Lezioni :
Gli insiemi numerici fondamentali : N,
Z, Q, R. Relazione d'ordine naturale in R ,
estremi, massimi e minimi. Riferimento cartesiano della retta, del piano
e dello spazio. I concetti di potenza di un insieme e di insieme
infinito. Sottoinsiemi di R : insiemi limitati
ed illimitati, intervalli, intorni di un punto. Punti di accumulazione
e chiusura di un sottoinsieme di R : definizioni, esempi,
enunciato del teorema di Bolzano. Esempio : proprietà
dell'insieme numerico A = { 1/n , n eN
}.
Funzioni di un insieme in un altro : definizioni e concetti
fondamentali. Funzioni tra insiemi ordinati e monotonia. Invertibilità.
Terminologia, proprietà di carattere generale e definizione di
grafico specifici per le funzioni reali di variabile reale.
Le funzioni elementari di R --> R.
Studio sistematico (definizione, proprietà e grafico) delle
funzioni elementari : (1) y = costante ; (2) funzione
lineare ; (3) funzione identica; (4) valore assoluto; (5) potenze con esponente
naturale (pari e dispari) e loro inverse (radici); (6) funzione esponenziale;
(7) funzione logaritmo; (8) funzioni trigonometriche e loro inverse.
Insieme di definizione di funzioni composte : definizione, regole per
la sua determinazione, esempi ed esercizi.
Proprietà particolari della funzione valore assoluto : diseguaglianza
triangolare ed altre formule analoghe.
Successioni di numeri reali. Terminologia di base, definizioni,
esempi. Il concetto di limite di successione e di successione regolare
o oscillante. Esempi e verifica del limite di successioni
regolari in base alla definizione. Successioni limitate e successioni
monotone : definizione, proprietà, esempi. Alcuni teoremi
fondamentali per le successioni reali (enunciato, dimostrazione,
esempi e controesempi) : (1) Teorema di unicità
del limite; (2) Teorema della permanenza del segno e relativo
corollario; (3) Teoremi del confronto ed in particolare il
teorema dei carabinieri; (4) Limitatezza del sostegno di una
successione convergente.
Algebra dei limiti di successioni regolari e forme indeterminate.Confronto
tra infiniti e tra infinitesimi. Limite del prodotto di due successioni
di cui una è infinitesima (dim). Limite della successione delle
medie aritmetiche e della successione delle medie geometriche. Definizione
di fattoriale e di coefficiente binomiale; la successione dei
fattoriali dei numeri naturali.
Calcolo di limiti notevoli ( log n , exp(n) , P(n)/Q(n), radice
n-ma di n , n! , n sen(1/n) ....). Altri esempi di calcolo
di limiti di successioni ( usando i teoremi di confronto e l'algebra dei
limiti ). Richiami su punti di accumulazione e punti isolati (esercizi
ed esempi) e costruzione di una successione di punti di
X che converge ad un punto di D(X).
Definizione di limite per una funzione reale di variabile
reale. Esempio : comportamento di (sen x)/x in un intorno
di zero. Limiti di funzioni reali di variabile reale. Definizioni,
proprietà, primi teoremi ( unicità, permanenza del segno,
confronto), algebra dei limiti di e funzioni forme
indeterminate. Limiti di funzioni composte (definizione, esempi,
esercizi). Limite destro e limite sinistro: definizioni, esempi,
proprietà. Confronto del comportamento delle funzioni
sen(x), sen(x)/x, |x|/x, 1/x , in un intorno dello zero.
Funzioni continue in un punto ed in un insieme. Definizioni, esempi,
proprietà del grafico. Discontinuità: classificazione
dei tipi di discontinuità in un punto (eliminabile, prima
specie, seconda specie), esempi ed esercizi. Continuità a
destra e continuità a sinistra ( es. : la funzione
y(x) = [x] , parte intera di x ). Massimi e minimi
assoluti e relativi : definizioni ed esempi. Proprietà
delle funzioni continue in un intervallo : teorema di Weiestrass
(enunciato, esempi e controesempi). Teorema degli zeri (dimostrazione
costruttiva mediante il metodo di bisezione) e teorema dei valori
intermedi. Risoluzione di equazioni trascendenti (con precisione
fissata) mediante applicazione del teorema degli zeri.
