delle matrici quadrate 223
7
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Par. 4 - Operazioni fra matrici 227
Par. 5 - La regola di Cramer 229
Par. 6 - Il teorema di Rouché-Capelli 231
Par. 7 - I sistemi omogenei 234
Cap. 10 - Calcolo vettoriale 238
Par. 1 - Elementi di calcolo vettoriale 238
Par. 2 - Prodotto scalare fra due vettori 243
Par. 3 - Prodotto vettoriale fra due vettori 245
Par. 4 - Proprietà ed esempi 249
Cap. 11 - Geometria analitica nello spazio 257
Par. 1 – Rette e piani 257
Par. 2 - Parallelismo e perpendicolarità 263
Par. 3 - Le quadriche 270
Par. 4 - Invarianti 276
8
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Introduzione
Questo testo non ha alcuna pretesa di costituire un’esposizione rigorosa e completa degli argomenti trattati.
È soltanto un manuale di rapida consultazione per studenti che, in alcuni punti, offre (forse) una spiegazione più chiara ed intuitiva rispetto a quella normalmente presente nei testi tradizionali.
Ho volutamente saltato molte dimostrazioni, preoccupandomi però in molte occasioni di fornire una giustificazione logica di quanto andavo affermando.
Come scelta consapevole (suggerita dalla mia esperienza di docente di un liceo scientifico), preferisco usare il rigore scientifico solo quando è necessario, ma non sempre.
Preferisco decisamente la semplicità e l’immediatezza ad un rigore formalmente ineccepibile a spese della chiarezza.
Lo scopo di questi appunti è quello di fornire un valido appoggio ai testi tradizionali presentando in modo sintetico e chiaro tutti i punti fondamentali e tradizionalmente più ostici per lo studente, insieme ad un repertorio abbastanza ampio di esempi svolti.
Carlo Sintini
c.sintini@libero.it
9
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Cap. 1 - Premesse
Par. 1 - Proprietà delle potenze
In questo primo capitolo passiamo in rassegna alcuni concetti elementari che dovrebbero essere già noti, ma che spesso sono (almeno in parte) del tutto dimenticati.
Cominciamo con un ripasso sulle proprietà delle potenze.
n
1) 1 = 1
0
2) a = 1 (tranne che per a = 0 perché in tal caso il risultato è indeterminato)
n n n n
3) (a b c) = a b c (Attenzione! Gli elementi dentro parentesi devono essere tutti moltiplicati fra loro: non devono esserci segni di addizione)
n
n
a a
4) (Attenzione! Anche qui gli elementi
n
b b
dentro parentesi devono essere divisi fra loro: non devono esserci segni di sottrazione)
m n m+n
5) a a = a (Attenzione! La regola non vale se al primo membro c’è a + a )
m n
primo membro c’è a - a )
m
a
m n
a
6) (Attenzione! La regola non vale se al
n
a m n
primo membro c’è a - a )
n
m m n
a a
7) n
n
1 1 1
n
a
8) n n
a a a
n n
m
m
a a
9)
n n
m
m
10) a a
10
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Par. 2 - Proprietà dei radicali
Proseguiamo con le proprietà dei radicali:
0 (con a 1)
a
1) = impossibile
0 1
2) = indeterminato
1 a a
3)
n
n a a
4)
m p
n n p 2 2 5 10
3 3 5 15
m a a a a a
5) (Per esempio )
Applicando questa regola al contrario (Per esempio
15 3
10 2
a a ) si dice che si è ridotto, semplificato, il radicale.
6
6 2 2 2 2
3 3 3
3
a b a b a b
6) 6
7 2 6 1 2 2 2 2
3 3 3 3
3
a b a a b a a b a a b
6 2
3 a b (Attenzione! Con i segni non è possibile portare fuori di radice la potenza)
3 3 2 6 7
a a b a a b a a b a b
7)
3
a a b (Attenzione! Anche in questi casi i segni impediscono di portare la potenza sotto la radice)
8) Prodotto o rapporto fra radicali con lo stesso indice:
2 2 2 2 3 2 2
3 3 3 3 3
ab a ab a a b a b
2 2
ab b
2 2
3 3
ab : a 3 3
2
a a
2 2
3 3
ab a (Attenzione! Al solito i segni impediscono l’unione delle radici)
11
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Se i radicali sono moltiplicati o divisi fra loro ed hanno indici differenti fra loro, si debbono prima trasformare in modo che gli indici diventino uguali, e poi si procede come sopra. Per esempio:
2 3
3 4
a ab a b
Calcoliamo il m.c.m. dei tre indici (m.c.m. = 12), e trasformiamo i tre radicali applicando la regola 5) in modo che assumano tutti lo stesso indice 12:
4 3
6
2 3 2 3
3 4 2 6
a ab a b a ab a b
3 4 4 3
6 4 8 9 3 6 4 8 9 3
12 12 12 12
a a b a b a a b a b
19 11 12 7 11 7 11
12 12 12
a b a a b a a b
3 2 3 2 4
2 2 2
4 24
ab ab ab
9)
4 4 8
3 3 2 6 6
2 2
4 2
a b a b a b a b
3 4
a b
(Ancora a causa dei segni ± non è possibile applicare la regola.)
