I principali Teoremi del Calcolo Differenziale

Argomenti:

[1]    Teorema di Rolle

[2]    Teorema di Lagrange

        [2.1]    Corollario 1

        [2.2]    Corollario 2

        [2.3]    Corollario 3

[3]    Teorema di Cauchy

[4]    Osservazioni sui Teoremi
        [4.1]    sul teorema di Rolle
        [4.2]    sul teorema di Lagrange
 

Collegamenti


[1]    Teorema di Rolle

Sia f una funzione continua in un intervallo chiuso [a, b] e derivabile in (a, b) tale che f(a)=f(b). Allora esiste x in (a, b) tale che f ' (x)=0
Interpretazione geometrica: Sotto le opportune ipotesi di continuità e di derivabilità che sono state enunciate, se f(a)=f(b), allora esiste x in (a, b) tale che la tangente al grafico nel punto di coordinate (x , f(x)) sia orizzontale.

N.B.: L'ipotesi di continuità su tutto l'intervallo chiuso è fondamentale: a questo proposito si veda  l'esempio

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[2]    Teorema di Lagrange

Sia f una funzione continua in un intervallo chiuso [a, b] e derivabile in (a, b). Allora esiste x in (a, b) tale che
Interpretazione geometrica: Sotto le opportune ipotesi di continuità e di derivabilità che sono state enunciate, esiste x in (a, b) tale che la tangente al grafico nel punto di coordinate (x , f(x)) sia parallela alla retta che congiunge i punti di coordinate (a, f(a)) e (b, f(b)).

N.B.: Il Teorema di Rolle è un caso particolare del Teorema di Lagrange nel caso in cui f(a)=f(b). Il teorema di Lagrange si dimostra riconducendosi al teorema di Rolle.

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[2.1]    Corollario 1

Sia f una funzione continua in un intervallo chiuso [a, b] e derivabile in (a, b) tale che f '(x)=0 per ogni x in (a, b). Allora esiste un numero reale k tale che f(x)=k per ogni x in [a,b], cioè' f e' costante su tutto il dominio di definizione.
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[2.2]    Corollario 2

Siano f  e g due funzioni continue  in un intervallo chiuso [a, b] e derivabili in (a, b) tali che f '(x)=g'(x) per ogni x in (a, b). Allora esiste un numero reale c tale che f(x)=g(x)+c per ogni x in [a,b], cioè f e g differiscono a meno di una costante.
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[2.3]    Corollario 3

Sia f una funzione continua in un intervallo chiuso [a, b] e derivabile in (a, b). Allora:
i)    Se f '(x)>0 per ogni x in (a, b), allora f è crescente in  [a, b].
ii)    Se f '(x)<0 per ogni x in (a, b), allora f è decrescente  [a, b].

Tale corollario è importantissimo ed ha un ruolo determinante nella ricerca dei punti di estremo relativo di una funzione.

Dal punto di vista intuitivo:

:

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[3]    Teorema di Cauchy

Siano f  e g due funzioni continue  in un intervallo chiuso [a, b] e derivabili in (a, b). Se g '(x)<>0 per ogni x in (a,b), allora esiste x in (a, b) tale che
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[4]    Osservazioni sui teoremi

Osservazioni sul teorema di Rolle

Osserviamo che l'ipotesi di continuità della funzione su tutto l'intervallo chiuso [a, b] è fondamentale (vai a: Teorema di Rolle). Supponiamo infatti che la funzione f sia continua e derivabile su (a, b) ma che presenti una discontinuità negli estremi a e b. In tal caso la funzione potrebbe non essere costante sull'intervallo: consideriamo ad esempio la seguente funzione:
Come si può notare, la funzione della figura, a parte la continuità negli estremi, gode di tutte le altre proprietà elencate dall'enunciato del teorema di Rolle. Come si può notare, essa non è costante.

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[4.2]    Osservazioni sul teorema di Lagrange

Il Teorema di Lagrange si dimostra riconducendosi al Teorema di Rolle: si consideri infatti la funzione g definita da:
Dal punto di vista geometrico, il grafico della funzione g è il grafico di f che è stato fatto ruotare di un opportuno angolo, in modo da rendere orizzontale la congiungente dei punti (a, f(a)), (b, f(b)).
La funzione g verifica le ipotesi del Teorema di Rolle e dunque esiste x in (a, b) tale che g ' (x)=0, cioè esiste x in (a, b) tale che
cioè la tesi.

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Collegamenti

Definizione di derivata
Interpretazione geometrica del concetto di derivata
Definizione di tangente ad una curva
Coefficiente direttivo di una retta e tangente trigonometrica
Derivata in un punto e funzione derivata
Massimi e minimi
Ricerca di massimi e di minimi
Regole di derivazione