Benvenuti nella nostra raccolta di esercizi completamente risolti sulle forme indeterminate nel calcolo dei limiti. In questo articolo presentiamo 55 esercizi di calcolo dei limiti, in cui lo svolgimento produce una forma indeterminata, tra le tipologie più frequentemente occorrenti. Forniamo delle tecniche generali e specifiche per lo studio di questi problemi, illustrate da molteplici esempi di difficoltà e natura varia. Non ti resta dunque che metterti alla prova e confrontare le tue soluzioni con quelle da noi proposte!
Consigliamo la lettura del seguente materiale di teoria inerente all’argomento:
- Teoria sui limiti;
- Funzioni continue – Teoria;
- Polinomi di Taylor nei limiti: istruzioni per l’uso;
- Teoria sulle derivate;
- Espansione di Taylor: teoria, esempi e applicazioni pratiche.
Segnaliamo inoltre le seguenti raccolte di esercizi su temi affini:
Buona lettura!
Sommario
Leggi...
Autori e revisori
Leggi...
Forme indeterminate: i prerequisiti
Leggi...
- Forme indeterminate
- Forme indeterminate
e gerarchia degli infiniti
- Forme indeterminate
e limiti notevoli
- Forme indeterminate
dell’articolo Teoria sui limiti disponibile sul sito Qui Si Risolve.
Rispetto alla notazione adottata nella dispensa teorica, dove le forme indeterminate sono indicate come ,
,
e
, in questo documento abbiamo scelto di utilizzare una notazione più semplice e pratica per la risoluzione degli esercizi, ovvero
,
,
e
. Questa scelta semplifica e velocizza l’applicazione delle tecniche necessarie per la risoluzione degli esercizi.
Introduzione alle forme indeterminate
Leggi...
dove numeratore e denominatore rappresentano rispettivamente due polinomi di grado e
.
Osserviamo che
A seconda della forma indeterminata incontrata nel calcolo di un limite, è possibile applicare un metodo di risoluzione specifico. Riconoscere correttamente la forma indeterminata è fondamentale, poiché guida la scelta del metodo più appropriato, garantendo la correttezza e l’efficienza. Di seguito viene illustrato il ragionamento seguito per le forme indeterminate del tipo e
.
- Forma indeterminata
: in questo caso, si procede raccogliendo il monomio di grado maggiore sia al numeratore che al denominatore, semplificando l’espressione e poi calcolando il limite. In generale, si ha:
(1)
dove
e
sono i monomi di grado massimo al numeratore e al denominatore, rispettivamente. Sebbene questo schema sia utile, è preferibile affrontare il calcolo con maggiore dettaglio per comprendere appieno il metodo.
- Forma indeterminata
: in questo caso, si risolve scomponendo il numeratore e il denominatore, semplificando l’espressione risultante e calcolando il limite. Un’alternativa valida in molti casi è l’applicazione della regola di De L’Hospital, che consiste nel calcolare il limite del rapporto tra le derivate del numeratore e del denominatore. Di seguito tre esempi per i precedenti casi.
Esempio 1: forma indeterminata
.
Si consideri il seguente limite:
In questo caso, sia il numeratore che il denominatore sono polinomi di terzo grado, per cui ci troviamo di fronte a una forma indeterminata del tipo
. Per risolvere il limite, si procede raccogliendo il monomio di grado massimo sia al numeratore che al denominatore:
Semplificando, si ottiene:
Dal momento che i termini contenenti
al denominatore tendono a zero per
, il limite si riduce a:
Esempio 2: Forma indeterminata
Si consideri ora il limite seguente:
Sostituendo direttamente
, si ottiene la forma indeterminata
. Per risolvere il limite, si procede scomponendo il numeratore:
Semplificando l’espressione, eliminando il fattore comune
, si ottiene:
Infine, calcolando il limite si ha:
I casi sopra descritti si applicano ai polinomi, ma possono essere generalizzati anche al caso in cui al numeratore e al denominatore compaiano funzioni irrazionali o una combinazione di funzioni irrazionali e polinomi.
