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Sessione ordinaria 1996 Liceo di ordinamento Soluzione di De Rosa Nicola

= −

A A A

OPBQ OPR BQR 16

8 *

OP OR

* 64

3

= = =

A

OPR 2 2 3

⎛ 16 16

− ⎟

2 * ⎠

BT QR

* 32

3 5 =

=

A

BQR 2 15

2 64 32 288 96

= − = − = =

Quindi A A A

OPBQ OPR BQR 3 15 15 5

Consideriamo ora la figura seguente:

I punti O’, Q’, P’, B’ per come definiti punti medi dei segmenti hanno coordinate: 4

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+ + ⎞

⎛ x x y y ( )

=

= ⎟

⎜ O P O P

O ' , 0

, 4

⎝ 2 2

+ +

⎛ ⎞

x x y y ( )

= =

⎜ ⎟

B P B P

P ' , 2

,

5

⎝ ⎠

2 2

+ + ⎞

⎛ ⎞

x x y y 18

⎜ =

= B Q B Q ⎟

B ' , ,

1

⎜ ⎠

⎝ 2 2 5

+ + ⎞

⎛ ⎛ ⎞

x x y y 8

⎜ =

= O Q O Q ⎜ ⎟

Q ' , ,

0

⎜ ⎝ ⎠

⎝ 2 2 5

Calcolo retta O’P’:

− 4 0

y x x

→ = +

= 4

' ' :

O P y

5 4 2 0 2

8

x

y 0 x 4

5

= → = −

Q ' B ' : y

− 18 8

1 0 2 5

5 5

− − 5

y 4 x 0

= → = − +

O ' Q ' : y x 4

− 8

0 4 2

− 0

5 −

− − ( )

5 2

y x y 5 5 5

= − → = − +

=

' ' :

P B x 2 y x 10

− 18

1 5 4 8 2

− 2

5

Il quadrilatero O’P’B’Q’ ha i lati a due a due paralleli come evidenziano i medesimi coefficienti

angolari delle coppie di rette O’P’, Q’B’ e O’Q’, P’B’.

Mostriamo ora come i lati sono a due a due congruenti.

Infatti 2

⎛ ⎞

18 8

= + = = − + =

⎜ ⎟

2 2 2

O ' P ' 2 1 5 1 Q ' B '

⎝ ⎠

5 5

2 2

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ( )

8 4 18

= + = = − + − =

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 2

2

O ' Q ' 4 29 2 5 1 P ' B '

⎝ ⎠ ⎝ ⎠

5 5 5

Per dimostrare completamente che il quadrilatero è un parallelogramma basta notare che le coppie

di rette (O’Q’,Q’B’), (Q’B’,B’P’), (B’P’,P’O’) e (P’O’,O’Q’) non sono tra loro perpendicolari, per

cui il quadrilatero non è certamente un rettangolo, ed inoltre sfruttare un teorema che dice che in un

parallelogramma le diagonali hanno lo stesso punto medio. Infatti in tal caso 5

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+ +

⎛ ⎞ + +

⎛ ⎞

x x y y x x y y

9 5

⎜ ⎟ =

= ⎜ ⎟

' ' ' '

P Q P Q ⎟

⎜ ' ' ' '

O B O B

,

, ,

⎜ ⎟ ⎠

⎝ ⎝ ⎠

⎝ ⎠

2 2 5 2 2 2

Il calcolo dell’area può essere effettuato con la formula canonica per un parallelogramma:

=

A b * h

4 e come altezza la distanza del punto P’

O 'Q ' =

Nel nostro caso considereremo come base 29

5

5

= − + → + − =

y x 4 5 x 2 y 8 0 :

dalla retta O’Q’ di equazione 2 + −

10 10 8 12

= =

h +

2 2 29

5 2

Per cui l’area cercata è 4 12 48

= = =

A b h

* 29 *

5 5

29 6

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2) In un piano, riferito ad un sistema di assi cartesiani ortogonali (Oxy), è assegnata la

2 2

x x

= =

curva k di equazione: . Dopo aver studiato la funzione (dominio,

y f ( x )

− −

3 3

4 4

x x

eventuali zeri ed estremi, asintoti di k), disegnare l'andamento di k. Indicata con t la tangente

a k parallela all'asse delle ascisse distinta dall'asse stesso, calcolare l'area della regione piana

delimitata da k e da t.

