Sia F(x) = | √(1 2x) | . (1) Tracciare, motivando, il grafico di F. |
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x 1 | ||
(2) Trovare, se esistono, le soluzioni dell'equazione F(x) = 1/2. |
(1) | ||
è definito se 1 2x ≥ 0 e x 1 ≠ 0. | ||
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x 1 | ||
1 2x ≥ 0 <==> 1 ≥ 2x <==> 1/2 ≥ x; x 1 ≠ 0 <==> x ≠ 1 (condizione inclusa nella precedente). | ||
Quindi F(x) è definito per x ≤ 1/2, ossia il dominio di F è (∞, 1/2]. | ||
F(x) = 0 quando 1 2x = 0, ossia x = 1/2. Negli altri casi √(1 2x) > 0, e quindi F(x) ha il segno di x 1, che è positivo per x > 1. Ma questi valori di x sono al di fuori del dominio di F. Quindi F(x) è nullo per x = 1/2 e negativo per x in (∞, 1/2). | ||
lim x → ∞ F(x) = 0 in quanto
x 1 è un infinito di ordine superiore rispetto a | ||
Possiamo ipotizzare che il grafico abbia una forma simile alla seguente. In ogni caso F (essendo una funzione continua nell'intervallo in cui è definita) ha sicuramente un punto di minimo assoluto. | ||
Per precisare la forma del grafico studiamo l'andamento di F'. Indichiamo con D la derivazione rispetto a x. D(√(1 2x)/(x 1)) = | ||
Per x = 1/2 F'(x) non è definito, per x → 1/2 F'(x) → ∞. F'(x) altrove ha il segno di x in quanto
Dunque F'(x) è nullo, positivo e negativo rispettivamente per x = 0, Quindi F decresce in (∞, 0], cresce in [0, 1/2] e ha minimo in 0, dove vale Il grafico è più meno il seguente. Ci aspettiamo che ci sia almeno un cambio di concavità. Volendo possiamo trovarlo studiando | ||
D(√(1 2x)·(x 1)2) = (x1)(5x3)/√(12x) F"(x) = ... = (3x2 1) / (...) si annulla per x = √3/3 e x = √3/3. Il primo valore non è nel dominio, il secondo è un punto in cui F decresce: ivi (vedi grafico soprastante) si ha quindi (andando verso destra) un passaggio da una concavità verso il basso a una verso l'alto. | ||
(2) L'equazione F(x) = 1/2, per quanto stabilito sopra sull'andamento
di F (anche senza lo studio della concavità), ha esattamente due soluzioni.
Troviamole, sottointendendo che x stia in √(1 2x)/(x 1) = 1/2 <==> 2√(1 2x) = 1 x <==> |
A destra il grafico fatto con questo semplice script online. |
Potrei fare tutto facilmente con
WolframAlpha solve sqrt(1-2*x)/(x-1)= -1/2 for x plot y=sqrt(1-2*x)/(x-1), y=-1/2, x=-10..1 min sqrt(1-2*x)/(x-1) inflection point y=sqrt(1-2*x)/(x-1), x=-10..1 |
Potrei fare i calcoli anche con questa calcolatrice online (vedi):
Minimo:
-1 0.5
sqrt(1-2*Q)/(Q-1)
Q= 0 dif= 1 F(Q)= -0.9714045207910318
...
Q= 1.1053589667028085e-8 dif= 5.6272363365970136e-8 F(Q)= -0.9999999999999999
Q= 1.6748624393663948e-9 dif= 3.7514908910646755e-8 F(Q)= -1
Soluzione destra:
0 0.5
sqrt(1-2*Q)/(Q-1)+1/2
Q= 0.375 dif= 0.25 F(Q)= 0.028595479208968266
...
Q= 0.46410161513775483 dif= 8.881784197001252e-16 F(Q)= 1.4710455076283324e-15
Q= 0.4641016151377546 dif= 4.440892098500626e-16 F(Q)= 2.8033131371785203e-15
Q= 0.4641016151377545 dif= 2.220446049250313e-16 F(Q)= 7.771561172376096e-16
Q= 0.46410161513775455 dif= 1.1102230246251565e-16 F(Q)= -2.220446049250313e-16
Q = 0.46410161513775
Soluzione sinistra:
-10 0
Q= -7.5 dif= 5 F(Q)= -0.2763853991962833Q= -7.5 dif= 5 F(Q)= -0.2763853991962833
...
Q= -6.464101615137755 dif= 8.881784197001252e-16 F(Q)= -5.551115123125783e-17
Q= -6.464101615137755 dif= 8.881784197001252e-16 F(Q)= 0
Q = -6.4641016151378
Il confronto con le soluzioni "teoriche"
-3 + 2*sqrt(3) = 0.4641016151377544
-3 - 2*sqrt(3) = -6.464101615137754
# Grafici e soluzioni con R (vedi) source("http://macosa.dima.unige.it/r.R") F = function(x) sqrt(1-2*x)/(x-1) BF=5; HF=2.5 graph1F( F, -10,1, "brown") graph1( F, 0,1/2, "brown") abline(h=-1/2) x1=solution(F,-1/2, 0,0.499); x1 # 0.4641016 x2=solution(F,-1/2, 0,-10); x2 # -6.464102 (x1+3)^2; (x2+3)^2 # 12 12 x1/x2 = -3 +/- 2*sqrt(3) POINT(x1,-1/2, "blue"); POINT(x2,-1/2, "blue") x3=maxmin(F, -2,0.499); x3 # -9.832206e-11 "praticamente" 0 min POINT(x3,F(x3), "red") d2F = function(x) eval( deriv2(F,"x") ) x4=solution(d2F,0, -6,0); x4 # -0.5773503 POINT(x4,F(x4), "seagreen") x4^2 # 0.3333333 x4 = -1/sqrt(3) flesso