Esempio 3: Funzioni irrazionali
Consideriamo il seguente limite:
in questo caso, abbiamo una funzione irrazionale al numeratore (
) e un polinomio al denominatore (
). Il limite si presenta come una forma indeterminata del tipo
. Per risolverlo, raccogliamo il termine di grado massimo all’interno della radice al numeratore e nel polinomio al denominatore:
semplificando, otteniamo
possiamo ulteriormente semplificare
poiché i termini contenenti
al denominatore delle frazioni all’interno del radicale e del polinomio tendono a zero per
, il limite si riduce a
pertanto, il valore del limite è 1.
Esempio 4: Combinazione di funzioni irrazionali e polinomi
Consideriamo il limite:
sostituendo
, otteniamo la forma indeterminata
. Per risolvere questo limite, possiamo moltiplicare e dividere l’espressione per
:
questo porta a
semplificando l’espressione eliminando il fattore comune
, si ottiene
Ora, calcoliamo il limite sostituendo
:
pertanto, il valore del limite è
.
Esempio 5: Funzioni irrazionali
Consideriamo il seguente limite:
In questo caso, abbiamo una funzione irrazionale al numeratore (
) e un polinomio al denominatore (
). Il limite si presenta come una forma indeterminata del tipo
. Per risolverlo, raccogliamo il termine di grado massimo all’interno della radice al numeratore e nel polinomio al denominatore:
semplificando, otteniamo:
poiché
, abbiamo che
, quindi il limite diventa:
considerando che i termini contenenti
tendono a zero quando
, il limite si riduce a
pertanto, il valore del limite è
.
Di seguito vengono esaminati casi distinti rispetto a quelli precedentemente trattati.
- Forme indeterminate
e
: queste due forme indeterminate possono presentarsi in una vasta gamma di contesti, e purtroppo non esiste una strategia unica e universale per risolverle tutte. Anche il caso precedentemente discusso,
, rappresenta solo una situazione specifica, ma esistono numerose altre configurazioni di natura diversa che possono verificarsi. Pertanto, l’approccio più efficace per padroneggiare le forme indeterminate consiste nel costruire una solida comprensione della Teoria sui limiti, disponibile sul sito Qui Si Risolve nei prerequisiti 1, e nello svolgimento di numerosi esercizi, come quelli presentati nelle sezione 4, 9, 5, 6, 7 e 13. In questo modo, si svilupperanno l’esperienza e le competenze necessarie per applicare con successo le diverse tecniche risolutive. Tra le tecniche consigliate, vi è l’uso della gerarchia degli infiniti, come illustrato nell’esempio (2), o degli infinitesimi, come mostrato nell’esempio (61). Un’altra tecnica efficace consiste nell’utilizzo delle formule goniometriche, manipolando l’espressione della funzione di cui si sta calcolando il limite, come si vede nell’esercizio 18. Nel caso, ad esempio, di somme di funzioni irrazionali, è spesso utile razionalizzare o applicare la somma e la differenza di cubi, come mostrato negli esempi (3) e (59). Di seguito vengono presentati alcuni esempi che illustrano varie tecniche risolutive.
Esempio 6.
Consideriamo il seguente limite:
(2)
perché
è un infinito di ordine inferiore rispetto a
per
.
Esempio 7.
Consideriamo il seguente limite:
In questo caso, entrambe le funzioni logaritmiche tendono a
per
, creando una forma indeterminata del tipo
. Per risolvere, possiamo utilizzare la proprietà dei logaritmi:
Quando
tende a
, il termine
tende a zero, quindi:
Esempio 8.
Consideriamo il seguente limite:
(3)
In questo caso, entrambe le radici quadrate tendono a
quando
tende a
, creando una forma indeterminata del tipo
. Per risolvere, razionalizziamo l’espressione:
semplificando ulteriormente:
Tabella operativa: guida alla risoluzione degli esercizi sulle forme indeterminate
Introduzione.
Addizione.
