Intervalli e Insiemi Numerici

Gli intervalli sono sottoinsiemi dei numeri reali (R) che non contengono "buchi" o "spazi vuoti". Possiamo rappresentarli sulla retta reale, dove esiste una corrispondenza biunivoca tra numeri e punti.

Gli intervalli possono essere limitati o illimitati. Quelli limitati hanno sia un estremo inferiore che superiore e si rappresentano in diversi modi:

• [a;b]: intervallo chiuso (α ≤ x ≤ β)
• (a;b): intervallo aperto (α < x < β)
• [a;b): chiuso a sinistra, aperto a destra (α ≤ x < β)
• (a;b]: aperto a sinistra, chiuso a destra (α < x ≤ β)

Gli intervalli illimitati includono +∞ o -∞ come estremo, ad esempio $-∞;b] o [a;+∞$. Ricorda che +∞ e -∞ non sono mai compresi nella soluzione, perché rappresentano dei limiti.

⚠️ Attenzione! Un insieme numerico è superiormente limitato se esiste un numero reale a (maggiorante) tale che x ≤ a per ogni x nell'insieme. È inferiormente limitato se esiste un numero reale b (minorante) tale che x ≥ b per ogni x nell'insieme. Un insieme è semplicemente limitato se è limitato sia superiormente che inferiormente.

Un intorno di un punto x₀ è un intervallo aperto che contiene x₀: I(x₀) = ]x₀-δ₁; x₀+δ₂[. Quando δ₁ = δ₂, l'intorno è detto "circolare". Possiamo anche scriverlo come I(x₀) = {x ∈ R | |x-x₀| < δ}.

Estremi e Punti Speciali

Gli estremi di un insieme sono concetti fondamentali. L'estremo superiore di un insieme è il numero reale M tale che:

• x ≤ M per ogni x nell'insieme
• Per ogni ε > 0, esiste almeno un x nell'insieme tale che x > $M-ε$

In altre parole, è il più piccolo tra tutti i maggioranti. Analogamente, l'estremo inferiore L è il più grande tra tutti i minoranti.

Un punto isolato di un insieme A è un punto x₀ per cui esiste almeno un intorno che non contiene altri elementi di A diversi da x₀. Pensa a un punto "solitario" separato dagli altri punti dell'insieme.

Un punto di accumulazione di un insieme A è un punto x₀ tale che ogni suo intorno contiene infiniti punti di A. Intorno a questi punti si "accumulano" infiniti elementi dell'insieme. Gli intervalli hanno infiniti punti di accumulazione, perché ogni punto è un punto di accumulazione per l'intervallo stesso.

💡 Per individuare gli estremi superiore e inferiore di un insieme, possiamo utilizzare anche i limiti! Se gli estremi appartengono all'insieme, sono chiamati rispettivamente massimo e minimo.

I limiti sono un altro concetto essenziale. Diciamo che limₓ→ₓ₀ f(x) = l se per ogni ε > 0 esiste un δ > 0 tale che per ogni x nell'intorno di x₀, con x ≠ x₀, abbiamo |f(x) - l| < ε. In termini più semplici, significa che avvicinandoci a x₀, i valori della funzione si avvicinano a l.

Forme Indeterminate e Limiti all'Infinito

Quando calcoliamo limiti, possiamo incontrare forme indeterminate come 0/0. Queste richiedono tecniche specifiche di risoluzione, come la semplificazione o la scomposizione dei termini.

Ad esempio, il limite limₓ→₁ $x-1$/$x²-1$ sembra dare 0/0, ma semplificando otteniamo: limₓ→₁ $x-1$/$(x-1)(x+1)$ = limₓ→₁ 1/$x+1$ = 1/2

Quando valutiamo limiti che tendono a ∞ o -∞, diciamo che limₓ→∞ g(x) = L se per ogni valore positivo M esiste un δ > 0 tale che |g(x)| > M per ogni x con |x| > δ. In parole povere, i valori della funzione superano qualsiasi limite prefissato quando x diventa sufficientemente grande.

🔍 Quando lavori con i limiti all'infinito, ricorda di considerare sempre il comportamento dei termini di grado massimo nelle espressioni polinomiali, poiché sono questi a determinare il comportamento della funzione per valori molto grandi di x.

Una funzione si dice continua in un punto x₀ se limₓ→ₓ₀ g(x) = g(x₀), cioè se il limite della funzione nel punto coincide con il valore della funzione in quel punto. Questo è un concetto fondamentale che userai spesso nello studio dell'analisi matematica.