Esame di stato 2023 - Liceo Scientifico - Prova di Matematica

Svolgimento del Problema 1

testo


Punto a)

L'arco di parabola Γ1 passa per il punto (0;1) solo se a=1/4. L'arco di circonferenza Γ2 passa per il punto (0;1) solo se b=-1. L'arco di iperbole Γ3 passa per il punto (1;0) solo se c=-1.

Dal grafico si deduce agevolmente che la f è derivabile a destra per x=-2 in cui la tangente destra è l'asse delle ascisse; per x=0 le derivate sinistra e destra sono diverse: si ha un punto angoloso e non esiste tangente; per x=1 si ha una cuspide e la tangente è la retta di equazione x=1.

L'equazione di Γ1 è Eqn004.gif.

L'equazione di Γ2 è Eqn005.gif.

L'equazione di Γ3 è

Eqn001.gif

con

Eqn002.gif

Per x=2 l'equazione della tangente è

Eqn003.gif

.

Punto b)

Per Γ1 la derivata è Eqn006.gif.

Per Γ2 la derivata è Eqn007.gif.

Il grafico della derivata è

fig01.png

La derivata della funzione F(x) è ovviamente la funzione f(x) e la derivata seconda di F(x) è f'(x) quindi la concavità di F(x) è data dal segno di f'(x): F(x) è convessa per x<0 e x>1, concava per 0<x<1.


Punto c)

La funzione Eqn004.gif nel dominio indicato è un arco di parabola. Questa funzione nel suo dominio è sempre crescente, quindi è biunivoca e quindi invertibile. Esprimendo x in funzione di y si ha

Eqn008.gif

Per ottenere l'equazione della funzione inversa si scambiano le variabili, quindi

Eqn009.gif

Il dominio dell'inversa è il codominio della funzione diretta, cioè [0;1]. L'inversa non è derivabile per x=0. Il suo grafico è simmetrico della diretta rispetto all'origine.

fig02.png


Punto d)

L'equazione dell'arco di parabola Γ1 è Eqn010.gif

Per il teorema di Archimede l'area S di un segmento parabolico di equazione Eqn011.gif di estremi A e B è data da Eqn012.gif, quindi l'area del segmento parabolico delimitato da Γ1 è Eqn013.gif.

L'area del secondo quadrante delimitata da Γ1 e dagli assi si ottiene sottraendo S dall'area di un triangolo rettangolo di cateti di misure 2 e 1, quindi è 2/3. Perché la retta di equazione x=k la divida in parti equivalenti bisogna che

Eqn014.gif

Per risolvere questa equazione conviene operare la sostituzione di variabile Eqn015.gif ottenendo

Eqn016.gif