Fa eccezione il caso, detto dei radicali doppi, in cui i due radicali abbiano entrambi indice 2, e la quantità a2 - b sia un quadrato perfetto. 2 2
In tale caso, ponendo a2 - b = c2, si ha
a c a c
a b 2 2
12
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Par. 3 - I prodotti notevoli
Raggruppiamo in questo paragrafo sia i prodotti notevoli classici, che quei criteri che permettono di trasformare un polinomio in un prodotto di due o più fattori.
2
2 2
1) a 2ab b a b
3
3 2 2 3
2) a 3a b 3ab b a b
2
2 2 2
3) a b c 2ab 2ac 2bc a b c
2 2 2 2
a b a b a b
4) (Attenzione! a + b non è un prodotto notevole)
5) Il raccoglimento a fattor comune. Per esempio:
2 3 2 2 3 5 2 2 3
15a b 5a b 20a b 5a b 3b 1 4ab
6) Il doppio raccoglimento a fattor comune. Per esempio:
2 2 2 2
3a ab 2b 3a 3ab 2ab 2b 3a a b 2b a b
3a 2b a b 2
7) Ogni trinomio di secondo grado ax2 + bx + c può essere
a x x x x
scritto nella forma dove x e x
1 2
1 2
2
sono le soluzioni dell’equazione ax2 + bx + c = 0.
8) La divisione con il metodo di Ruffini.
Dato per esempio il
polinomio
3 2
x 2x 5x 6 0 esso,
vedi a fianco, si può scrivere
nella forma
2
x 1 x x 6 0
13
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Par. 4 - Varie
1) Razionalizzazione del denominatore di una frazione (procedimento per eliminare un radicale dal denominatore di una frazione). Ecco alcuni esempi fra i più comuni:
2 2 3 2 3
3
3 3 3
3 3 3 3
3 3 3 2 3 2 3 2 3 2
3 2 2 4
2 2 3
3 3 3
2 4 3
2 2 2 2 2 2 2
2 1 2 2 1 2 2 1 2
2
2 2 1
1 2 1
1 2 1 2 1 2
2) Confronto fra due frazioni per stabilire quale delle due è più grande.
Basta moltiplicare in croce (con le frecce verso l’alto):
è più grande la frazione dalla cui parte si trova il risultato maggiore. Per esempio, fra le due frazioni sottostanti
più grande
è il prodotto 25 e quindi è più grande la seconda frazione.
3) Confronto fra due radicali. Si deve trasportare tutto sotto la radice e poi trasformare gli indici in modo che assumano lo stesso valore. Per esempio,
I due radicali 3
3 2 2 7
14
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
possono essere trasformati nel modo seguente:
3
3 2 2 7
3
2 3
3 2 2 7
3
9 2 8 7
3
18 56
2 3 3 2
3 2
18 56
6 6
5832 3136
Da cui risulta che il primo radicale è più grande del secondo perché il primo radicando (il numero sotto radice), è maggiore.
–
Par. 5 - Le categorie numeriche
Ripercorriamo l’evoluzione del concetto di numero partendo da quelli che per primi furono ideati dall’uomo: i numeri naturali (o numeri interi)
… 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 …
che sono indicati simbolicamente con la lettera N.
Questi altri sono invece i numeri positivi e negativi (o numeri relativi) … 0 1 2 3 4 5 …
-5 -4 -3 -2 -1
e sono indicati con la lettera Z.
Il segno più davanti ai numeri positivi è facoltativo ed in genere viene messo solo quando la sua mancanza può generare confusione. Lo zero è il solo numero a non avere segno: è unico.
Fra un numero intero (positivo o negativo) e il successivo possono essere inseriti infiniti altri numeri (i numeri decimali o con la virgola)
… … … … … … 0 … 1 … 2 … 3 … 4 … 5 …
-5 -4 -3 -2 -1 15
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
In questo caso i numeri si chiamano razionali e vengono indicati con la lettera Q. m
Tutti i numeri razionali possono essere messi sotto la forma n in cui m ed n sono entrambi numeri interi.
I numeri periodici appartengono alla categoria dei numeri razionali perché possono essere trasformati nella loro frazione generatrice.
Per esempio, 7
2,3333... 2, 3 2, (3) 3 192
2,13333... 2,13 2,1(3) 90 211
2,13131313... 2, 13 2, (13) 99
Il periodo (come mostrano il secondo e il terzo membro) può essere indicato sia con una sopra-linea che con una parentesi.
