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Topos Uranos

Riepilogo

Questa lezione apre l’unità sulle derivate. Presenta il percorso dell’unità, che definisce la derivata come il limite del rapporto incrementale, la scrive come una fattorizzazione con un fattore continuo, quella di Carathéodory, e ne ricava, senza mai dividere per quantità che possono annullarsi, le regole di derivazione, la regola della catena e la derivata della funzione inversa, fino ad arrivare alle derivate di ordine superiore, al differenziale e ai tassi di variazione. Ricostruisce la storia della derivata, dal metodo di Fermat per le tangenti fino alla definizione di Cauchy, passando per le flussioni di Newton, la notazione di Leibniz, la critica di Berkeley e il programma di Lagrange, che diede alla derivata il nome e la notazione; formula il problema che le diede origine, la tangente a una curva qualsiasi e la velocità in un istante, e mostra con un esempio come la fattorizzazione sostituisca la divisione per un incremento nullo. Termina indicando dove si usano le derivate nell’unità seguente, in altri corsi del sito e nella scienza e nella tecnica.

Obiettivi di apprendimento

  1. Descrivere il percorso dell’unità e spiegare che cosa dimostra ciascuna lezione e di quali risultati anteriori si serve.
  2. Spiegare perché la tangente a una curva qualsiasi e la velocità istantanea esigono di definire la derivata come un limite, e perché la fattorizzazione di Carathéodory permette di dimostrare le regole senza dividere per quantità che possono annullarsi.
  3. Collocare nel loro contesto storico le tappe della nozione di derivata, dal metodo di Fermat fino alla definizione di Cauchy, e individuare il problema o la critica che ha dato impulso a ciascuna.
  4. Indicare dove intervengono le derivate nell’unità seguente, in altri corsi e in applicazioni scientifiche e tecniche.

Valutazione d’ingresso

Prima di percorrere l’unità conviene misurare il punto di partenza. Questa autovalutazione non assegna voti: serve a sapere dove soffermarsi. Le prime nove domande riguardano, nell’ordine, le nove lezioni di contenuto dell’unità, una ciascuna, e misurano un’abilità di calcolo o di ragionamento, non un enunciato da ricordare; le stesse abilità si misurano di nuovo alla fine, nella lezione di sintesi, con altri dati. Le ultime cinque verificano ciò che questa unità dà per acquisito dall’unità che precede e da Algebra e Geometria I e II: un limite trigonometrico, un limite notevole dell’esponenziale, l’o⁡\operatorname{o} piccolo, la funzione inversa e il coseno dell’arcoseno.

Valutazione d’ingresso

Prima di iniziare l’unità, misura il tuo punto di partenza. È un’autovalutazione breve: non riceve voto e il risultato resta solo nel tuo browser.

  1. Domanda 1La funzione f(x)=12x+1f(x) = \frac{1}{2x + 1} è definita in 00. A partire dalla definizione di derivata, qual è la retta tangente al suo grafico nel punto (0,1)(0, 1)?

  2. Domanda 2Calcolare la derivata di f(x)=x2+5x−1f(x) = \frac{x^2 + 5}{x - 1} in 33.

  3. Domanda 3Calcolare la derivata di f(x)=excos⁡xf(x) = e^x \cos x in π4\frac{\pi}{4}.

  4. Domanda 4Calcolare la derivata di f(x)=cos⁡2(2x)f(x) = \cos^2(2x) in π8\frac{\pi}{8}.

  5. Domanda 5In quale di questi intervalli il teorema di Bolzano assicura che l’equazione x3+2x=5x^3 + 2x = 5 ha una soluzione?

  6. Domanda 6La funzione f(x)=x5+xf(x) = x^5 + x è continua e strettamente crescente in R\mathbb{R}. Quanto vale (f−1)′(2)\left(f^{-1}\right)'(2)?

  7. Domanda 7Calcolare la derivata di F(x)=(x2+1)xF(x) = \left(x^2 + 1\right)^x in 11.

  8. Domanda 8Calcolare la derivata di ordine 55 di f(x)=xe2xf(x) = x e^{2x} in 00.

  9. Domanda 9Un rettangolo conserva la sua area di 66 centimetri quadrati mentre la sua base cresce al ritmo di 33 centimetri al secondo. Con quale rapidità varia la sua altezza nell’istante in cui la base misura 22 centimetri?

  10. Domanda 10Dalle unità precedentiCalcolare lim⁡h→0cos⁡h−1h\lim_{h \to 0} \frac{\cos h - 1}{h}.

  11. Domanda 11Dalle unità precedentiCalcolare lim⁡h→0e−2h−1h\lim_{h \to 0} \frac{e^{-2h} - 1}{h}.

  12. Domanda 12Dalle unità precedentiQuale di queste funzioni è o⁡(h)\operatorname{o}(h) per h→0h \to 0?

  13. Domanda 13Dalle unità precedentiSe f(x)=2x3+3f(x) = 2x^3 + 3, quanto vale f−1(19)f^{-1}(19)?

  14. Domanda 14Dalle unità precedentiQuanto vale cos⁡(arcsin⁡(−35))\cos\left(\arcsin\left(-\frac{3}{5}\right)\right)?