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Sintesi

Svolgimento della prova di matematica per il liceo della comunicazione. Esame stato 2011/2012. Sessione ordinaria.
Nicola De Rosa, Liceo della comunicazione, sessione ordinaria. Prova di matematica 2012
Estratto del documento

Nicola De Rosa, Liceo della comunicazione sessione ordinaria 2012, matematicamente.it

Punto2

Notiamo subito che il grafico della funzione

   

2 2 può essere ricavato da quello di

f ( x ) ln ( x ) ln x 1

   a seguito di simmetria rispetto all’asse delle

2 2

g ( x ) ln ( x ) ln x 1  

 

ordinate in quanto .

f ( x ) g x   

2 2

Studiamo quindi il grafico di . Innanzitutto,

g ( x ) ln ( x ) ln x 1

 

 

       2

2 2 2

poiché , possiamo

ln ( x ) ln x 1 ln ( x ) 2 ln x 1 ln x 1

riscrivere

  

2 2

g ( x ) ln ( x ) ln x 1 come

   

ln x 1 se x e

 

   

g ( x ) ln x 1 .

 

  

1 ln x se 0 x e 

x e

Notiamo innanzitutto che la funzione è continua in in quanto

   

   

   

lim ln x 1 lim 1 ln x 0 .

 

 

x e x e    

 

g x ln x 1

Studiamo un ramo alla volta, partendo da 1

 



nell’intervallo . Tale funzione interseca l’asse delle ascisse in

e

,  

  

e

,

e

,

0 , è positiva nel dominio , non presenta asintoti né verticali

né orizzontali né obliqui, ed è strettamente crescente in tutto il dominio

 



e

, .      

  nell’intervallo

g x 1 ln x 0

, e

Studiamo il ramo . Tale funzione

2 

non interseca l’asse delle ascisse in quanto x e non appartiene al

  

0

, e

dominio, è positiva nel dominio , presenta come asintoto

x 0

 

 

  

lim 1 ln x

verticale in quanto , non presenta asintoti orizzontali

x 0

né obliqui visto il dominio limitato, ed è strettamente decrescente in

 

0

, e

tutto il dominio .

x e

Notiamo che in la funzione presenta un punto angoloso in quanto

   

1 1 1 1

      

lim g ' x lim lim g ' x lim .

   

   

x e x e

x e x e x e x e

2

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  

2 2

Di seguito il grafico di .

g ( x ) ln ( x ) ln x 1

Il grafico di  

   

ln x 1 se x e

    

2 2 

f ( x ) ln ( x ) ln x 1 si ricava

 

    

1 ln x se e x 0

simmetria intorno all’asse delle ordinate:

da quello soprastante per 3

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Punto 3   

2 2

g ( x ) ln ( x ) ln x 1

La funzione è continua in tutto il dominio

  

  x e

D : x 0

, e non è derivabile in in cui presenta un punto

g

angoloso in quanto

1 1

   

lim g ' x lim

 

  x e

x e x e  

1 1

     

 

lim g ' x lim  

 

  x e

x e x e    

2 2

f ( x ) ln ( x ) ln x 1

Analogo ragionamento per la funzione

 

  

D : x ,

0

continua in tutto il dominio e non è derivabile in

f

 

x e in cui presenta un punto angoloso in quanto

   

1 1 1 1

      

lim f ' x lim lim f ' x lim .

   

       

x e x e

x e x e x e x e

4

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Punto 4 2 e  

 

 

L’area richiesta è pari a . Applicando l’integrazione

S ln x 1 dx

e

per parti si ha:

2 e      

       

        

2 e

S ln x 1 dx x ln x 2 2

e ln 2

e 2 e ln e 2

e

e

   

       

          

2

e ln 2 ln e 2 e ln e 2 2

e ln 2 1 2 e 1 2

 

    4

      

e 2 ln 2 1 e ln 4 1 e ln  

e

5

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PROBLEMA 2

Siano f e g le funzioni definite, per tutti gli x reali, da

3

  

e

f ( x ) | 8 x | g ( x ) sen

( x )

1. Fissato un conveniente sistema di riferimento cartesiano Oxy, si

studino f e g e se ne disegnino i rispettivi grafici e .

G G

f g

2. Si scrivano le equazioni delle rette r e s tangenti, rispettivamente, a

1

e nel punto di ascissa . Quale è la misura, in gradi e

G G x

f g 2

primi sessagesimali, dell’angolo acuto individuato da r e da s?

Si calcoli l’area della regione R racchiusa, G G

3. tra e .

f g

4. Si scrivano, spiegandone il perchè, ma senza calcolarli, gli integrali

definiti che forniscono i volumi dei solidi K e W ottenuti dalle rotazioni

  

di R, attorno alle rette e , rispettivamente.

y 0 y 1

RISOLUZIONE

_____ _____

Punto 1    3

Studiamo la funzione .

f x 8x

   3

Il grafico della funzione possiamo ricavarlo da quello della

f x 8x

   3

h x 8x

funzione ribaltando verso le ordinate positive la parte di

grafico al di sotto dell’asse delle ascisse. Pertanto studiamo la funzione

   3

h x 8x

Dominio: R;      

3

h x 8 x 0 x 0

Intersezione ascisse:  

  

x 0 h 0 0

Intersezioni ordinate: ;

Simmetrie: la funzione è dispari in quanto

     

      

3 3 ;

h x 8 x 8 x h x

   

3

h x 8x

Positività: la cubica è positiva se ;

x 0

6

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Asintoti verticali: non ve ne sono in quanto il dominio è R;

   

Asintoti orizzontali: per cui non ve ne sono;

lim h x

 

x  

h x  

Asintoti obliqui: non ve ne sono in quanto ;

lim

  x

x    2

Crescenza e decrescenza: la derivata prima è per cui

h

' x 24 x

all’interno del dominio la funzione è strettamente crescente e si annulla

solo in x 0   

h

' ' x 48 x

Concavità e convessità: per cui la funzione ha concavità

   

  

verso l’alto in 0

, ,

0

e verso il basso in ; poiché

 

     

    F 0

,

0

quindi è un flesso a tangente

h

' 0 0

, h

' ' 0 0

, h

' ' ' 0 48 0

orizzontale di equazione .

y 0

    

h ' ' x 0 x 0

    

h ' ' x 0 x 0 x

  - 0

  

h ' ' x 0 x 0 flesso

7

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Il grafico è di seguito presentato:

G h

Il grafico , ricavato da quello di , è di seguito presentato:

G G

f h

8

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   

g x sin x

Studiamo la a funzione

Dominio: R;    

  

      

g x sin x 0 x k x k , k Z

Intersezione ascisse:  

  

Intersezioni ordinate: ;

x 0 g 0 0

Simmetrie: la funzione è dispari in quanto

       

 

       ;

g x sin x sin x g x

Positività: la funzione è positiva se

   

       

2

k x 2

k 2

k x 1 2

k , k Z ;

Asintoti verticali: non ve ne sono in quanto la funzione è limitata;

Asintoti orizzontali: ve ne sono in quanto la funzione è limitata;

Asintoti obliqui: non ve ne sono in quanto la funzione è limitata;

   

 

g ' x cos x

Crescenza e decrescenza: la derivata prima è per cui

 

 

cos x 0

la funzione è strettamente crescente negli intervalli in cui e

 

 

strettamente decrescente negli intervalli in cui .

cos x 0

Poiché 

  3

        

          

cos x 0 2 k x 2 k 2 k x 2 2 k

2 2

1 3

         

2 k x 2 k 2 k x 2 2 k , k Z

2 2

e  

  3 1 3

   

           

cos x 0 2 k x 2

k 2 k x 2 k , k Z ,

2 2 2 2

deduciamo che la funzione è strettamente crescente negli intervalli

   

1 3

    

    con e strettamente decrescente

k Z

2 k , 2 k 2 k , 2 2 k

   

2 2

 

1 3

  

 

in con ; in conclusione la funzione presenta

k Z

2 k , 2 k

 

2 2 9

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   

1 3

  

 

 

massimi relativi in e minimi relativi in

M 2 k ,

1 m 2 k , 1

k

k  

  2

2

con .

k Z    

 

  2

g ' ' x sin x

Concavità e convessità: la derivata seconda è e si

 

 

annulla in per cui i punti sono flessi.

