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[Risolto] Dimostra che la funzione con parametro ammette sempre un punto di minimo relativo

  

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Problema
Fissato $\lambda \in R$, sia $g_\lambda$ la funzione così definita:
$$
g_\lambda(x)=x^3(x+\lambda)
$$
a) Dimostra che per qualsiasi valore di $\lambda$, il grafico di $g_\lambda$ ammette un punto di minimo relativo e determina il valore di $\lambda$ in modo che il grafico della funzione ammetta un flesso nel punto $\mathrm{F}$ di ascissa $\quad x=-1$
b) Verificato che risulta $\lambda=2$, indica con $\Gamma$ il grafico corrispondente e rappresentalo dopo averne individuato le principali caratteristiche.
c) Trova l'equazione della retta $t$ tangente a $\Gamma$ in $\mathrm{F}$ e le coordinate del punto $\mathrm{A}$, ulteriore intersezione tra $\Gamma$ e la retta tangente $t$. Calcola le coordinate del punto B, appartenente all'arco FA e distinto da F, tale che la tangente a $\Gamma$ in B sia parallela a t.
d) Determina il valore $\lambda$ del parametro in modo che sia $g_\lambda(x)$ simmetrica di $g_2(x)$ rispetto all'asse delle ordinate. Indica (motivando esaurientemente la risposta) se è possibile determinare un valore di $\lambda$ in modo tale che $g_\lambda(x)$ sia simmetrica di $g_2(x)$ rispetto all'asse delle ascisse.

Salve, sono nuovo su questo forum 😀 . Prima del problema avrei una domanda: come si fa a scrivere con il linguaggio Latex? Ci ho provato in tutti i modi ma quando clicco su "Anteprima" risulta essere del semplice testo.

Passando al problema invece, avrei bisogno di una mano principalmente con il punto A. Se poi qualcuno è gentile e riesce a risolvere anche il punto D mi fa un favore. Ringrazio in anticipo per l'aiuto, spero di poter ricambiare un giorno 😉 .