(4)
Moltiplicazione.
(5)
Spiegazione della Tabella Operativa dei Limiti
La tabella operativa dei limiti mostra le regole di somma tra varie grandezze, che possono essere numeri reali positivi e
, oppure valori infiniti
e
. Queste regole si applicano nel contesto del calcolo dei limiti, dove è necessario manipolare espressioni che coinvolgono sia grandezze finite sia infinite. La tabella fornisce un modo per determinare il risultato della somma di due valori quando almeno uno di essi è infinito.
Interpretazione delle colonne e delle righe
Le righe della tabella rappresentano il primo termine dell’operazione di somma, mentre le colonne rappresentano il secondo termine. La cella all’intersezione di una riga e una colonna contiene il risultato della somma di quei due termini.
Alcuni casi
-
indica la somma di due numeri reali positivi
e
, che è un numero reale positivo.
-
e
restituiscono semplicemente
, perché aggiungere zero non cambia il valore di
.
-
e
danno
, poiché aggiungere un valore finito a
dà
.
-
è una forma indeterminata
, poiché la somma di
e
non ha un risultato definito.
-
e
danno rispettivamente
e
, poiché sommare due infiniti dello stesso segno rafforza l’infinito.
Conclusione
La tabella evidenzia i casi in cui è possibile determinare un risultato definitivo per l’operazione di somma nel contesto dei limiti, nonché i casi in cui si ottiene una forma indeterminata. Questa è una risorsa utile quando si affrontano esercizi sui limiti in cui compaiono grandezze infinite.
Osservazione. la colonna o la riga corrispondente a indica una forma indeterminata, dove ulteriori analisi o tecniche di risoluzione sono necessarie per valutare il limite.
Quoziente.
(6)
Spiegazione della Tabella Operativa dei Limiti per il Quoziente
La tabella operativa per il quoziente elenca le regole per dividere varie grandezze, che possono essere numeri reali positivi e
, oppure valori infiniti
e
. La tabella viene utilizzata nel contesto del calcolo dei limiti per determinare il risultato della divisione di un numeratore per un denominatore.
Interpretazione della Tabella
- La prima riga della tabella rappresenta i numeratori, mentre la prima colonna rappresenta i denominatori.
- Ogni cella della tabella mostra il risultato della divisione tra il numeratore e il denominatore corrispondente.
Alcuni casi
-
indica il quoziente di due numeri reali positivi
e
, che è un numero reale positivo.
-
e
indicano rispettivamente
e
, poiché dividere un numero positivo per un numero infinitesimamente piccolo positivo o negativo vale
o
.
-
risulta in
, poiché un numero infinitesimamente piccolo diviso per un numero finito equivale a zero positivo.
è una forma indeterminata indicata con
, poiché non è possibile determinare un risultato definitivo senza ulteriori informazioni.
-
è anch’essa una forma indeterminata
, poiché la divisione di due infiniti non ha un risultato ben definito.
Conclusione
Questa tabella è utile per determinare rapidamente il risultato di un quoziente tra diverse grandezze nel calcolo dei limiti, identificando al contempo le situazioni in cui si presenta una forma indeterminata, in cui si richiedono ulteriori analisi.
Potenze.
(7)
Spiegazione della Tabella Operativa dei Limiti per le Potenze
La tabella operativa per le potenze descrive le regole per calcolare i risultati delle potenze, con diverse basi ed esponenti, nel contesto del calcolo dei limiti.
Alcuni casi
- La prima riga della tabella elenca le basi
utilizzate nell’operazione di potenza.
- La prima colonna rappresenta gli esponenti
utilizzati per elevare la base corrispondente.
- Ogni cella della tabella mostra il risultato dell’operazione
per la specifica combinazione di base ed esponente.
Alcuni casi
- Se
e
,
è un numero positivo maggiore di 1.
- Se
e
,
, indipendentemente dal valore di
.
- Se
e
è positivo,
sarà un numero positivo minore di 1.
- Se
e
,
. Tuttavia, se
,
è una forma indeterminata (indicata con
).
