Teoremi ed esercizi di Analisi Matematica II


Capitolo 1


Elementi di topologia

Lo spazio euclideo. Prodotto scalare e disuguaglianza di Cauchy-Schwartz. Distanza euclidea e disuguaglianza triangolare. Convergenza di successioni e successioni di Cauchy. Funzioni continue. Composizione di funzioni continue. Insiemi aperti e insiemi chiusi. Chiusura, parte interna e frontiera di un insieme. Insiemi compatti. Funzioni continue su insiemi compatti. Teorema di Weierstrass. Teorema di Cantor. Insiemi connessi per archi. Teorema del valore intermedio.


Capitolo 1. Parte 1. Lo spazio euclideo


Capitolo 1. Parte 2. Aperti e chiusi


            Capitolo 1. Parte 2.1. Differenza di insiemi aperti e chiusi


            Capitolo 1. Parte 2.2. Insiemi che sono allo stesso tempo aperti e chiusi


            Capitolo 1. Parte 2.3. Il sottografico di una funzione continua


            Capitolo 1. Parte 2.4. Funzioni continue, preimmagini e sottografici


Capitolo 1. Parte 3. Parte interna, chiusura e bordo


Capitolo 1. Parte 4. Insiemi compatti


            Capitolo 1. Parte 4.1. Insiemi numerabili


            Capitolo 1. Parte 4.2. Insiemi compatti e ricoprimenti aperti


Capitolo 1. Parte 5. Insiemi connessi per archi


            Capitolo 1. Parte 5.1. Curve parametriche


Capitolo 1. Parte 6. Esercizi

Capitolo 2


Limiti di funzioni di più variabili

Limiti di funzioni di due e più variabili. Limiti direzionali. Calcolo di limiti in coordinate polari. Limsup e liminf di funzioni di due variabili. Calcolo di limsup e liminf in coordinate polari. o-piccolo e O-grande per funzioni di più variabili. o-piccolo e O-grande in coordinate polari. Sviluppi di Taylor di funzioni di due variabili. Limiti, limsup e liminf all'infinito.


Capitolo 2. Parte 1. Limiti di funzioni


Capitolo 2. Parte 2. Limiti direzionali


Capitolo 2. Parte 3. Calcolo di limiti coordinate polari


Capitolo 2. Parte 4. Limsup e liminf


Capitolo 2. Parte 5. Esercizi sul calcolo di limsup e liminf


Capitolo 2. Parte 6. o-piccolo e O-grande di funzioni di più variabili


Capitolo 2. Parte 7. o-piccolo e O-grande: metodi ed esempi di calcolo


Capitolo 2. Parte 8. Limsup e liminf all'infinito


            Capitolo 2. Parte 8.1. Esercizio sul calcolo di limsup e liminf all'infinito


            Capitolo 2. Parte 8.2. Un altro esercizio sul calcolo di limsup e liminf all'infinito


Capitolo 2. Parte 9. Calcolo di limsup e liminf su sopragrafici.

Capitolo 3


Calcolo differenziale e studio di funzioni di più variabili a valori reali

Funzioni derivabili e derivate parziali. Gradiente. Funzioni differenziabili. Teorema del differenziale. Derivabilità lungo cammini. Derivate direzionali. Derivate parziali di ordine superiore. Teorema di Schwartz. Matrice Hessiana. Formula di Taylor al secondo ordine. Punti critici. Massimi e minimi relativi e assoluti. Punti di sella. Condizioni necessarie e sufficienti. Matrici semidefinite positive, semidefinite negative, definite positive, definite negative, indefinite. Metodi per determinare se una matrice è definita (o semidefinita) positiva/negativa, o indefinita. Massimi e minimi assoluti su insiemi illimitati. Massimi e minimi locali sul bordo di un insieme regolare. Teorema di Dini (detto anche della funzione implicita). Moltiplicatori di Lagrange. Massimi e minimi vincolati. Funzioni differenziabili a valori vettoriali. Differenziale e matrice jacobiana. Il differenziale di una funzione composta. Diffeomorfismi. Teorema della funzione inversa in dimensione due. Funzioni Lipschitziane. Teorema del punto fisso. Teorema della funzione inversa e teorema della funzione implicita.


