Criterio di derivabilità

HowardRoark
Stavo ripassando alcuni teoremi relativi alle derivate e non mi è chiarissimo il criterio di derivabilità (quello che non usa il limite del rapporto incrementale per stabilire la dericabilità della funzione in un punto x0).
In particolare, il criterio dice che:
1) se f(x) è continua in [a,b];
2) derivabile in (a,b) a eccezione al più di un punto x0in(a,b)
3) risulta lim(x>x0)f(x)=lim(x>x0+)f(x)=l,
allora la funzione è derivabile in x0 e risulta f(x0)=l.

Applicando il teorema alla seguente funzione:

Extra close brace or missing open brace
In effetti risulta lim(x>0+)f(x)=1!=lim(x>0)f(x)=0, quindi la funzione non è derivabile in 0. In particolare viene a mancare la terza ipotesi del teorema.

Se però considero:

Extra close brace or missing open brace, se voglio studiare la derivabilità in x0=0 applicando la definizione di derivata ottengo:

lim(h>0)(f(0+h)f(0))/h=lim(h>0)(h2sen(1/h))/h=0.
Quindi la funzione in 0 è derivabile (ha derivata nulla).
Calcolo f(x) per provare a capire la derivabilità della funzione in 0 col criterio di sopra:
f(x)=2xsen(1/x)cos(1/x). lim(x>0)f(x) non esiste. Come nel primo caso, il limite della derivata in x0 non esiste, tuttavia nel caso di sopra la funzione non era derivabile in quel punto mentre qui lo è.
Cosa non mi è chiaro di questo criterio di derivabilità?

Risposte
HowardRoark
Forse tra le ipotesi del teorema c'è anche quella che esistono f()(x0) e f(+)(x0), altrimenti il teorema non si applica. Nel primo esempio che ho fatto f()(0) e f(+)(0) esistevano ed erano diversi tra loro, nel secondo non esistono proprio.
Ovviamente se vi va fatemi sapere se questo ragionamento è corretto, vorrei risolvere questo dubbio.

Martino
"HowardRoark":
risulta lim(x>0+)f(x)=1!=lim(x>0)f(x)=0, quindi la funzione non è derivabile in 0
Questa deduzione che hai fatto è logicamente sbagliata (la deduzione, non il fatto che f non è derivabile), nel senso che se sai che "se X allora Y" non puoi dedurre che "se non X allora non Y". In altre parole se il criterio di derivabilità non è verificato, non puoi dedurre che la funzione non è derivabile. Se il criterio non è verificato non puoi dedurre niente.

Nota bene: non sto dicendo che quella funzione è derivabile in 0. Sto solo dicendo che per dimostrare che la tua f non è derivabile in 0 devi usare un'altra strategia, per esempio puoi usare la definizione di derivata.

HowardRoark
Quindi il criterio di derivabilità è una condizione sufficiente (e non necessaria) per stabilire la derivabilità di una funzione in un punto. Se è così allora è meno utile di quanto pensassi.
Comunque quell'esempio l'ho tratto dal corso di matematica che ho seguito l'anno scorso, e la prof che lo teneva ha dedotto la non derivabilità di quella funzione proprio da quel risultato. Forse se non si considerano le funzioni trigonometriche (noi non le abbiamo trattate, siccome studio economia e a quanto pare servono relativamente a poco per la nostra disciplina) quel risultato è anche una condizione necessaria per la derivabilità di una funzione in un punto.

Martino
"HowardRoark":
la prof che lo teneva ha dedotto la non derivabilità di quella funzione proprio da quel risultato.
La prof ha ragione perché, se i limiti della derivata di f in un punto esistono e sono diversi, allora f non è derivabile in quel punto (assumendo che f sia derivabile in un intorno del punto eccettuato eventualmente tale punto). Cioè la prof stava usando un altro teorema, che era un criterio di non derivabilità. Tu invece stai cercando di applicare un criterio di derivabilità.

