Ne avevamo parlato a lungo, ma giustamente si può anche tornare “a bomba” e vedere come sia le leggi del moto di Newton che lo sviluppo in serie possano risolvere il paradosso di Zenone, senza troppe parole.
No, non sobbalzate sulla sedia. Non è ancora tempo per la dinamica relativistica. Umberto, però, è stato molto gentile nella sua richiesta e io mi sono reso conto che ho ancora un po’ di strada da fare per terminare gli integrali. Ho deciso, allora, di regalare a lui (ma non solo a lui, ovviamente) un piccolo assaggio sotto forma di quiz puramente matematico (per adesso, almeno). La soluzione è molto divertente e alla portata di tutti coloro che hanno seguito le derivate. Permette, tuttavia, di superare uno dei passaggi fondamentali per arrivare alla più celebre formula di Einstein. In questo modo non abbandoniamo gli integrali, ma possiamo dire di aver toccato E = mc2 molto da vicino…
Ritorniamo sull’integrale indefinito, definendolo ancora meglio. Ne approfittiamo per dimostrare formalmente il teorema fondamentale (facoltativo…).
E’ ora di abbandonare la visione geometrica e dedicarci alla vera essenza dell’integrale definito. Alla fine troviamo che esiste un operatore in grado di farci superare tutte le problematiche legate al calcolo delle aree attraverso tanti rettangolini. Una definizione diversa di integrale (chiamato indefinito) ci permette di definire questa operazione. Questo articolo può sembrare banale, come quelli che l'hanno preceduto. In realtà, è così, ma esso nasconde un salto concettuale non indifferente, per cui vi invito di digerirlo molto bene (solo per questo ho inserito i tre asterischi).
Discutiamo un poco attorno al calcolo di aree un po’ strane, proprio ciò che rende, tra molte altre cose, gli integrali uno strumento insostituibile. Non siamo ancora in grado di CALCOLARE realmente gli integrali (e quindi le aree), ma possiamo iniziare a divertirci, preparandoci allo scopo, dividendo, sommando e sottraendo aree parziali e anche … negative.
Quanto descritto in questo articolo può sembrare di una banalità quasi ridicola. Tuttavia, definisce alcune proprietà degli integrali definiti che diventano importantissime nel calcolo vero e proprio degli integrali. E’ nostro dovere affrontarle e dimostrarle con la giusta serietà.
E' venuto l'ora tanto attesa, preparata con tutte le precauzioni del caso. Dopo il triangolo, dove la funzione è una retta inclinata, non abbiamo più problemi a passare a una funzione qualsiasi. Il gioco lo conosciamo bene e ci porta automaticamente alla definizione di integrale definito. Ci fermiamo un poco, prima di proseguire, dato che quasi senza accorgercene abbiamo introdotto il "celebre" integrale di una funzione ed è giusto "digerirlo" molto bene.
Mi sto rendendo conto che aver sospeso la relatività ristretta, per proseguire con una matematica estremamente didattica, può sembrare a molti un po’ noioso e inutile. Ho deciso, allora, di mostrarvi come aver imparato a eseguire gli sviluppi in serie sia già un risultato decisivo per un’applicazione fisica che dà luogo a quella che è generalmente considerata la formula, forse, più conosciuta in assoluto (la sanno anche i bambini…). Per adesso, limitiamoci a un facile quiz matematico… ma chi ha voglia di rifletterci sopra può già capire dove si andrà a parare.
Sospendiamo, brevemente, il lento percorso verso gli integrali e divertiamoci un attimo con la storia della matematica. Il nostro Paolo si è scontrato con la progressione aritmetica e ne ha dato una spiegazione che va più che bene (e che in fondo abbiamo già usato nel capitolo 40). Tuttavia, il calcolo della somma dei termini di una progressione aritmetica è stato risolto analiticamente da un bambino di dieci anni, un po’ sfaticato (non voleva eseguire troppi calcoli inutili), ma piuttosto intelligente! Parliamo di un certo Gauss, considerato il più grande matematico dei tempi moderni…
Non vi arrabbiate se vi sto trattando come dei bambini... ma in questo articolo non facciamo altro che calcolare l'area del rettangolo e poi attraverso di lei tentare con qualcosa di molto più "strano" (un triangolo). In fondo, stiamo solo imitando Archimede e non è certo un'offesa!
Potevamo iniziare subito con il calcolo dell’area definita da una funzione qualsiasi (e non solo da una retta come fatto finora utilizzando spazio, velocità e accelerazione). Tuttavia, prima di far ciò, è più che doveroso richiamare i metodi che hanno portato Archimede a ricavare il valore di pi greco e dell’area del cerchio. Due problemi che hanno accompagnato l’uomo per tutta la sua storia e che hanno visto le “sommatorie” come attori fondamentali. Il lavoro di Archimede ha, in pratica, iniziato la storia degli integrali.
Iniziamo, finalmente, il nostro lungo viaggio nel mondo degli integrali. Useremo due modi per definirli, per poi legarli strettamente attraverso un teorema fondamentale. Non abbiate paura, però: il discorso sarà molto semplice almeno fino alla “digestione” completa dei concetti più importanti. Riuscire, poi, a calcolare tutti gli integrali che si vorrebbero, diventa esercizio ben più arduo anche per i professionisti. Si usano vari “trucchi” e le serie ci aiutano. Ma… non corriamo. Cominciamo con qualcosa che è veramente alla portata di tutti: le aree dei rettangoli, dei triangoli e dei trapezi…
N.B.: i primi articoli sugli integrali sono comprensibili e utili a TUTTI, anche a coloro che non sono riusciti a seguire le tantissime lezioni sulla matematica. Vi invito perciò a leggerli ugualmente...
Diamo una rapida soluzione agli esercizi proposti nel capitolo precedente (39), proponendo lo sviluppo in serie e descrivendo la formula più compatta. Un bravo ai nostri (due) lettori che si sono cimentati. Bando alle ciance, è ora di buttarsi all’interno del mondo degli integrali.
In questo articolo applichiamo la serie di Mclaurin a due funzioni estremamente importanti. Di seguito trovate anche qualche esercizio…
Concludiamo la costruzione della serie di Taylor, introducendo il suo termine generale. L'ho letta e riletta, ma non garantisco che non vi sia ancora qualche refuso. Picchiate duro e non abbiate pietà di me!!
Questo non è un articolo facile, non tanto per i concetti che esprime, ma piuttosto per il numero di passaggi che siamo obbligati a fare. Si basa su un teorema classico delle funzioni e presenta perciò un metodo rigoroso, che abbisogna, però, di iterazioni successive (mai facili da digerire e da tenere sottocchio). Mi sembrava, però, doveroso proporlo.