Scopo del corso è fornire agli studenti gli strumenti fondamentali del calcolo differenziale e integrale per funzioni reali di una variabile reale e le conoscenze necessarie per affrontare lo studio delle successioni e…
Scheda dell'insegnamento
Obiettivi formativi
Scopo del corso è fornire agli studenti gli strumenti fondamentali del calcolo differenziale e integrale per funzioni reali di una variabile reale e le conoscenze necessarie per affrontare lo studio delle successioni e delle serie numeriche. Particolare attenzione sarà dedicata all’acquisizione del linguaggio matematico, del metodo logico-deduttivo e delle capacità operative necessarie per la risoluzione di problemi. Gli strumenti teorici e metodologici acquisiti consentiranno agli studenti di analizzare semplici problemi matematici e di applicare i risultati del calcolo differenziale e integrale anche a questioni provenienti dalle scienze applicate.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente acquisirà gradualmente la struttura logica tipica del ragionamento matematico e si abituerà al necessario rigore nella formulazione, nella discussione e nella verifica delle ipotesi. Il corso fornirà allo studente un metodo di ragionamento critico, indispensabile per un utilizzo consapevole dei modelli matematici.
Lo studente conoscerà e comprenderà le proprietà fondamentali dei numeri reali e complessi, i concetti di limite, continuità, derivabilità e integrabilità per funzioni reali di una variabile reale, nonché i principali risultati relativi alle successioni e alle serie numeriche. Il percorso formativo fornirà le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per la corretta analisi di semplici problemi matematici e per la formulazione di ragionamenti logico-deduttivi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità operative necessarie per applicare concretamente le conoscenze acquisite alla risoluzione di semplici problemi matematici. In particolare, lo studente dovrà essere in grado di calcolare limiti, studiare il carattere di successioni e serie numeriche, analizzare la continuità e la derivabilità di una funzione, eseguire lo studio completo del grafico di una funzione e calcolare integrali definiti e indefiniti.
Gli studenti dovranno acquisire padronanza del linguaggio matematico e del metodo logico-deduttivo, mostrando capacità di individuare, argomentare e presentare le strategie risolutive in modo corretto, efficace e pertinente.
Programma
Cenni di teoria degli insiemi, numeri reali e numeri complessi – 1 CFU. Definizioni ed esempi di insiemi. Unione, intersezione e differenza di insiemi. Complementare di un insieme. Implicazioni ed equivalenze logiche. Costruzione degli insiemi N, Z, Q e R.Assiomi dei numeri reali e loro conseguenze. Definizione di minimo e massimo di un insieme. Definizione di estremo superiore e inferiore di un insieme di numeri reali. Punti di accumulazione e punti isolati. Definizione di numero complesso. Parte reale e parte immaginaria. Operazioni nel campo dei numeri complessi. Coniugato e modulo di un numero complesso. Rappresentazione geometrica nel piano di Gauss. Forma algebrica e forma trigonometrica. Argomento di un numero complesso. Formula di De Moivre. Elevamento a potenza ed estrazione di radice nel campo dei numeri complessi. Risoluzione di semplici equazioni nel campo complesso.
Successioni – 1 CFU. Definizione di successione. Successioni limitate e monotone. Definizione di limite di una successione. Operazioni con i limiti. Forme indeterminate e limiti notevoli. Teorema della permanenza del segno e relativi corollari. Teorema di regolarità delle successioni monotone. Il numero e di Nepero. Successioni definite per ricorrenza. Successioni estratte. Teorema di Bolzano-Weierstrass, senza dimostrazione. Successioni di Cauchy.
Funzioni, limiti e continuità – 2 CFU. Definizione di funzione. Dominio, codominio e immagine. Funzioni iniettive, suriettive e biiettive. Funzioni monotone, pari, dispari e periodiche. Funzioni composte e funzioni inverse. Grafici e proprietà delle funzioni elementari. Definizione di limite di una funzione. Limite destro e limite sinistro. Legame tra limiti di successioni e limiti di funzioni: teorema ponte. Operazioni con i limiti. Forme indeterminate e limiti notevoli. Infiniti e infinitesimi. Principio di sostituzione. Definizione di funzione continua in un punto e in un insieme. Classificazione delle discontinuità. Teorema della permanenza del segno. Teorema di esistenza degli zeri. Teorema di Weierstrass. Teorema di continuità della funzione inversa. Limiti delle funzioni monotone. Criterio di continuità per le funzioni monotone.
