INFINITESIMI

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Stesura provvisoria

In attesa di Robinson

In questo periodo ho avuto modo di ripensare alla nozione di infinitesimo ricordando, ad esempio, la nota critica dell'abate Berkeley al concetto di infinitesimo; l’infinitesimo veniva aspramente criticato per quella sorta di antinomia che lo voleva eguale allo zero e diverso dallo zero al contempo. Sono partito da una diseguaglianza ben ovvia o meglio dal sistema seguente di diseguaglianze: 1 0 < 𝑑π‘₯ < 𝑛 Tali diseguaglianze sono vere comunque si prenda n intero assoluto, arbitrariamente grande. CiΓ² Γ¨ possibile ricordando che l’insieme N Γ¨ illimitato superiormente. In termini sintetici Γ¨ vero che: 1 0 < 𝑑π‘₯ < βˆ€π‘› βˆˆπ‘ . 𝑛

1

In particolare risulta 𝑑π‘₯ < 𝑛 βˆ€π‘› βˆˆπ‘ . Questa ultima precisazione ha una implicazione. Non Γ¨ lecito scrivere una relazione del tipo 1 1 1 < 𝑑π‘₯ < in quanto la relazione 𝑑π‘₯ < deve essere intesa come vera 𝑛+1 𝑛 𝑛 per ogni intero assoluto n. In estrema sintesi, risulta che: 1 1 𝑑π‘₯ βˆ‰ (𝑛+1 , 𝑛 ) comunque si prenda n intero assoluto. Se per ipotesi si fissa un k intero per il quale Γ¨ vero 1 1 1 1 𝑑π‘₯ βˆ‰ (π‘˜ , π‘˜βˆ’1 ) assumendo implicitamente 𝑑π‘₯ βˆ‰ (𝑛 , π‘›βˆ’1 ) e cioΓ¨ per 𝑛 < π‘˜ 1

1

o in termini ampi ammettendo 𝑑π‘₯ βˆ‰ (𝑗 , π‘—βˆ’1 ) quando j ∈ {1, 2, … . , π‘˜} .


Anche questa sorta di artifizio confligge – se limitata ad un dato k intero 1 assoluto – con l’assunto 𝑑π‘₯ < 𝑛 . Se ci si limita a riflettere su k intero assegnato, astrattamente si dovrebbe dire che nulla si potrebbe dover dire per 𝑛 > π‘˜ . Infatti, si potrebbe ipotizzare esista un 𝜎 intero, tale che 𝜎 > π‘˜ o anche 𝜎 ≫ π‘˜ per il quale sia 1 1 𝑑π‘₯ ∈ (𝜎+1 , 𝜎 ). Tale condizione di esistenza importa come conseguenza sia

1

𝜎+1

< 𝑑π‘₯ <

1

𝜎

. Ma ciΓ² contraddice la condizione 𝑑π‘₯ <

1

𝑛

.

1

Si potrebbe obiettare che potrebbe essere 0 ≀ 𝑑π‘₯ <𝑛. Il che equivale ad affermare che 𝑑π‘₯ = 0. CiΓ² Γ¨ evidente in quanto la condizione 𝑑π‘₯ = 0 assorbe tutte le altre, con essa, ovviamente, 1 compatibili e cioΓ¨ 𝑑π‘₯ =0 Γ¨ compatibile con 0 < . 𝑛

In questo caso il problema sembra nascere quando si trattano le derivate come avviene elementarmente come rapporto di due infinitesimi del tipo 𝑑𝑦 = π‘Ÿ facendo il passaggio dy =π‘Ÿπ‘‘π‘₯. 𝑑π‘₯ Qui l’assurditΓ , almeno a livello elementare, si realizza proprio ponendo 𝑑π‘₯=0. Teorie superiori non dovrebbero poter contraddire teorie β€œinferiori”, o meglio, elementari. Mi pare si sia capovolta la questione. Ora, parrebbe che dx non puΓ² essere nΓ© dx =0 nΓ© essere 𝑑π‘₯ < In altri termini, per dx non c’è posto sulla retta reale. 1

1 𝑛

β‰  0.

E’ possibile considerare l’ampiezza degli intervalli aperti (𝑛 , variare di n a partire da un dato n, per esempio 𝑛 = 𝑛 0 . 𝑛+π‘₯+1βˆ’(𝑛+π‘₯) 𝑛+π‘₯+1βˆ’π‘›βˆ’π‘₯ 1 Tale distanza 𝑑π‘₯ = = = 2 2 (π‘₯+π‘₯)(𝑛+π‘₯+1)

(π‘₯+π‘₯)(𝑛+π‘₯+1)

PiΓΉ precisamente per 𝑛 = 𝑛 0 si ha:

𝑛 +𝑛π‘₯+𝑛+π‘₯𝑛+ π‘₯ +π‘₯

1 π‘›βˆ’1

) al


𝑛+π‘₯+1βˆ’(𝑛+π‘₯)

𝑑π‘₯ =

(π‘₯+π‘₯)(𝑛+π‘₯+1)

=

{0}.