Geometria analitica nel piano : Vettori liberi e vettori applicati.
Coseni direttori, coefficiente angolare, condizione di
perpendicolarità. Equazione della retta passante per due punti
dati. Equazione della retta in forma esplicita ed in forma
implicita, coefficiente angolare, condizioni di parallelismo e di perpendicolarità
tra rette. Coordinate del punto medio di un segmento. Espressione
della distanza (euclidea) tra due punti in funzione delle relative
coordinate cartesiane. Equazione della circonferenza e del cerchio
: costruzione dell'equazione di una circonferenza di centro e raggio
dati, proprieta' della circonferenza di data equazione. Luoghi geometrici
intersezione.
Derivate : Rapporto incrementale relativo ad un punto
fissato. Derivata in un punto : definizione e significato geometrico.
Funzione derivata di f . Linearità dell'operatore differenziale.
Formula per la derivata del prodotto di due funzioni.
Calcolo diretto della derivata della funzione y(x) = (x al quadrato).
Calcolo della derivata della funzione y(x) = (x alla n)
mediante il principio di induzione matematica. Derivta di
y(x) = 1/x e di y(x) = (radice n.ma di x) come casi particolari.
Calcolo di Derivate : Formula per il calcolo della derivata del
rapporto di due funzioni. Formula per il calcolo della derivata
di una funzione composta. Derivate delle funzioni trigonometriche e
trigonometriche inverse, delle funzioni esponenziali e delle
funzioni logaritmiche. Esempi di applicazione delle formule introdotte.
Derivate di ordine superiore e derivata parziale di una funzione di due
variabili. Esempio: calcolo delle derivate di ordine comunque alto
di un polinomio. Relazione tra continuità in un punto
e derivabilità in quel punto , esempi di funzioni continue ma
non derivabili in un punto dato (la funzione y(x) = |x| )
Proprietà delle funzioni derivabili : Relazione tra i
valori assunti dalla funzione nell'intorno di un punto ed il valore assunto
dalla derivata in quel punto : Teorema di Fermat.
Funzioni derivabili in un intervallo : Teoremi di Rolle e di Lagrange.
Conseguenze del teorema di Lagrange : funzioni costanti in un
intervallo, relazione tra monotonia della funzione e segno
della
derivata. Concetto di convessità e di concavità
in un punto, e di punto di flesso. Concetto di funzione convessa
(o concava)
in un intervallo. Relazione tra il segno della derivata seconda e la
concavità o convessità della funzione in un punto
ed in un un
intervallo. Regole per lo studio sistematico del comportamento
di una funzione nel suo insieme di definizione, e tracciamento del
relativo grafico.
Integrazione : Definizione di Funzione Primitiva
di una funzione data. Famiglia delle primitive e definizione di
Integrale Indefinito. Area del rettangoloide
relativo ad una funzione continua in un intervallo chiuso e limitato.
Integrazione definita ed indefinita: Area del rettangoloide.
Integrale definito di una funzione continua : definizione e
proprietà ( linearità, additività, monotonia,
valore assoluto, teorema della media). Integrale indefinito: famiglia delle
funzioni
primitive di una funzione continua. Funzione integrale corrispondente
ad una data funzione continua. Dimostrazione
dell'esistenza della primitiva (Teorema fondamentale del calcolo integrale
). Calcolo dell'integrale definito per mezzo di una
primitiva (Formula fondamentale del calcolo integrale). Funzioni
primitive delle funzioni elementari. Integrale indefinito di
funzioni composte mediante funzioni elementari. Metodi classici
di integrazione indefinita : per semplici trasformazioni della funzione
integranda ( esempio: integrale di tg(x) ), per decomposizione
in somma ( es.: integrale di ( t -1) / (t+1) ) , per parti
( es. :i ntegrali di x sen(x) e di x cos(x) ), per sostituzione
( esempio : integrale di 1/[sqrt(x) - 3] in dx
) .