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Come il linguaggio di marche HTML anche il Teχ (LaTeχ ne è una versione free software; il carattere finale è un chi, non un ics) fu inventato dal grande Knuth a scopo di impaginazione: HTML per pagine www, Teχ per testi scientifici universitari.
Usarlo per SOSmatematica è come usare il maglio di Terni per sgusciare le mandorle, ma se ci tieni puoi vedere al link
http://www.sosmatematica.it/una-scrittura-latex/
Tuttavia usarlo ha un inconveniente: non puoi sottoporre i tuoi calcoli scritti in LaTeχ alla verifica di un software di calcolo simbolico (io uso WolframAlpha intensamente) che non capisce le marche; io trovo assai più fruttuoso usare una qualche "sintassi da compilatore" dal momento che scrivendo su tastiera tutti i caratteri compresi gli accapo finiscono in una sola fila; così indici e apici si scrivono come argomenti parametrici secondari (che è ciò che sono!).
Ad esempio la tua funzione "gi minuscolo con lambda di x" si scrive "g(x, λ)" senza contorcimenti dattilografici.
Per i simboli UTF8 (codifica interpretata da ogni browser) te ne puoi fare un po' di scorta nel tuo editor pian pianino, io tengo sempre sottomano
∓ ± √() ∫ → ∞ ~= α β γ δ ∂ ε η θ ζ λ μ ν π ρ σ ς τ ξ υ φ χ χ^2 ω Γ ≡ Δ Ξ Λ Π Σ Φ Ψ Ω «» € ≠ ≈ ö ≤ ≥ × · ← ↑ → ↓ ↔ ↕ ¬ Ø ∩ ∪ ∧ ∨ £ ♠ ♣ ♥ ♦ © • ÷ ○ ◦ ` ó ⟂ ∇ ™ ≺ ≅ ª ä, ë, ï, ö, ü ∈ ∉
e, in caso di ulteriori bisogni, vado a spulciare le varie tavole al link
http://cloford.com/resources/charcodes/utf-8_mathematical.htm
==============================
PROBLEMA (si chiama così, però sembra macchinoso come un tema d'esame!)
Dove c'è un solo parametro io lo chiamo "k" e non "λ": si risparmia un sacco di Copia/Incolla!
Il problema riguarda la famiglia di funzioni razionali quartiche delle variabili reali x e k (parametro)
* g(x, k) = y = (x + k)*x^3
su cui sono posti quesiti che richiedono le sue due prime derivate
* g'(x, k) = dy/dx = (4*x + 3*k)*x^2
* g''(x, k) = dy/dx = 6*(2*x + k)*x
------------------------------
a1) La condizione di minimo relativo è
* (g'(x, k) = 0) & (g''(x, k) > 0) ≡
≡ ((4*x + 3*k)*x^2 = 0) & (6*(2*x + k)*x > 0)
---------------
* 6*(2*x + k)*x > 0 ≡
≡ (k <= 0) & ((x < 0) oppure (x > - k/2)) oppure (k > 0) & ((x < - k/2) oppure (x > 0)) ≡
≡ (k <= 0) & (x < 0) oppure (k <= 0) & (x > - k/2) oppure (k > 0) & (x < - k/2) oppure (k > 0) & (x > 0)
---------------
* (4*x + 3*k)*x^2 = 0 ≡ (x = 0) oppure (x > - 3*k/4)
---------------
* (g'(x, k) = 0) & (g''(x, k) > 0) ≡
≡ ((x = 0) oppure (x > - 3*k/4)) & ((k <= 0) & (x < 0) oppure (k <= 0) & (x > - k/2) oppure (k > 0) & (x < - k/2) oppure (k > 0) & (x > 0)) ≡
≡ ((x = 0) & (k <= 0) & (x < 0) oppure (x = 0) & (k <= 0) & (x > - k/2) oppure (x = 0) & (k > 0) & (x < - k/2) oppure (x = 0) & (k > 0) & (x > 0)) oppure ((x > - 3*k/4) & (k <= 0) & (x < 0) oppure (x > - 3*k/4) & (k <= 0) & (x > - k/2) oppure (x > - 3*k/4) & (k > 0) & (x < - k/2) oppure (x > - 3*k/4) & (k > 0) & (x > 0)) ≡
≡ (Ø oppure Ø oppure Ø oppure Ø) oppure (Ø oppure (x > - 3*k/4) & (k <= 0) oppure (k > 0) & (- 3*k/4 < x < - k/2) oppure (k > 0) & (x > 0)) ≡
≡ (k <= 0) & (x > - 3*k/4) oppure (k > 0) & ((- 3*k/4 < x < - k/2) oppure (x > 0))
QED
------------------------------
a2) La condizione di flesso è
* g''(x, k) = 0 ≡ 6*(2*x + k)*x = 0 ≡ (x = 0) oppure (x = - k/2)
Da x = - k/2 = - 1 si ha k = 2, quindi F(- 1, - 1) e
* g(x, 2) = y = (x + 2)*x^3
------------------------------
b) http://www.wolframalpha.com/input?i=y%3D%28x--2%29*x%5E3
------------------------------
c1) Γ ≡ y = (x + 2)*x^3
ha pendenza
* m(x) = 2*(2*x + 3)*x^2
che in F vale
* m(- 1) = 2
quindi la retta t, tangente Γ in F, è
* t ≡ y = 2*(x + 1) - 1 ≡ y = 2*x + 1
------------------------------
c2) t & Γ ≡ (y = 2*x + 1) & (y = (x + 2)*x^3) ≡ F(- 1, - 1) oppure A(1, 3)
------------------------------
c3) t è elemento, per q = 1, del fascio improprio
* t(q) ≡ y = 2*x + q
che, a sistema con Γ, dà la risolvente
* (x + 2)*x^3 - (2*x + q) = 0 ≡
≡ x^4 + 2*x^3 - 2*x - q = 0
con discriminante
* Δ(q) = - 256*(q + 11/16)*(q - 1)^2
che s'azzera, oltre che per q = 1 in F, anche per q = - 11/16 da cui
* t' ≡ y = 2*x - 11/16
* t' & Γ ≡ (y = 2*x - 11/16) & (y = (x + 2)*x^3) ≡ B(1/2, 5/16)
http://www.wolframalpha.com/input?i=%5By-2*x%5E3%3Dx%5E4%2C%282*x--1-y%29*%282*x-11%2F16-y%29%3D0%5D
------------------------------
d1) Sostituendo ad x il suo opposto in
* Γ ≡ g(x, 2) = y = (x + 2)*x^3
si ha
* Γ' ≡ g(x, k) = y = (x + k)*x^3 = (- x + 2)*(- x)^3 ≡
≡ (x + k)*x^3 = (x - 2)*x^3 ≡
≡ k = - 2
------------------------------
d2) Sostituendo ad y il suo opposto in
* Γ ≡ g(x, 2) = y = (x + 2)*x^3
si ha
* Γ' ≡ g(x, k) = y = (x + k)*x^3 = - (x + k)*x^3 ≡
≡ (x = 0) oppure (x = - k)
cioè non si può ottenere un'identità per alcun valore di k.



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Per ora svolgo a) che mi sembra facilissimo.

g_L(x) = x^4 + L x^3

g'_L(x) = 4x^3 + 3 L x^2 = x^2 ( 4x + 3 L ) >= 0

4x + 3L >= 0

x >= - 3L/4 il confine sinistro di questo intervallo di crescenza é un minimo relativo

g''L(x) = 12 x^2 + 6 L x = 6x (2x + L)

per xo = -1, g''L(xo) = -6 ( - 2 + L )

sarà nulla in un punto di flesso, per cui L - 2 = 0 => L = 2

g_2(x) = x^4 + 2x^3

 

d) la simmetria rispetto all'asse y é descritta da

x' = -x, y' = y

per cui la simmetrica di y = f(x)

é y = f(-x).

Se poniamo -x  al posto di x in g_2(x) si ha

 

y = x^4 - 2 x^3 = g_-2(x)   e così L' = -2

Invece la simmetria rispetto all'asse x corrisponde a

y' = -y     e x' = x

e la simmetrica di y = f(x) é   y = - f(x)

nel nostro caso avremo

- g_2(x) = -x^2 - 2x^3

e questa funzione non descrive g_L(x) per nessun valore di L

perché il segno di x^4 é cambiato rispetto a qualsiasi funzione

della famiglia. E' tutto.



Risposta
SOS Matematica

4.6
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