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Modulo o "valore assoluto" Proprietà del Valore
PSfrag replacements Modulo o "valore assoluto" Dato x ∈ R definiamo modulo o valore assoluto di x il numero reale positivo x se x ≥ 0 |x| = −x se x < 0 Es. |5| è 5. | − 2.34| è 2.34 PSfrag replacements Dal punto di vista geometrico |x| rappresenta la distanza di x da 0. | − x| |x| −x PSfrag replacements Analogamente, ∀x, y ∈ R, vale |x − y| = |y − x| e |x − y| rappresenta −r 0 −r 0 Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.1/20 Proprietà del Valore Assoluto ∀x, y ∈ R, vale la relazione: |x + y| ≤ |x| + |y| (disuguaglianza triangolare) Es. x = 8, y = −13. |x + y| = |8 − 13| = | − 5| = 5, −r |x| = |8| = 8, Cap1b.pdf [a, b] = {x ∈ R| a ≤ x ≤ b}. a |r| = r Es. Le soluzioni dell’eqz. |x| = I numeri reali - Ordinamento in R 0 b Se a < b, chiamiamo intervallo aperto di estremi a e b l’insieme (a, b) = {x ∈ R| a < x < b}. PSfrag replacements √ x1 = r √ 2 sono x1,2 = ± 2. Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.2/20 c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.3/20 Def. Siano a, b ∈ R : a ≤ b. Chiamiamo intervallo chiuso di estremi a e b l’insieme a x2 = −r r 0 Intervalli |y| = | − 13| = 13 2. L’equazione |x| = r, con r ∈ R assegnato, ha due soluzioni: x1 = r Sfrag replacements e x2 = −r | − r| = r r I numeri reali - Ordinamento in R PSfrag replacements |x + y| ≤ |x| + |y| in questo caso è 5 ≤ 8 + 13. r 4. punti | −I r| = rx ∈ R che soddisfano la disequazione |x| ≥ r sono tutti e soli i punti x r∈ R : x ≤ −r oppure x ≥ r, ovvero tutti i punti che distano da |r| = zero r o piú di r. la distanza tra x e y. N.B. Una distanza è sempre un numero reale positivo. I numeri reali - Ordinamento in R |r| = r 3. punti | −I r| = rx ∈ R che soddisfano la disequazione |x| ≤ r sono tutti e soli i punti x r∈ R : −r ≤ x ≤ r, ovvero tutti i punti che distano da zero r o |r| = meno di r. PSfrag replacements x 0 | − r| = r b (a, b) si può scrivere anche ]a, b[. intervallo semi-aperto a destra: [a, b) = {x ∈ R| a ≤ x < b}. I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.4/20 PSfrag replacements a intervallo semi-aperto a sinistra: (a, b] = {x ∈ R| a < x ≤ b}. a ≤ x, (a, +∞) = {x ∈ R| a < x} oppure (−∞, b] = {x ∈ R| x ≤ b}, (−∞, b) = {x ∈ R| x < b}, Es. A = (−∞, 1). A è superiormente limitato, ma non inferiormente In generale: un intervallo si dice chiuso se include i suoi estremi, aperto se esclude i suoi estremi. Def. I punti dell’intervallo che non sono estremi dell’intervallo sono detti punti interni. eplacements Es. A = [−1, 1) ∪ {2}. Qualunque a ≤ −1 è minorante di A. A è superiormente e inferiormente limitato. Si definisce la Retta estesa R = R ∪ {−∞, +∞} = [−∞, +∞] Cap1b.pdf ∀x ∈ A. Ogni a che soddisfa tale relazione è detto un minorante di A. dove i simboli −∞ e +∞ non indicano numeri reali, permettono di estendere l’ordinamento dei reali, attraverso la convenzione che ∀x ∈ R, −∞ < x < +∞. I numeri reali - Ordinamento in R R Def. Sia A ⊂ R. Diciamo che A è inferiormente limitato se esiste un numero reale a tale che: Intervalli definiti da una sola disuguaglianza: [a, +∞) = {x ∈ R| a ≤ x}, A c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.5/20 limitato: tutti i numeri reali x ≥ 1 sono maggioranti di A, mentre non esistono minoranti di A. I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.7/20 Insiemi limitati A b R Def. Sia A ⊂ R. Diciamo che A è superiormente limitato se esiste un numero reale b tale che: eplacements x ≤ b, ∀x ∈ A. −2 Ogni b che soddisfa tale relazione è detto un maggiorante di A. Es. A = {x ∈ R| − 1 ≤ x < 1}. b = 1, b = 10, b = 1000 sono A 1 5 non esiste b ∈ R maggiorante di N. Proprietà di Archimede Def. Si dice che A è limitato se è contemporaneamente superiormente e inferiormente limitato. maggioranti