Capitolo 3. Parte 1. Funzioni derivabili


            Capitolo 3. Parte 1.1. Due equazioni funzionali


Capitolo 3. Parte 2. Funzioni differenziabili. Definizione, esempi e prime proprietà


            Capitolo 3. Parte 2.1. Sulle nozioni di o-piccolo e della differenziabilità


            Capitolo 3. Parte 2.2. Un'interpretazione geometrica della differenziabilità


Capitolo 3. Parte 3. Teorema del differenziale totale


            Capitolo 3. Parte 3.1. Gli spazi C0, C1 e C2


Capitolo 3. Parte 4. Derivabilità lungo cammini e derivate direzionali


            Capitolo 3. Parte 4.1. Sulla derivabilità di un polinomio lungo cammini


Capitolo 3. Parte 5. Teorema di Schwarz


Capitolo 3. Parte 6. Teorema di Taylor


            Capitolo 3. Parte 6.1. Una dimostrazione alternativa del teorema di Taylor


            Capitolo 3. Parte 6.2. Teorema di Taylor generale


            Capitolo 3. Parte 6.3. Polinomi di più variabili


            Capitolo 3. Parte 6.4. Su una dimostrazione sbagliata del Teorema di Taylor


Capitolo 3. Parte 7. Massimi e minimi relativi e punti di sella


            Capitolo 3. Parte 7.1. Matrici simmetriche


            Capitolo 3. Parte 7.2. Minimi relativi e derivate seconde direzionali


Capitolo 3. Parte 8. Massimi e minimi assoluti


Capitolo 3. Parte 9. Massimi e minimi su insiemi compatti


Capitolo 3. Parte 10. Teorema della funzione implicita e moltiplicatori di Lagrange


Capitolo 3. Parte 11. Funzioni differenziabili a valori vettoriali


Capitolo 3. Parte 12. Diffeomorfismi


            Capitolo 3. Parte 12.1. Teorema della funzione inversa in dimensione due


            Capitolo 3. Parte 12.2. Teorema della funzione inversa in dimensione N


Capitolo 3. Parte 13. Domini regolari

Capitolo 4


Equazioni differenziali ordinarie

Problema di Cauchy. Teorema di Cauchy-Lipschitz. Unicità delle soluzioni. Intervallo massimale di esistenza. Funzione esponenziale. Seno, coseno e pi greco. Sistemi di equazioni differenziali in coordinate polari. Soluzioni periodiche. Teoremi Lyapunov.


Capitolo 4. Parte 1. Convergenza uniforme


Capitolo 4. Parte 2. Teorema di Cauchy-Lipschitz


            Capitolo 4. Parte 2.1. Funzioni Lipschitziane


Capitolo 4. Parte 3. La funzione esponenziale


Capitolo 4. Parte 4. Unicità delle soluzioni


            Capitolo 4. Parte 4.1. Continuità rispetto al dato iniziale


Capitolo 4. Parte 5. Intervallo massimale di esistenza


            Capitolo 4. Parte 5.1. Esercizi


            Capitolo 4. Parte 5.2. Un criterio per l'esistenza globale


Capitolo 4. Parte 6. Seno, coseno e pi greco


            Capitolo 4. Parte 6.1. Curve rettificabili


Capitolo 4. Parte 7. Sistemi di equazioni differenziali in coordinate polari


Capitolo 4. Parte 8. Lotka-Volterra


Capitolo 4. Parte 9. Soluzioni periodiche


Capitolo 4. Parte 10. Parametrizzazione degli insiemi di livello


Capitolo 4. Parte 11. Teoremi di Lyapunov


Capitolo 4. Parte 12. Sistemi gradiente e campi gradiente

Capitolo 5


Forme differenziali

Applicazioni multilineari alternanti. Forme differenziali. Forme chiuse e forme esatte. Integrazione di 1-forme differenziali su curve. Integrazione di 1-forme esatte su curve. Le 1-forme chiuse su rettangoli aperti sono esatte. Le 1-forme chiuse su aperti stellati sono esatte. Esempio di una 1-forma chiusa ma non esatta. Forme differenziali chiuse di grado superiore. Forme differenziali e diffeomorfismi.


