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Esercizi su Ottimizzazione - Soluzioni, Esercizi di Matematica Generale

Esercizi e soluzioni relative all'ottimizzazione di diverse funzioni, inclusa la determinazione dei punti di massimo e minimo in diversi intervalli e la classificazione di convessità o concavità in diversi intervalli. Il documento include anche calcoli per determinare i punti stazionari e l'analisi della seconda derivata per determinare la convessità o concavità.

Tipologia: Esercizi

2019/2020

Caricato il 17/06/2020

Utente sconosciuto
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G. S CANDOLO ESERCIZI SU OTTIMIZZAZIONE - 1
ESE RC IZ I
(Gli esercizi con (*) sono pi`u avanzati)
1. Data la funzione
f(x) = 3x22x+1
determinarne i punti di massimo/minimo, se esistono, in ciascuno dei seguenti
”intervalli”
[0, 1] [0, 1) [2, 5] (0, +) (1, +) (,+)
2. Idem per la funzione
f(x) = (x2+x1)ex
per gli ”intervalli”
[2, 3] (0, 3] [1, +) (, 0] (,+)
3. Dire se la funzione
f(x) = x4+2x312x2+7
`
e convessa/concava (o nessuna delle due) in ciascuno degli ”intervalli”
[2, 0] [1, +) [3, 0]
(Ricordo che una funzione f`
econvessa sull’intervallo Ise f00(x)>0 per ogni xI
econcava se f00(x)60 per ogni xI)
4. Idem per la funzione
f(x) = ex2/2
negli stessi ”intervalli” dell’esercizio precedente.
5. Data la funzione
f(x) = 1
x4x2+1
determinarne i punti di massimo/minimo su (,+), se esistono.
6. (*) Senza calcolare derivate, trovare il punto di massimo di
f(x) = 1
log(3e(35x)4+e(35x)8)
in (,+)
1
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ESERCIZI

(Gli esercizi con (*) sono pi `u avanzati)

1. Data la funzione

f (x) = 3 x^2 − 2 x + 1

determinarne i punti di massimo/minimo, se esistono, in ciascuno dei seguenti

”intervalli”

[0, 1] [0, 1) [2, 5] (0, +∞) (1, +∞) (−∞, +∞)

2. Idem per la funzione

f (x) = (x^2 + x − 1 )e−x

per gli ”intervalli”

[−2, 3] (0, 3] [1, +∞) (−∞, 0] (−∞, +∞)

3. Dire se la funzione

f (x) = x^4 + 2 x^3 − 12 x^2 + 7

e convessa/concava (o nessuna delle due) in ciascuno degli ”intervalli”`

[−2, 0] [1, +∞) [−3, 0]

(Ricordo che una funzione f e` convessa sull’intervallo I se f ′′(x) > 0 per ogni x ∈ I

e concava se f ′′(x) 6 0 per ogni x ∈ I)

4. Idem per la funzione

f (x) = e−x

(^2) /

negli stessi ”intervalli” dell’esercizio precedente.

5. Data la funzione

f (x) =

x^4 − x^2 + 1

determinarne i punti di massimo/minimo su (−∞, +∞), se esistono.

6. (*) Senza calcolare derivate, trovare il punto di massimo di

f (x) =

log(3e(^3 −^5 x)^4 + e(^3 −^5 x)^8 )

in (−∞, +∞)

SOLUZIONI

  1. Da f ′(x) = 6 x − 2 vediamo che l’unico punto stazionario per f `e x = 1/3. Calcoliamo poi

f (±∞) = +∞ f ( 0 ) = 1 f (1/3) =

f ( 1 ) = 2 f ( 2 ) = 9 f ( 5 ) = 66

da cui

  • [0, 1]: minimo per x = 1/3, massimo per x = 1
  • [0, 1): minimo per x = 1/3, no massimo
  • [2, 5]: minimo per x = 2, massimo per x = 5
  • (0, +∞): minimo per x = 1/3, no massimo
  • (1, +∞): no minimo, no massimo
  • (−∞, +∞): minimo per x = 1/3, no massimo
  1. Da f ′(x) = −(x^2 − x − 2 )e−x si vede che i punti stazionari soddisfano a x^2 − x − 2 = 0; ci sono dunque due punti stazionari: x = −1 e x = 2. Calcoliamo poi

f (−∞) = +∞ f (− 2 ) = e^2 f (− 1 ) = −e f ( 0 ) = − 1 f ( 1 ) = e−^1 f ( 2 ) = 5e−^2 f ( 3 ) = 11e−^3 f (+∞) = 0

da cui

  • [−2, 3]: minimo per x = −1, massimo per x = − 2
  • (0, 3]: no minimo, massimo per x = 2 (nota: 5e−^2 > 11e−^3 )
  • [1, +∞): no minimo, massimo per x = 2 (nota: 5e−^2 > e−^1 )
  • (−∞, 0]: minimo per x = −1 (nota: −e < −1), no massimo
  • (−∞, +∞): minimo per x = −1, no massimo
  1. Calcoliamo f ′′(x) = 12 (x^2 + x − 2 ) da cui segue che f ′′^ > 0 se x < −2 o x > 1, f ′′^ < 0 se − 2 < x < 1 e f ′′(− 2 ) = f ′′( 1 ) = 0. Concludiamo che
  • su [−2, 0], f e concava`
  • su [1, +∞), f e convessa`
  • su [−3, 0], f non `e n´e concava, n´e convessa
  1. Calcoliamo f ′′(x) = (x^2 − 1 )e−x (^2) /

da cui segue che f ′′^ > 0 se x < −1 o x > 1, f ′′^ < 0 se − 2 < x < 1 e f ′′(− 2 ) = f ′′( 1 ) = 0. Concludiamo che

  • su [−2, 0], non `e n´e concava, n´e convessa