di A. Qualunque b ≥ 1 è maggiorante di A. −1 Es. N ⊂ R è inferiormente limitato, ma non superiormente. Qualunque a ≤ 0 è un minorante di N, ma: R L’intervallo [−5, π) è limitato. I suoi minoranti sono tutti i numeri reali x ≤ −5, i suoi maggioranti sono tutti i numeri reali x ≥ π Es. A = [−1, 1) ∪ {2}. Tutti i b ≥ 2 sono maggioranti di A, b = 1.6 non è maggiorante di A. I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.6/20 I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.8/20 Massimo e minimo di un insieme Def. Diciamo che un insieme A ⊂ R ammette massimo se esiste un elemento xM ∈ A tale che x ≤ xM ∀x ∈ A. L’elemento xM viene chiamato massimo dell’insieme A e si indica con xM = max A. Oss. Un insieme che ammette massimo è anche superiormente limitato e xM = max A è un maggiorante di A. Proprietà: Se un insieme A ha massimo, allora max A è il piú piccolo dei maggioranti di A. Es. A = (−5, 2]. max A = 2 e ogni x ≥ 2 è maggiorante di A. Es. A = {x ∈ Q| x2 − 2 < 0}. A è limitato in R, ma non ha massimo e minimo. √ √ Infatti si può anche scrivere A = {x ∈ Q| − 2 < x < 2}. √ I maggioranti di A sono tutti i numeri reali x ≥ 2. I minoranti di A √ √ √ sono tutti i numeri reali x ≤ − 2, ma ± 2 6∈ Q e quindi ± 2 6∈ A. √ √ √ √ N.B. La scrittura (− 2, 2) è equivalente a {x ∈ R| − 2 < x < 2} e √ √ non a {x ∈ Q| − 2 < x < 2}. √ √ Es. A = {x ∈ R| x2 − 2 ≤ 0} = {x ∈ R| 2 ≤ x ≤ 2}. A è limitato in R ed ha massimo e minimo. √ Infatti, stavolta ± 2 ∈ A. Oss. Un insieme che è superiormente limitato non è detto che abbia massimo: Es. A = (−5, 2). @xM ∈ A maggiore o uguale di tutti gli elementi di A. N.B. x = 2 6∈ A. I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.9/20 Def. Diciamo che un insieme A ⊂ R ammette minimo se esiste un elemento xm ∈ A tale che xm ≤ x ∀x ∈ A. L’elemento xm viene chiamato minimo dell’insieme A e si indica con xm = min A. Oss. Un insieme che ammette minimo è anche inferiormente limitato e xm = min A è un minorante di A. Proprietà: Se un insiema A ammette minimo, allora min A è il piú grande dei minoranti di A. Es. A = [−5, 2). min A = −5 e ogni x ≤ −5 è minorante di A. Oss. Un insieme che è inferiormente limitato non è detto che abbia minimo: Es. A = (−5, 2). @xm ∈ A minore o uguale di tutti gli elementi di A. N.B. x = −5 6∈ A. Teorema. Massimo e minimo, se esistono, sono unici. I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.10/20 I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.11/20 Estremi inferiore e superiore Def. Sia A ⊂ R superiormente limitato. Chiamiamo estremo superiore di A il più piccolo dei maggioranti di A e lo denotiamo con sup A. Sia A ⊂ R inferiormente limitato. Chiamiamo estremo inferiore di A il più grande dei minoranti di A e lo denotiamo con inf A. Oss. Se un insieme ha massimo, allora tale numero è anche estremo superiore. Il viceversa non è vero. Se un insieme ha minimo, allora tale numero è anche estremo inferiore. Il viceversa non è vero. √ √ √ √ Es. A = (− 2, 2], max A = 2 = sup A, inf A = − 2. I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.12/20 Caratterizzazione matematica del sup Il sup A è caratterizzato dalle seguenti due condizioni: 1) ∀x ∈ A, x ≤ sup A (ovvero sup A è un maggiorante di A) Proprietà. Se esistono inf e sup di un insieme, questi sono unici. Se un insieme non è superiormente limitato, diciamo che sup A = +∞ 2) ∀r ∈ R, r < sup A, ∃x ∈ A| x > r. (ovvero sup A è il piú piccolo dei maggioranti di A, perché un qualsiasi altro numero reale r minore di sup A non è piú maggiorante di A) Sfrag replacements x r I numeri reali - Ordinamento in R Se un insieme non è inferiormente limitato, diciamo che inf A = −∞ sup A Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.13/20 I numeri reali - Ordinamento in R 2) ∀r ∈ R, r > inf A, ∃x ∈ A| x < r. (ovvero inf A è il