A completamento del problema, prendere in esame le due seguenti proposizioni:

Una funzione reale di variabile reale non derivabile in un punto non è continua in quel

punto. Una funzione reale di variabile reale non continua in un punto non è derivabile in quel

punto.

Dire di ciascuna se è vera o falsa e fornire una esauriente giustificazione della risposta.

1) 2

x

=

Studio della funzione y − 3

x

4 ( ) ( )

− ≠ → ≠ ⇔ ∈ − ∞ ∪ +∞

3 3 3 3

Dominio: 4 x 0 x 4 x , 4 4 ,

= → =

Intersezione asse x: 0 0

x y

= → =

Intersezione asse y: 0 0

y x

2 { }

x

= > > ∀ ∈ −

2

y , in tal caso ricordando che nel dominio

0 x 0 x R 0 allora

Positività: − 3

x

4 ( )

2 2 ( )

x x

= > ⇔ − > → < = > ⇔ ∈ − ∞ ∪

3 3 3

y per cui y

0 4 x 0 x 4 0 x ,

0 0

, 4

− −

3 3

x x

4 4

2 2

3 3

x 16 x 16

= = = −∞ = = +∞

3

Asintoti verticali: x 4 , lim , lim

− +

− −

3 3

+ −

4 x 0 4 x 0

→ →

3 3

4 4

x x

2

x

= =

y 0

, lim 0

Asintoti orizzontali: − 3

→ ±∞ x

4

x

Asintoti obliqui: non ce ne sono ( )

( )

+ − +

2

( ) ( )

x x 2 x 2 x 4

= > ⇔ + > → < − ∪ >

I

Crescenza e decrescenza: visto

y x 0 x x 2 0 x 2 x 0

( )

2

3

x 4

( )

− +

2

x 2 x 4 > ∀

0

che nel dominio .

x

( )

2

3

x 4

( )

+ +

6 3

( ) x x

2 28 16

= −

II

Inoltre , per cui

y x ( )

3

3

x 4

( ) ( )

1

= > →

II

y 0 0 0

,

0 è un minimo

2 ⎛ ⎞

( ) 1 1

− = − < → −

⎜ ⎟

II 2 0 2

,

y è un massimo

⎝ ⎠

6 3 7

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Inoltre ( )

+ +

6 3

( ) x x

2 28 16

= − = → + + = =

II 6 3 3

y x x x t x

0 28 16 0 risolvibil

e con la posizione

( )

3

3

x 4 ( ) ( )

+ + = → = − ± → = − ±

2 3

t t x

per cui l' equazione diventa t 28 16 0 2 7 3 5 2 7 3 5

sono le ascisse dei due flessi

Il grafico è sotto rappresentato:

La tangente parallela all’asse delle ascisse distinta dall’asse stesso è la retta che passa per il punto di

1

=

t : y

massimo cioè è la retta di equazione 3

Per il calcolo dell’area consideriamo la figura seguente: 8

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Calcoliamo i punti di intersezione tra la tangente t e la curva k:

⎧ 2

x

=

⎪ y

⎪ 2

− ( )( )

x 1

3

x

4 ⇒ = → − = → + − = → + + = → = + = −

2

3 2 3 2

⎨ x x x x x x x x

4 3 3 4 0 1 2 0 1

, 2

− 3 3

x

4

⎪ 1

=

y

⎩ 3

Per cui l’area richiesta è

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ 1

⎡ ⎤

1 1 1

2 2 2

x x x x

1 1 1 1 3 1

∫ ∫ ∫

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

= − = + = + = + − =

3

A dx dx dx x

ln 4

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥

− − − ⎣ ⎦

3 3 3

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

3 3 3 3 3 3

x

x x

4 4 4 −

− − − 2

2 2 2

1 1 2 1 1

= + + − = −

ln 3 ln 12 1 ln4

3 3 3 3 3

A conclusione del problema prendiamo in considerazione ognuna delle due affermazioni seguenti:

a)

Una funzione reale di variabile reale non derivabile in un punto non è continua in quel punto.