Esempi di calcolo dell' integrale definito per mezzo di una primitiva
(integrale di sen(x) tra zero e 2pigreco, tra zero e
pigreco, etc. ) ed esempi di calcolo di aree di figure
piane decomponibili in unione di rettangoloidi e/o domini normali.
Cenni sui metodi per il calcolo approssimato dell'integrale definito
(metodo dei trapezi).
Algebra lineare : Lo spazio vettoriale reale di
dimensione
n ( vettori numerici di dimensione n , operazioni
di somma,
prodotto esterno e prodotto scalare, modulo di un vettore).
Operazioni su vettori numerici di dimensione n. Lo spazio
vetoriale R alla n , ed i casi particolari Ralquadrato
ed Ralcubo. Prodotto scalare ed ortogonalità
tra vettori e relativa interpretazione geometrica. Dipendenza lineare
tra vettori numerici di dimensione n. Matrici : definizione
e terminologia essenziale, rappresentazione, matrici triangolari e diagonali,
matrice identica (o unitaria), matrice trasposta di una matrice data, matrici
simmetriche. Operazioni con le matrici. Prodotto righe per colonne.
Vettori riga e vettori colonna. Il prodotto scalare tra vettori come prodotto
righe per colonne tra matrici. Inversa di una matrice quadrata. Determinante
di una matrice quadrata : definizione, metodi per calcolarlo (
formule particolari per determinanti di ordine 2 ed ordine 3 e
per matrici triangolari e diagonali ), proprietà del determinante.
Criterio di invertibilità e formula per il calcolo della matrice
inversa di una matrice quadrata non singolare. Rango ( o caratteristica
) di una matrice di dimensioni qualsiasi. Proprietà delle
righe e delle colonne di una una matrice di rango k.
Risoluzione di sistemi di equazioni lineari. Teorema di Rouché-Capelli
( s.dim.). Sistemi di n equazioni in n incognite :
Teorema e formula di Cramer (con dim.). Risoluzione di sistemi di n
equazioni in n incognite con matrice singolare e risoluzione di
sistemi di n equazioni in m incognite con n =/= m.
Cenni sul calcolo delle probabilità e sul trattamento
statistico dei dati sperimentali.
Il concetto di evento, di evento composto, di eventi indipendenti,
di probabilità discreta, e relative proprietà.
Probabilità a priori, frequenza relativa
e
probabilità a posteriori. Esercizi ed esempi
sul calcolo della probabilità
a priori anche di eventi composti.
Il concetto di popolazione, campione, distribuzione di frequenza.
Istogrammi.
Definizione e giustificazione matematica di media aritmetica, varianza,
scarto quadratico medio, e loro significato come misure di dispersione.
Elementi caratteristici di una distribuzione di frequenza. Variabile aleatoria
standardizzata.
Laboratorio :
1) Risoluzione di disequazioni in R : Disequazioni
di primo e secondo grado. Sistemi di disequazioni lineari. Disequazioni
quoziente, esponenziali e logaritmiche; disequazioni con valore assoluto.
Disequazioni con radici e/o funzioni trigonometriche.
2) Determinazione del campo di esistenza di una funzione composta
mediante funzioni elementari.
3) Calcolo di limiti di successioni di numeri reali.
4) Esercizi su : Calcolo della derivata (prima e seconda) di funzioni
composte mediante funzioni elementari.
5) Esercizi su : Studio di funzioni e tracciamento del
loro grafico.
6) Esercizi di geometria analitica : tracciamento di luoghi
geometrici di equazione data, costruzione della equazione relativa
a luoghi geometrici sottoposti a particolari condizioni, ed
a luoghi geometrici intersezione.
7) Esercizi di algebra lineare su : prodotto scalare ed ortogonalità
tra vettori, dipendenza ed indipendenza lineare tra vettori,
operazioni su matrici, prodotto righe per colonne, calcolo di
determinanti, calcolo di matrici inverse, determinazione del rango
di una matrice, risoluzione di sistemi di equazioni lineari di n
equazioni in m incognite ( con n = m e con n
=/= m )
8) Esercizi di calcolo di integrali indefiniti e di integrali definiti
di funzioni composte mediante funzioni elementari. Calcolo di aree.