HowardRoark
"Martino":
[quote="HowardRoark"]risulta lim(x>0+)f(x)=1!=lim(x>0)f(x)=0, quindi la funzione non è derivabile in 0
Questa deduzione che hai fatto è logicamente sbagliata (la deduzione, non il fatto che f non è derivabile), nel senso che se sai che "se X allora Y" non puoi dedurre che "se non X allora non Y". In altre parole se il criterio di derivabilità non è verificato, non puoi dedurre che la funzione non è derivabile. Se il criterio non è verificato non puoi dedurre niente.
[/quote]
Mi sto perdendo qualcosa. Ma allora perché la mia deduzione è sbagliata? I limiti sinistro e destro della derivata, per x>0, sono diversi, quindi la funzione non è derivabile in quel punto.
Non riesco inoltre a capire la differenza tra criterio di derivabilità e criterio di non derivabilità. Per me sono la stessa cosa, cioè il mio obiettivo è sempre quello di capire la derivabilità di una funzione in un punto, non mi sto riferendo a due cose diverse.

Martino
Il tuo è un criterio di derivabilità, ti dà (come hai detto) condizioni solo sufficienti per la derivabilità. Se le condizioni non sono verificate, il tuo criterio non è applicabile. Penso che questo ti sia chiaro. Un esempio di questo fenomeno è appunto dato dal controesempio che hai indicato (quello con sin(1/x)).

Un criterio di non derivabilità ti dà condizioni sufficienti per la non derivabilità. Come sopra, se le condizioni non sono soddisfatte non puoi applicare il criterio.

Esempio semplice. "Una funzione non continua è non derivabile". Questo è un criterio di non derivabilità. Ma non si può utilizzare come criterio di derivabilità (se togli i due "non" la frase diventa falsa).

HowardRoark
Ok, adesso mi è più chiaro. Però le ipotesi del teorema della prof mi sembrano le stesse di quelle del criterio di derivabilità che ho riportato qui, è possibile?

Martino
Le stesse? A me sembrano una il contrario dell'altra.

HowardRoark
Ora che ho gli appunti sotto mano ho capito perché ho fatto confusione: la prof ha enunciato lo stesso criterio di derivabilità che ho riportato qui (quindi non un criterio di non derivabilità) e da quello ha dedotto la non derivabilità della funzione in 0. Te lo riporto così come ce l'ho scritto negli appunti:
Sia f continua in (a,b) e derivabile in (a,b) tranne al più in un punto x0, con x0in(a,b).
Esistono inoltre i seguenti limiti:

lim(x>x0+)f(x)=lim(x>x0+)(f(x)f(x0))/(xx0)=f(+)(x0)
lim(x>x0)f(x)=lim(x>x0)(f(x)f(x0))/(xx0)=f()(x0)

f è derivabile in x0<=>f(+)(x0)=f()(x0)=l=f(x0)

f ha un punto angoloso in x0<=>f(+)(x0)=l!=f()(x0)=m.
f ha un punto di flesso a tg verticale in x0<=>f(+)(x0)=f()(x0)=+oo
f ha un punto di cuspide in x0<=>f(+)(x0)=+oo e f()(x0)=+oo

Nel secondo esempio che ho riportato il limite di f(x) per x>0 non esisteva, ma se si ipotizza l'esistenza dei limiti destro e sinistro delle derivate per x>x0 si hanno delle condizioni necessarie e sufficienti?

Martino
Sì l'ultimo criterio che hai scritto determina la derivabilità e anche la non derivabilità. In altre parole se si ipotizza l'esistenza dei due limiti laterali di f(x) hai condizioni necessarie e sufficienti.

Fioravante Patrone1
Non mi piace.

Trovo che tutta questa sarabanda sia solo un modo per confondere le idee, che invece devono essere ben chiare.

E' vero questo teorema, ed è il risultato fondamentale (è una condizione sufficiente di derivabilità, conseguenza facilina del teorema di Lagrange):

Sia f:[a,b]RR. Se
1) f è continua in [a,b];
2) f derivabile in (a,b);
3) esiste lim(x>a+)f(x) ed è un numero reale l;
allora la funzione f è derivabile in a DA DESTRA e risulta f+(a)=l.

Da qui si ricava la validità, nel caso di limite finito, di quell'enunciato assurdo che hai riportato qui
"HowardRoark":
Te lo riporto così come ce l'ho scritto negli appunti:
Sia f continua
...

e che è un corollario di questo risultato, che dipende solo dal fatto che un limite esiste ed è reale se e solo se esistono i limiti da dx e da sx e sono lo stesso numero reale.

Le considerazioni si estendono dal caso di limite finito a quello di limite infinito per i quali si sfrutta un teorema analogo a quello riportato qui all'inizio.

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