Studiamo i grafici delle funzioni polinomiali di 3° grado (cubiche):
I. Grafico della funzione y = x3 - x + 2
Quando x è negativo, per valori che
diventano sempre più piccoli (grandi in valore assoluto), per esempio, x
= - 10, x = -100, x = - 1000, ...
il valore di y
risulta anch'esso sempre più piccolo ( y = -988, y=
-999898, y = -999998998 , ...).
La curva quindi proviene dal basso a sinistra.
Quando x cresce, invece, da un certo
punto in poi anche y continua a crescere.
La curva prosegue, quindi, in alto a destra.
Rimane da studiare il comportamento del grafico intorno all'origine degli assi cartesiani.
La derivata prima risulta y ' = 3 x2 - 1 e si azzera per .
Studiando il segno di tale derivata (pendenza
della retta tangente) negli intorni
di - 0.58 e di + 0.58 si vede che che, nel primo caso,
passa da
positivo a negativo
( y'(-0.6)=0.08, y'(-0.5)=-0.25) mentre, nel secondo, da negativo
a positivo
(y'(0.5)=-0.25, y'(0.6)=0.08).
Si tratta quindi, rispettivamente, di un punto di massimo e di un punto di
minimo
della curva.
Anche il segno della derivata seconda y''
= 6x , negativo per x ≈ -0.58 e positivo
per x≈ 0.58, ci conferma
che si tratta, rispettivamente,
di un massimo (derivata
prima decrescente) e di un minimo (derivata prima crescente).
Nel punto dove y'' = 0 (x = 0, in questo caso) si presenta un
flesso, che determina un cambiamento di concavità della curva (verso il
basso
a sinistra, verso l'alto a destra).
La curva taglia l'asse y
nel punto (0,2), determinato ponendo x = 0 nella funzione.
Per ricercare i punti di incontro con l'asse x possiamo
osservare che, dovendo essere x3 - x + 2 = 0, deve anche essere x3
= x - 2;
vale a dire, gli zeri della funzione
corrispondono alle ascisse dei punti di incontro tra i grafici y = x3
e y = x - 2.
Un rapido schizzo dei due grafici mostra che
essi si incontrano in un punto solo, ovvero la funzione in questione incontra
l'asse x
una volta sola, approssimativamente tra -1 e -2.
(Anche lo studio dei valori delle ordinate del massimo e del minimo,
approssimativamente y(-0.58) = 2.38 e y(0.58) = 1.61, ci
confermano che la cubica
taglia l'asse x una volta
sola).
Poiché, effettivamente, y(-1) = 2
e y(-2) = -4, ovvero la funzione cambia segno tra
questi due valori di x, possiamo attivare
il metodo di bisezione e
determinare così, per esempio a meno di 1/100, lo zero cercato: -1.52.
Il grafico è il seguente:
II. Grafico della funzione y = - x3 + x2 + 6 x - 3
Questa volta la cubica proviene dall'alto a
sinistra e prosegue in basso a destra.
Ancora sono presenti un minimo e un massimo e un punto di flesso: quali sono,
precisamente, le loro coordinate?
In quale punto taglia l'asse x ?
Controllare la correttezza del seguente grafico:
III. Grafico della funzione y = 2x3 + x + 1
In questo caso non ci sono massimi o minimi,
ma è sempre presente il flesso.
Verificare la correttezza del grafico seguente: