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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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