Capitolo 5. Parte 1. Forme differenziali


Capitolo 5. Parte 2. Forme chiuse, forme esatte e campi vettoriali


Capitolo 5. Parte 3. Le forme esatte sono chiuse


Capitolo 5. Parte 4. Esercizi sulle forme differenziali


Capitolo 5. Parte 5. Integrazione di 1-forme su curve parametriche


Capitolo 5. Parte 6. Il lemma di derivazione sotto il segno di integrale


Capitolo 5. Parte 7. 1-forme chiuse su rettangoli


            Capitolo 5. Parte 7.1. 1-forme chiuse su domini normali (soluzione di Es.1, Parte 7)


Capitolo 5. Parte 8. Le 1-forme chiuse su aperti stellati sono esatte


            Capitolo 5. Parte 8.1. 1-forme chiuse su insiemi semplicemente connessi.


            Capitolo 5. Parte 8.2. Funzioni armoniche e funzioni olomorfe.


Capitolo 5. Parte 9. Esempio di una forma chiusa che non sia esatta


            Capitolo 5. Parte 9.1. Un altro esempio di forma chiusa non esatta


            Capitolo 5. Parte 9.2. Forme chiuse nel piano meno l'origine


            Capitolo 5. Parte 9.3. Esercizio sulle forme chiuse


Capitolo 5. Parte 10. Forme chiuse su aperti stellati


            Capitolo 5. Parte 10.1. n-forme chiuse su rettangoli di Rn


            Capitolo 5. Parte 10.2. 2-forme chiuse su rettangoli di R3


Capitolo 5. Parte 11. Il toro non è una palla


            Capitolo 5. Parte 11.1. Pull-back di forme differenziali


            Capitolo 5. Parte 11.2. Coomologia di de Rham

Capitolo 6


Integrazione

Integrale di Riemann su un dominio rettangolare. Partizioni e somme di Riemann superiore e inferiore. Integrale di Riemann superiore e inferiore. Integrabilità delle funzioni continue su domini rettangolari. Insiemi misurabili. Integrale di una funzione su un insieme limitato. Domini normali. Integrabilità di una funzione continua su un dominio normale. Teorema di Fubini. Formule di Gauss-Green su domini normali. Teorema della divergenza su domini normali. Formula di Stokes su domini normali. Cambiamento delle variabili in dimensione due. Integrazione in coordinate polari nel piano. Integrazione su superfici parametriche. Formula di Stokes per le superfici. Integrazione di funzioni su superfici. Teorema del rotore.


Capitolo 6. Parte 1. Funzioni integrabili secondo Riemann


            Capitolo 6. Parte 1.1. Esercizi


Capitolo 6. Parte 2. Domini normali


Capitolo 6. Parte 3. Insiemi misurabili


            Capitolo 6. Parte 3.1. Parte interna, chiusura e frontiera di un insieme misurabile


Capitolo 6. Parte 4. Integrazione su insiemi misurabili


            Capitolo 6. Parte 4.1. Integrazione su insiemi misurabili - un teorema più generale


Capitolo 6. Parte 5. Formula di Fubini


            Capitolo 6. Parte 5.1. Esercizi


            Capitolo 6. Parte 5.1. L'area di un disco


Capitolo 6. Parte 6. Integrazione di 1-forme sul bordo di un dominio normale


Capitolo 6. Parte 7. Formule di Gauss-Green su domini normali


            Capitolo 6. Parte 7.1. Formule di Gauss-Green sul disco


Capitolo 6. Parte 8. Formula di Stokes su domini normali


            Capitolo 6. Parte 8.1. Partizione dell'unità


            Capitolo 6. Parte 8.2. Formula di Stokes su domini regolari


Capitolo 6. Parte 9. Integrazione di funzioni su curve


Capitolo 6. Parte 10. Integrazione di funzioni sul bordo di un dominio normale


Capitolo 6. Parte 11. Teorema della divergenza su domini normali


            Capitolo 6. Parte 11.1. Teorema della divergenza su domini regolari


Capitolo 6. Parte 12. Cambiamento di variabili in integrali doppi


Capitolo 6. Parte 13. Integrali impropri. Integrale della gaussiana.


Capitolo 6. Parte 14. Area del grafico di una funzione di due variabili.


Capitolo 6. Parte 15. Integrazione su grafici. Esercizi ed esempi.


Capitolo 6. Parte 16. Integrazione su superfici parametriche.

Bozhidar Velichkov

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