Calcolo differenziale e formula di Taylor – 2 CFU. Definizione di derivata prima di una funzione e relativo significato geometrico. Relazione tra derivabilità e continuità: esempi e controesempi. Dominio della funzione derivata. Classificazione dei punti di non derivabilità: punti angolosi, punti cuspidali e punti a tangente verticale. Regole di derivazione della somma, del prodotto e del quoziente di due funzioni derivabili. Regola di derivazione delle funzioni composte e delle funzioni inverse. Derivate delle funzioni elementari. Definizione di estremo relativo e teorema di Fermat. Teoremi di Rolle e di Lagrange. Criteri di monotonia. Concavità e convessità. Criteri di convessità. Teorema di de l’Hôpital, senza dimostrazione. Asintoti. Studio del grafico di una funzione. Formula di Taylor con resto in forma di Peano. Formula di Taylor con resto in forma di Lagrange. Applicazioni al calcolo dei limiti e all’approssimazione locale delle funzioni.
Integrali – 2 CFU. Definizione di integrale di Riemann di una funzione limitata. Condizione necessaria e sufficiente per l’integrabilità secondo Riemann. Integrabilità delle funzioni continue e delle funzioni monotone. Primo e secondo teorema della media integrale. Funzione integrale. Teorema fondamentale del calcolo integrale. Primitive e formula fondamentale del calcolo integrale. Integrale indefinito: definizione e proprietà. Tabella degli integrali immediati. Calcolo di integrali mediante semplici trasformazioni dell’integrando. Integrazione per decomposizione in somma. Integrazione delle funzioni razionali. Formula di integrazione per parti. Integrazione per sostituzione. Calcolo di aree di figure piane.
Serie numeriche – 1 CFU. Definizione di serie numerica. Successione delle somme parziali. Condizione necessaria per la convergenza di una serie. Criterio di Cauchy. Serie geometrica, serie armonica e serie armonica generalizzata. Proprietà delle serie a termini non negativi. Criteri di convergenza: criterio del confronto, criterio del confronto asintotico, criterio del rapporto e criterio della radice. Serie a segno alterno e criterio di Leibniz. Convergenza assoluta.
Modalità d'esame
La valutazione della prova scritta terrà conto della correttezza dei risultati, dell’adeguatezza del metodo utilizzato, della completezza e coerenza del procedimento, della corretta giustificazione dei passaggi e della chiarezza espositiva.
La valutazione della prova orale terrà conto della conoscenza e della comprensione degli argomenti, della capacità di formulare correttamente definizioni ed enunciati, della capacità di stabilire collegamenti tra i diversi contenuti del corso, del rigore logico e della padronanza del linguaggio matematico.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e terrà conto dell’esito complessivo delle prove. Il possesso delle conoscenze essenziali e la capacità di applicare correttamente le principali tecniche di calcolo corrisponderanno a una valutazione sufficiente. La padronanza completa degli argomenti, l’autonomia nella scelta delle strategie risolutive, il rigore argomentativo e la chiarezza dell’esposizione consentiranno di conseguire valutazioni più elevate.
Saranno svolte due prove intercorso, una indicativamente a metà semestre e l’altra al termine del semestre. Il superamento di entrambe le prove con valutazione sufficiente esonererà gli studenti dalla prova scritta dell’esame, limitatamente alla prima sessione d’esami successiva alla conclusione del corso.
Testi di riferimento
P. Marcellini, C. Sbordone, Analisi Matematica I , Liguori Editore.
F. Giannetti, A. Passarelli di Napoli, Analisi Matematica I. Esercizi svolti e da svolgere , ESI.
P. Marcellini, C. Sbordone, Esercitazioni di Matematica , volumi I e II, Liguori Editore.
Ulteriore materiale didattico, esercizi, tracce di prove d’esame e quesiti di autovalutazione potranno essere messi a disposizione dal docente attraverso la piattaforma digitale di Ateneo.
Codice insegnamento analisi-matematica-i