1 𝑛20 +2𝑛0π‘₯+𝑛0 + π‘₯2 +π‘₯

al variare di x in 𝑁0 essendo 𝑁0 = 𝑁 βˆͺ

Le ampiezze 𝑑π‘₯ decrescono al crescere di x. Con riferimento ad un intervallo sinistro dello zero si ammette sia vero 1 1 che βˆ’ < βˆ’π‘‘π‘₯ < 0 . Moltiplicando i membri per (-1) si ha > 𝑑π‘₯ e quindi 𝑑π‘₯ <

𝑛 1 𝑛

𝑛

. Esito coerente con la definizione.

Il caso particolare 𝑑π‘₯ = 0 conduce alle seguenti relazioni: 1 1 βˆ’ 𝑛 < βˆ’π‘‘π‘₯ ≀ 0 ≀ 𝑑π‘₯ < 𝑛 che si riduce (per 𝑑π‘₯ = 0 e anche per |𝑑π‘₯ |= 0) ad 1

1

𝑛

𝑛

affermare che - < 𝑑π‘₯ = 0 < 1

1

𝑛

𝑛

. CiΓ² Γ¨ formalmente coerente in quanto 0 1

∈ (βˆ’ , ) βˆ€ 𝑛 ∈ 𝑁. In altri termini |𝑑π‘₯ | < | | . 𝑛

Anche nella definizione di derivata nella sua formulazione β€œelementare”, quella di Leibnitz andrebbe intesa nel senso che dx deve intendersi 1 caratterizzato dalla condizione 0< 𝑑π‘₯ < 𝑛 . 𝑑𝑦

Il che puΓ² condurre al caso 𝑑π‘₯ = 0 (caso della funzione costante o caso di massimo o di minimo della funzione 𝑦 = 𝑓(π‘₯)) . Nella definizione di derivata dovuta a J.B. Fourier si scrive: 𝑓(π‘₯+β„Ž)βˆ’π‘“(π‘₯) 1 |β„Ž| < | | . 𝑓′(π‘₯) = lim con ciΓ² implicitamente ponendo 0 < β„Ž 𝑛 β„Žβ†’0 β€²( ) ( ) ( ) Il che consente di dire 𝑓 π‘₯ = 0 quando lim 𝑓 π‘₯ + β„Ž βˆ’ 𝑓 π‘₯ = 𝑑𝑦 = 0 . β„Žβ†’0

CiΓ² con riferimento alle notazioni classiche. A meno di una complicazione che pure potrebbe essere eccepita si 𝑑𝑦 = lim 𝑓( π‘₯ + β„Ž) βˆ’ 𝑓(π‘₯) β„Žβ†’0 potrebbe ipotizzare di scrivere { . 𝑑π‘₯ = β„Ž β†’ 0 Anche gli sviluppi superiori dovrebbero tenere conto della utilitΓ  in concreto della derivata da intendersi come riferita ad una variazione della variabile indipendente 𝑑𝑓(π‘₯) = 𝑑𝑦 per una variazione β€œinfinitesima” della variabile indipendente che passa dal valore π‘₯0 al valore π‘₯0 + 𝑑π‘₯ . Nei termini piΓΉ generali f’(x) deve intendersi (quando esiste e in termini di unicitΓ ) come una funzione di una funzione data f(x).


Per certi aspetti il β€œvero infinitesimo” Γ¨ 𝑑π‘₯ = β„Ž β†’ 0 con 𝑑( β„Ž, 0) β‰  0 ma non quantificabile. La condizione 𝑑π‘₯ β‰  0 Γ¨ ricondotta alla ragione concreta dell’introduzione della derivata, cioΓ¨, studiare l’andamento di f(x) al variare della x. Il valore di 𝑑𝑦 = 𝑓 β€²(π‘₯)𝑑π‘₯ Γ¨ in concreto tra i risultati ammissibili sia in termini infinitesimi che in termini di eguaglianza allo zero, risultando 1 nei casi concreti, qui di interesse, che sia 𝑑𝑦 = 0 β‹€ |𝑑𝑦| < |𝑛| βˆ€π‘› ∈ 𝑁 . Conclusione provvisoria (in attesa di approfondire studiando l’Analisi non standard di A. Robinson): l’insieme degli infinitesimi Γ¨ costituito da entitΓ  numeriche comprendenti lo zero reale (0) e realtΓ  numeriche non collocabili sulla retta reale. Ipotesi: L’insieme degli infinitesimi Γ¨ costituito da elementi non reali (ipotesi ristretta) atteso che lo zero reale (che dovrebbe giustificare i casi dy = 0) lo Γ¨ solo formalmente. PerchΓ© mai dovrebbe esistere questa doppiezza (non collocabilitΓ  sulla retta reale) tra la generalitΓ  degli elementi e lo zero reale ? L’infinitesimo 𝑑π‘₯ dovrebbe ritenersi una sorta di costante sui generis e ciΓ² non sarebbe vero per dy legato a dx dalla grandezza reale k, dipendente da x.

Roma, 3 e 6 giugno 2021 Patrizio Gravano


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