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Matematica

Capire la matematica, un passaggio alla volta.

Dai fondamenti di algebra agli integrali doppi: definizioni rigorose, intuizioni, formule spiegate, esempi guidati, errori frequenti e schemi di ripasso.

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11. Derivate e calcolo differenziale

La derivata misura la variazione istantanea. Nasce dal rapporto tra una variazione dell’uscita e la corrispondente variazione dell’ingresso quando quest’ultima tende a zero.

Rapporto incrementale e significato

Definizione di derivata

f′(x)=limh→0f(x+h)−f(x)h

Significato dei simboli. h è l’incremento dell’input; il numeratore è l’incremento dell’output. Il limite, se finito, è la pendenza della tangente e il tasso di variazione istantaneo.

La derivabilità implica la continuità, ma non vale il contrario: |x| è continua in 0, però le pendenze laterali sono −1 e 1, quindi non è derivabile.

Esempio guidato — dalla definizione

Per f(x)=x², [(x+h)²−x²]/h=(2xh+h²)/h=2x+h. Mandando h a zero si ottiene f′(x)=2x.

Regole di derivazione

La linearità permette di derivare somme termine a termine. Il prodotto e il quoziente richiedono regole specifiche; la catena deriva una composizione moltiplicando la derivata esterna, valutata nell’interno, per la derivata interna.

Regola della catena

(f∘g)′(x)=f′(g(x))·g′(x)

Significato dei simboli. f è la funzione esterna, g quella interna; entrambe devono essere derivabili nei punti coinvolti.

Le derivate successive descrivono variazioni di ordine superiore. f″ misura come cambia la pendenza ed è centrale per concavità e classificazione degli estremi.

Esempio guidato — catena

Se y=(3x²+1)⁵, la funzione esterna è u⁵ e l’interno è u=3x²+1. Quindi y′=5(3x²+1)⁴·6x=30x(3x²+1)⁴.

Errore frequente

La derivata di un prodotto non è il prodotto delle derivate: (fg)′=f′g+fg′.

Tangente, normale e approssimazione lineare

Retta tangente

y−f(a)=f′(a)(x−a)

Significato dei simboli. a è l’ascissa di tangenza; f(a) è l’ordinata; f′(a) è la pendenza.

Se f′(a)≠0, la normale ha pendenza −1/f′(a). Vicino ad a, la tangente fornisce l’approssimazione f(x)≈f(a)+f′(a)(x−a).

Schema di ripasso

  • Derivata = limite del rapporto incrementale.
  • Interpreta unità e segno del tasso di variazione.
  • Usa la catena dall’esterno verso l’interno.
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