Questa affermazione è certamente falsa dal momento che per funzioni reali di variabile reale

la “derivabilità” “la continuità” per cui invertendo l’affermazione possiamo dire che

la “non continuità” la “non derivabilità”. Possiamo portare un esempio lampante: la funzione

( )

= − =

= lim x lim x 0 , mentre in x=0 la funzione non è

è continua in x=0 dal momento che

y x + −

→ →

x 0 x 0 = ≠ = −

derivabile dal momento che la derivata vale 1 se x>0 e (-1) se x<0 per cui lim y ' 1 lim y ' 1

+ −

→ →

x 0 x 0 9

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b) .

Una funzione reale di variabile reale non continua in un punto non è derivabile in quel punto

Questa affermazione è vera e ne è stata dimostrata la sussistenza nel punto a), in cui abbiamo

evidenziato come per funzioni reali di variabile reale la “derivabilità” “la continuità” per cui

la “non continuità” la “non derivabilità”. 10

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3) Considerato il rettangolo , il cui lato è lungo 8 , dove è una lunghezza nota,

ABCD AD a a

il punto medio del lato AB. Sulla perpendicolare al piano del rettangolo condotta per ,

sia M M

in modo che il piano del triangolo formi col piano del rettangolo un

prendere un punto V VCD

α α

tale che tg = 3/4. Mostrare che la superficie laterale della piramide di vertice e

angolo V

è costituita da due triangoli rettangoli e da due triangoli isosceli. Sapendo che

base ABCD , calcolare la lunghezza di . Constatato che tale

l'area di tale superficie laterale è 92

a AB

2

σ

, condurre un piano parallelo alla base della piramide e proiettare

lunghezza è 5

a σ con la piramide stessa, ottenendo in

ortogonalmente su tale base il poligono sezione di σ per la quale il volume di tale

questo modo un prisma retto. Determinare la posizione di

prisma risulta massimo. A completamento del problema, dimostrare che se i numeri reali

, variano in modo che la loro somma si mantenga costante allora il prodotto è

positivi x y x y

2

= 2 .

massimo quando risulta x y

Si consideri la figura sottostante che presenta la geometria del problema:

Innanzitutto, essendo M il punto medio del lato AB, ed essendo VM perpendicolare al lato stesso,

allora ne consegue la congruenza dei triangoli rettangoli VMB e VMA da cui segue VA=VB cioè il

triangolo VAB è isoscele.

Ora : ⎛ ⎞

( ) 3

α

= = =

⎜ ⎟

VM MHtg 8

a 6 a

⎝ ⎠

4

= + = + =

2 2 2 2

VH VM MH 64 a 36 a 10 a

= >

AB x x

Facciamo ora la seguente posizione : 2 , 0

Si ha:

= + = +

2 2 2 2

VA VM MA x 36a 11

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Il triangolo VMD è anch’esso rettangolo per cui:

( ) ( )

= + = + + = + + = +

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

VD MD VM MA AD VM x 36 a 64 a x 100 a

Ora notiamo che: )

( 2

+ = + + = + =

2 2 2 2 2 2 2 2 cioè il triangolo VAD è rettangolo.

VA AD x 36 a 64 a x 100 a VD

Analogamente vale per la faccia opposta cioè VBC è anch’esso rettangolo.

Anche in tal caso dalla congruenza dei triangoli rettangoli VAD e VBC discende VD=VC cioè il

triangolo VDC è isoscele.