2k ,

0

x 2

k , k Z

Il grafico è di seguito presentato:

G g

Punto 2

    1

  

 

3 3

x 0

,

Per . La tangente in alla funzione

x

f x 8 x 8 x 2

 

   

  1 1 1

  

  

   

3 ha equazione dove

y f ' x f

f x 8x  

   

2 2 2

 

   

1 1

  

    per cui l’equazione della tangente è

2

f 1

, f ' 24 x 6

1

x

   

2 2 2

 

1

    

  .

y 6 x 1 6 x 2

 

2 10

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   

1 

 g x sin x

La tangente in alla funzione ha equazione

x 2

 

         

1 1 1  

1 1  

     

 

       

y g ' x g dove g 1

, g ' cos x 0

1

x

 

       

3 3 3 2 2 2 1

l’equazione della tangente è D’altronde l’ascissa

per cui . è

x

y 1 2

1

ascissa di massimo per cui la tangente in è orizzontale e pari al

x 2

valore massimo che può assumere una funzione sinusoidale, cioè 1.

, l’angolo acuto formato tra

Date due rette di coefficienti angolari m

, m

' 

  m m

'

 

le due può essere ricavato dalla formula da cui,

tan 

1 mm

'

m m '

 

   

sapendo che , ricaviamo per cui

m 6, m ' 0 tan 6

1 mm '

 

    

arctan 6 1

, 406 rad 80 32

'

Punto 3      

 

3

Le due funzioni si intersecano solamente

f x 8 x e g x sin x  

1 1

  . Nell’intervallo

x 0

, x

nei punti di ascisse la funzione

0

,

 

2 2

     

  3

g x sin x sta al di sopra di e in questo intervallo

f x 8x

    regione R di cui calcolare l’area

3 3 . La è di seguito

f x 8 x 8 x

raffigurata in grigio: 11

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richiesta vale

L’area 1 1 1

 

2 2 1

          2

   

 

       

  3 4

S R g x f x dx sin x 8 x dx cos x 2 x

     

  0

0 0

 

1 1 8

   

 

 

 

8 8

Punto 4

Il volume del solido K ottenuto dalla rotazione della regione R attorno

all’asse V

delle x può essere ottenuto come differenza tra il volume del

1

solido generato dalla rotazione della parte di piano delimitata dalla

    1

  e dall’asse attorno all’asse

g x sin x x

curva , dalla retta x x, e

2

V

il volume del solido generato dalla rotazione della parte di piano

2   1

 dall’asse

3 x

f x 8x

delimitata dalla curva , dalla retta e x

2

attorno all’asse x . Pertanto si ha:

1 1  

2 2

 

   

 

   2

   

2 3

V K V V sin x dx 8 x dx

1 2 0 0

12

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Anche se ci viene richiesto di non calcolarlo, proviamo comunque a

risolvere l’integrale definito soprastante:

1 1 1  

   

2 2 2

 

    1 cos 2 x

  

   

2

    

2 3 6

V K sin x dx 8 x dx 64 x dx

 

 2

0 0 0

1

 

   

x sin 2 x 64 1 1 5

2

  

     

 

7

x

 

   

2 4 7 4 14 28

0

Il volume W del solido generato dalla rotazione della regione R attorno

 

alla retta può essere ottenuto applicando il Principio di

y 1

Cavalieri, cioè immaginando il solido di rotazione come insieme delle

sue sezioni con piani perpendicolari all'asse x; tali sezioni sono corone

   

3

circolari di raggio interno pari a , e raggio esterno pari

R x 8 x 1

int

   

 

a . Pertanto il volume richiesto è pari a

R x sin x 1

est 1 1  

   

2 2

         

 

   2

     

2

2 2 3

V W R x R x dx sin x 1 8 x 1 dx

est int

0 0

Anche se ci viene richiesto di non calcolarlo, proviamo comunque a

risolvere l’integrale definito soprastante:

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