Ordine di infinitesimo, infinito e convergenza
Ciao! 
Dovrei determinare l'ordine di infinitesimo per $x->0$ e di infinito per $x->+infty$ della funzione $f(x)=sin(2xcos(x))-2x$ e studiare la convergenza dell'integrale improprio $\int_{0}^{+infty} f(x)/x^3 dx$
Per quanto riguarda l'ordine di infitesimo, invece di utilizzare lo sviluppo in serie di Mc Laurin, posso considerare il $lim_(x->0)(f(x)/|x|^n)$ e determinare n tale che il limite non sia nullo?
Per quanto riguarda il resto dell'esercizio, non saprei come procedere. Potreste darmi una mano?

Dovrei determinare l'ordine di infinitesimo per $x->0$ e di infinito per $x->+infty$ della funzione $f(x)=sin(2xcos(x))-2x$ e studiare la convergenza dell'integrale improprio $\int_{0}^{+infty} f(x)/x^3 dx$
Per quanto riguarda l'ordine di infitesimo, invece di utilizzare lo sviluppo in serie di Mc Laurin, posso considerare il $lim_(x->0)(f(x)/|x|^n)$ e determinare n tale che il limite non sia nullo?
Per quanto riguarda il resto dell'esercizio, non saprei come procedere. Potreste darmi una mano?


Risposte
Per la seconda parte, si tratta di studiare l'integrale improprio
\[\int_{0}^{+\infty}\frac{\sin\left(2x\cos x\right)-2x}{x^3};\]
osservato che la funzione integranda è definita per $x\ne0,$ e risulta sempre negativa nell'intervallo d'integrazione, in quanto se $x>0$ si ha
\[ \sin\left(2x\cos x\right) -2x< 2x\cos x -2x<0,\]
possiamo applicare il confronto asintotico: quando $x\to0$ si ha
\begin{align}
\frac{\sin\left(2x\cos x\right)-2x}{x^3}&\stackrel{\bf(T)}{=}\frac{ \left(2x\cos x-\frac{(2x\cos x)^3}{3!}+o(x^3)\right) -2x}{x^3} \\
&\stackrel{\bf(T)}{=}\frac{ \left[2x\left(1-\frac{x^2}{2}+o(x^3)\right)-\frac{1}{3!}\cdot\left[ 2x\left(1-\frac{x^2}{2}+o(x^3)\right)\right]^3 +o(x^3)\right] -2x}{x^3}\\
=&\frac{2x-x^3-\frac{8}{6}x^3-2x+o(x^3)}{x^3}=-7/3\to\mbox{converge in quanto continua;}
\end{align}
quando $x\to+\infty$
\begin{align}
\frac{\sin\left(2x\cos x\right)-2x}{x^3}=\frac{\sin\left(2x\cos x\right) }{x^3}-\frac{ 2x}{x^3}\le\frac{1}{x^3}-\frac{ 2 }{x^2}\sim-\frac{ 2 }{x^2}\to \mbox{converge.}
\end{align}
\[\int_{0}^{+\infty}\frac{\sin\left(2x\cos x\right)-2x}{x^3};\]
osservato che la funzione integranda è definita per $x\ne0,$ e risulta sempre negativa nell'intervallo d'integrazione, in quanto se $x>0$ si ha
\[ \sin\left(2x\cos x\right) -2x< 2x\cos x -2x<0,\]
possiamo applicare il confronto asintotico: quando $x\to0$ si ha
\begin{align}
\frac{\sin\left(2x\cos x\right)-2x}{x^3}&\stackrel{\bf(T)}{=}\frac{ \left(2x\cos x-\frac{(2x\cos x)^3}{3!}+o(x^3)\right) -2x}{x^3} \\
&\stackrel{\bf(T)}{=}\frac{ \left[2x\left(1-\frac{x^2}{2}+o(x^3)\right)-\frac{1}{3!}\cdot\left[ 2x\left(1-\frac{x^2}{2}+o(x^3)\right)\right]^3 +o(x^3)\right] -2x}{x^3}\\
=&\frac{2x-x^3-\frac{8}{6}x^3-2x+o(x^3)}{x^3}=-7/3\to\mbox{converge in quanto continua;}
\end{align}
quando $x\to+\infty$
\begin{align}
\frac{\sin\left(2x\cos x\right)-2x}{x^3}=\frac{\sin\left(2x\cos x\right) }{x^3}-\frac{ 2x}{x^3}\le\frac{1}{x^3}-\frac{ 2 }{x^2}\sim-\frac{ 2 }{x^2}\to \mbox{converge.}
\end{align}