Siano F: x → (e− x2−1) / (x√(1+x)3)
e G: x → ∫ [1, x] F.
Determinare il campo di esistenza di F precisando dove essa è continua.
Determinare il campo di esistenza di G precisando dove essa è continua.
Stabilire se i limiti di G agli estremi dell'intervallo di definizione sono finiti o no.
Studiare la derivabilità di G,
dove G cresce e dove decresce,
il segno di G(x) al variare di x nel dominio di F.
Tracciare un grafico "qualitativo" di G.
•
F è definita per gli x tali che x√(1+x)3 ≠ 0
e 1+x ≥ 0, ossia per x in
•
Per x → 0 F(x) → 0 in quanto e− x2−1 va a 0 come x2.
Quindi F è prolungabile per continuità ponendo
Quindi G, intendendo l'intergrale in senso improprio, è definita e continua in
•
Per x → ∞ e− x2−1 → −1,
quindi F(x) va a 0 come
•
Per x → −1 F(x) va a ∞ come
•
La derivata di G coincide con F, estesa a 0; F(x), così estesa, vale 0 solo per x=0, è positiva
per x < 0, negativa per x > 0.
Quindi G ha massimo in 0. G vale 0 sicuramente in 1. Siccome
Rappresentazioni grafiche e calcoli realizzati con WolframAlpha:
integrate( (exp(-x^2)-1) / ( x*sqrt((1+x)^3) ), x=1..-0.75) -0.642455 integrate( (exp(-x^2)-1) / ( x*sqrt((1+x)^3) ), x=1..-0.5) -0.0269922 integrate( (exp(-x^2)-1) / ( x*sqrt((1+x)^3) ), x=1..0) 0.199289 integrate( (exp(-x^2)-1) / ( x*sqrt((1+x)^3) ), x=1..2) -0.15393 integrate( (exp(-x^2)-1) / ( x*sqrt((1+x)^3) ), x=1..3) -0.217242 integrate( (exp(-x^2)-1) / ( x*sqrt((1+x)^3) ), x=1..4) -0.247858 integrate( (exp(-x^2)-1) / ( x*sqrt((1+x)^3) ), x=1..5) -0.265336
Grafico realizzato con questo script, utlizzando per G (grafico rosso) i valori calcolati con WolframAlpha. Se divido per 100 la distanza di x da -1 il valore assoluto di G(x) tende a moltiplicarrsi per 10: per Per Volendo trovarre il secondo valore di x per cui G(x)=0 posso procedere per approssimazioni successive: integrando tra 0 e -0.49 trovo -0.0147577, tra 0 e -0.48 ho -0.00306297, tra 0 e -0.47 ho 0.00811643, tra 0 e -0.475 ho 0.00258969. Posso prendere -0.48 come arrotondamento. Se voglio vado avanti. |
Ecco come potrei svolgere con R:
F <- function(x) (exp(-x^2)-1)/(x*sqrt((1+x)^3)) plot(F,-1,6,ylim=c(-1,6),n=500) abline(h=seq(-1,6,1),v=seq(-1,6,1),lty=3) abline(v=0,h=0,col="blue") G <- function(x) integrate(F,1,x)$value a <- -0.99; b <- 10; n=5000 for(i in 0:n){x<-a+(b-a)/n*i;points(x,G(x),pch=".",col="red")} dev.new() plot(F,-1,4,ylim=c(-1/2,1/2),n=500) abline(h=seq(-1/2,1/2,0.1),v=seq(-1,4,1),lty=3) abline(v=0,h=0,col="blue") a<- -0.99; b<- 4 for(i in 0:n){x<-a+(b-a)/n*i;points(x,G(x),pch=".",col="red")}
Volendo approssimare il secondo valore di x per cui G(x)=0:
uniroot(G, c(-0.9, -0.3), tol=1e-10)$root # -0.4773047