piú grande dei minoranti di A, perché un qualsiasi altro numero reale r maggiore di inf A non è piú minorante di A) Sfrag replacements x sup A infA c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.15/20 Stavamo analizzando le proprietà di R Caratterizzazione matematica dell’inf L’inf A è caratterizzato dalle seguenti due condizioni: 1) ∀x ∈ A, x ≥ inf A (ovvero inf A è un minorante di A) Cap1b.pdf 1. Le operazioni di Q si estendono a R 2. Su R c’e’ un ordinamento totale: ≤ intervalli aperti e chiusi, insiemi superiormente ed inferiormente limitati, maggioranti e minoranti, massimo e minimo, sup e inf. 3. I numeri razionali sono densi tra i numeri reali, ovvero tra due numeri reali qualsiasi, esistono infiniti numeri razionali. 4. L’insieme dei numeri reali è completo: geometricamente vuol dire che ogni punto della retta è associato ad un unico numero reale. r Questa proprietà permette di risolvere equazioni come x2 − 2 = 0 che non hanno soluzione in Q. I numeri reali - Ordinamento in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.14/20 I numeri reali Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.16/20 PSfrag replacements 3. Q è denso in R C2 ovvero: Tra due numeri reali qualsiasi esistono infiniti numeri razionali Es. Consideriamo i numeri reali π = 3.1415926535897932384626433832785.... x = 3.1415926535897932384726433832785.... I numeri 3.141592653589793238463 3.141592653589793238464 .. . 3.141592653589793238471 sono tutti razionali (hanno rappresentazione decimale finita), ma anche 3.1415926535897932384631, 3.1415926535897932384632, ... 3.1415926535897932384639, ..., 3.1415926535897932384709 sono tutti razionali, ecc. I numeri reali - Q è denso in R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.17/20 4. La completezza di R disgiunti di R (C1 ∩ C2 = ∅) tali che C1 ∪ C2 = R e tali che ogni elemento di C1 sia minore o uguale di ogni elemento di C2 . PSfrag replacements R C1 R C1 s Def. detto elemento I numeri realis- viene La completezza di R R = Q ∪ (R \ Q) reali = razionali ∪ irrazionali Sia Q che (R \ Q) sono densi in R. L’Assioma di completezza di R implica che: "Ogni sottoinsieme di R superiormente (risp. inferiormente) limitato ammette in R estremo Fine di R. superiore (risp. inferiore)". I numeri reali - La completezza di R Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.19/20 Esercizio: Individuare le proprietà dei seguenti intervalli (aperto, chiuso, semi-aperto a destra o a sinistra, limitato); individuare inf e sup e, qualora esistano, anche min e max. (−5, 4], (−∞, 0), {x ∈ R : |x| < 3}, {x ∈ R : |x| ≤ π}, [−2π, 2π), {x ∈ R : x2 ≤ 2}. Esercizio: individuare inf, sup, maggioranti e minoranti dei seguenti insiemi e, qualora esistano, anche min e max. C2 x1 ≤ s ≤ x 2 Geometricamente, la completezza significa che ovunque io tagli in due la retta reale R, il punto di confine s tra le due semirette rappresenta un (!) numero reale. La retta R è un continuo di punti. Al contrario Q non è rappresentabile con una retta, perchè è un sottoinsieme discreto della retta. ]2, 18[, C2 Allora ∃!s ∈ R : s Riferimento bibliografico: C. Canuto, A. Tabacco: Analisi Matematica 1, seconda edizione. Capitolo 1, pag. 14-19; Esercizi: pag 26-31. L’insieme dei numeri reali R è completo ovvero verifica la seguente proprietà detta Assioma di completezza o Assioma di Dedekind. Siano C1 , C2 ⊂ R due classi contigue, ovvero due sottoinsiemi Sfrag replacements R C1 ∀x1 ∈ C1 , ∀x2 ∈ C2 . separatore delle classi. c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.18/20 Cap1b.pdf {x ∈ R : |x| > 4}, {x ∈ R : |x| < 3 ∨ |x| > 8}, {x ∈ R : |x| ≤ π ∧ |x| > 2}, (2, 10], {x ∈ R : x ≤ 2} ∩ {x ∈ R : x > 1}, ( ) r 2 3 x − 3 x∈R: ≥0 . 3x + 5 2 I numeri reali 3 [−2π, 2π) ∪ {6}, Cap1b.pdf c Paola Gervasio - Analisi Matematica A 2006/2007 - – p.20/20