La frazione generatrice di un numero periodico si può ottenere applicando una semplice regola (che si insegna nelle scuole medie), e che non è necessario spiegare in questo contesto: con una calcolatrice tascabile è comunque possibile fare la controprova e verificare che le frazioni corrispondono proprio ai numeri periodici indicati.
È importante notare che anche i numeri naturali e relativi possono essere considerati razionali perché è possibile metterli
m
sotto la forma .
n 16
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
Per esempio, 5
5 1
0
0 1 4, 2 42 21
4, 2 1 10 5
Esistono però altri numeri che non possono essere messi sotto
m
la forma e per questa ragione sono detti irrazionali, e
n
sono caratterizzati dal fatto che hanno infinite cifre decimali non periodiche.
Essi provengono da tutte le radici che non corrispondono a potenze esatte
ecc
3
2 1,412413... 7 1,213921...
dal rapporto di una circonferenza con il proprio raggio (il
3,1415...
famoso pi greco), dal calcolo di quasi tutte le funzioni trigonometriche (per esempio:
cos 25° = 0,906307…), e si potrebbe seguitare con molti altri esempi.
I numeri razionali ed irrazionali costituiscono due insiemi separati, nel senso che un numero non può assolutamente appartenere ad entrambe le categorie: o può essere messo sotto
m
la forma (ed allora è razionale), o non può essere messo
n
sotto tale forma (ed allora è irrazionale).
L’insieme costituito dall’unione dei due insiemi, quello dei numeri razionali ed irrazionali costituisce una nuova categoria numerica che prende il nome di insieme dei numeri reali e vengono indicati con la lettera R.
17
Carlo Sintini: Matematica? No problem!
I numeri reali possono essere messi in corrispondenza con i punti di una retta:
Ad ogni numero reale corrisponde un punto sulla retta, e ad ogni punto della retta corrisponde un numero reale: si ha una corrispondenza che funziona in entrambe le direzioni (cioè biunivoca).
Se tentassimo invece di mettere a confronto i numeri N, Z, Q con una retta orientata, la corrispondenza funzionerebbe in una sola direzione. Cioè a ciascuno di questi numeri corrisponderebbe un punto sulla retta, ma ci sarebbero infiniti punti della retta ai quali non corrisponderebbe alcun numero.
m
N.B. A proposito dei numeri razionali nella forma occorre
n
precisare che
5 impossibile (nessun numero moltiplicato per 0 è uguale a 5)
0
0 indeterminato (ogni numero moltiplicato per 0 è uguale a 0)
0
quindi una frazione è nulla solo se il suo numeratore è nullo.
18
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Questo testo non ha alcuna pretesa di costituire un'esposizione rigorosa e completa degli argomenti trattati. È un manuale di rapida consultazione per studenti che, in alcuni punti, offre (forse) una spiegazione più chiara ed intuitiva rispetto a quella normalmente presente nei testi tradizionali.
Ho volutamente saltato molte dimostrazioni, preoccupandomi però in molte occasioni di fornire una giustificazione logica di quanto andavo affermando.
Come scelta consapevole (suggerita dalla mia esperienza di docente di un liceo scientifico), preferisco usare il rigore scientifico solo quando è necessario, ma non sempre. Preferisco decisamente la semplicità e l'immediatezza ad un rigore formalmente ineccepibile a spese della chiarezza.
Lo scopo di questi appunti è quello di fornire un valido appoggio ai testi tradizionali presentando in modo sintetico e chiaro tutti i punti fondamentali e tradizionalmente più ostici per lo studente, insieme ad un repertorio abbastanza ampio di esempi svolti.
Carlo Sintini,
Latina Marzo 2011
Caratteristiche del libro
ISBN: 978 88 96354 08 7
Pagine: 280
Formato: A5
Indice
- Introduzione
- Cap. 1 - Premesse
- Cap. 2 - Grafici, simmetrie e traslazioni
- Cap. 3 - Trigonometria
- Cap. 4 - Logaritmi ed esponenziali
- Cap. 5 - Geometria analitica
- Cap. 6 - I limiti
- Cap. 7 - Le derivate
- Cap. 8 - Gli integrali
- Cap. 9 - Matrici
- Cap. 10 - Calcolo vettoriale
- Cap. 11 - Geometria analitica nello spazio
Autore
Carlo Sintini
Carlo Sintini è nato a Roma nel 1936, si è laureato in fisica alla Sapienza di Roma, vive a Latina, dove ha insegnato nei licei scientifici. Ora è in pensione. Ha scritto numerosi volumi didattici, divulgativi, di informatica, giochi matematici, giochi con le carte, totocalcio…