L’area laterale è composta dall’area dei 4 triangoli VAD, VBC, VAB e VDC. L’area dei triangoli

VAD e VBC è la stessa per le considerazioni fatte sopra e sarà:

VA * AD

= = = +

2 2

A A 4 a x 36 a

VAD VBC 2

L’area di VAB è: AB * VM

= =

A 6 ax

VAB 2

L’area di VDC è: DC * VH

= =

A 10 ax

VDC 2

Per cui si ha: )

( + + = ⇒

2 2 2

2 4 a x 36 a 16 ax 92 a

+ = −

2 2

2 x 36 a 23

a 4 x

+ = −

2 2 si riconduce a risolvere il sistema

Ora la soluzione dell’equazione 2 x 36 a 23

a 4 x

seguente: )

( )

(

⎧ ( )

2 ⎧

+ = − 2 ( )

2 2 2

x a a x

2 36 23 4 + = −

⎪ 2

2 2

x a a x

2 36 23 4

⎪ ⎪

− ≥ ⇔

⎨ ⎨

a x

23 4 0 a

23

< ≤

⎪ ⎪ x

0

>

x 0 ⎩

⎪ 4

L’equazione diventa: 12

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+ = − + ⇒

2 2 2 2

x a x ax a

4 144 16 184 529

− + = ⇒

2 2

x ax a

12 184 385 0

( )

( )

± − ±

2 2

a a a

92 92 12 385 a a

92 62

= = ⇒

x 12 12

a a

77 23

= >

x

1 6 4

a a

5 23

= <

x 2 2 4 a

5

= = =

x x da cui

Per cui la soluzione accettabile è AB a

5

2 2

Si consideri ora la figura seguente:

= = =

QM ET NS x

Poniamo ≤ ≤ = .

La limitazione goeometrica impone x VM a

0 6

I triangoli VQL e VMH sono simili per cui: ⇒

=

VQ QL VM MH

: :

( )

− = ⇒

a x QL a a

6 : 6 : 8

( )

a x

4 6

=

QL 3 13

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Analogamente i triangoli ETA e VMA sono simili per cui:

=

VM MA ET TA

: :

5 = ⇒

a a x TA

6 : :

2 5

= ⇒

TA x

12 ( )

⎛ ⎞ a x

5 5 5 6

= = − =

⎜ ⎟

ST MT a x

2 2

⎝ ⎠

2 12 6

Il volume del prisma retto sarà: ( ) ( )

− − ( )

⎡ ⎤

( ) ( )

5 6 a x 4 6 a x 10 10

= = = = − = − +

2 3 2 2

V A * h ST * TP * QM * * x x 6 a x x 12 ax 36 a x

⎢ ⎥

b ⎣ ⎦

6 3 9 9

≤ ≤

0 x 6 a

con ≤ ≤

Il volume così ricavato assume valore nullo agli estremi dell’intervallo .

0 x 6 a

Calcoliamo ora le derivate:

( ) ( ) ( )( )

10 10 10

= − + = − + = − − > ⇒ < ∪ >

I 2 2 2 2

V 3 x 24 ax 36 a x 8

ax 12 a x 6 a x 2 a 0 x 2 a x 6 a

9 3 3

≤ ≤ > ⇒ ≤ <

I

0 6 si ha : 0 0 2

e con la limitazione x a V x a

( )

20

= −

II

V x 4 a

3

( ) 40 a

= − <

II

V 2 a 0

3 σ

=

Per cui il volume massimo è raggiunto quando cioè quando il piano dista dalla base

x 2 a ( )

⎡ ⎤ 3

10 320 a

= − + =

= 3 2 2

12 36

V x ax a x

della piramide di e tale volume massimo vale

x 2 a ⎢ ⎥

⎣ ⎦

9 9

=

x a

2

La parte finale del problema consiste nella risoluzione del seguente sistema:

>

⎧ 0

x

⎪ >

⎪ 0

y

⎨ + =

x y a

⎪ = 2

⎩ z x y

E vedere quando viene massimizzata la funzione z. Tale funzione può essere riscritta come:

( )

= − = −

2 3 2

z x x a x ax 14

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