- Se
e
,
.
- Se
e
,
è una forma indeterminata
, poiché non è definito.
Conclusione
Questa tabella è utile per determinare rapidamente il risultato di una potenza nel contesto del calcolo dei limiti, identificando al contempo le situazioni in cui si presenta una forma indeterminata, richiedendo ulteriori analisi.
Esercizi forma indeterminata 
(8)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi procediamo come segue
Si conclude che
Osserviamo che il limite rispetta (1) essendo il grado del polinomio a numeratore maggiore del grado del polinomio a denominatore.
(9)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi procediamo come segue
Si conclude che
Osserviamo che il limite rispetta (1) essendo il grado del polinomio a numeratore uguale al grado del polinomio a denominatore.
(10)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Procediamo come segue
Si conclude che
Osserviamo che il limite rispetta (1) essendo il grado del polinomio a numeratore minore del grado del polinomio a denominatore.
Scarica gli esercizi svolti
Ottieni il documento contenente 55 esercizi risolti, contenuti in 42 pagine ricche di dettagli, per migliorare la tua comprensione delle forme indeterminate.
(11)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi procediamo come segue
dove in abbiamo sfruttato
con
, in quanto
.
Si conclude che
(12)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi procediamo come segue
dove in abbiamo sfruttato
con
, in quanto
.
Si conclude che
(13)
Svolgimento.
Ricordando che si ha
Si conclude che
Esercizi forma indeterminata 
(14)
Svolgimento.
(15)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Scomponiamo il numeratore
dove e
sono le soluzioni dell’equazione
da cui
e il denominatore
ottenendo
Si conclude che
(16)
Svolgimento.
(17)
Svolgimento.
(18)
Svolgimento.
Esercizi forma indeterminata 
(19)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi
dove abbiamo sfruttato la seconda relazione fondamentale e la definizione di cotangente
.
Si conclude che
(20)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi
dove abbiamo sfruttato la formula di duplicazione del coseno , la prima relazione fondamentale
per ogni
e la definizione di cotangente
.
Si conclude che
(21)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi
Si conclude che
(22)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi
dove abbiamo sfruttato la prima relazione fondamentale per ogni
e la seconda relazione fondamentale
.
Si conclude che
(23)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Quindi
Si conclude che
Esercizi forma indeterminata 
(24)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Procediamo come segue
dove in abbiamo utilizzato il prodotto notevole
.
Inoltre è importante osservare che
ma siccome siamo in un intorno di infinito abbiamo
Analogamente vale lo stesso discorso per
Si conclude che
(25)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Abbiamo dunque
Si conclude che
(26)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Abbiamo dunque
Si conclude che
(27)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Raccogliamo la potenza di grado massimo
Si conclude che
(28)
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Abbiamo dunque
Si conclude che
Esercizi misti forme indeterminate
,
,
e 
Svolgimento.
si presenta nella forma indeterminata
Osserviamo che il denominatore
inoltre è un ordine di infinito inferiore rispetto a
.
Pertanto si conclude che
Si conclude quindi che:
(30)
Svolgimento.
dove abbiamo sfruttato il fatto che
Si conclude che:
(31)
Svolgimento.
Svolgimento.
Quindi il limite diventa:
Si conclude dunque
.
(33)
Svolgimento.
Quindi il limite diventa:
dove si sono semplificati numeratore e denominatore.
Passando al limite, si ottiene:
cioè
(34)
Svolgimento.
Dato che il termine tende a
quando
, si ha
Quindi, il limite richiesto è:
(35)
Svolgimento.
Sostituendo , otteniamo:
Si conclude che:
(36)
Svolgimento.
Scomponiamo il numeratore utilizzando la differenza di quadrati:
Ora possiamo semplificare l’espressione:
ottenendo
Quindi, il limite richiesto è:
(37)
Svolgimento.
Passando al limite, abbiamo:
Quindi, il limite richiesto è:
(38)
Svolgimento.
Passando al limite, otteniamo:
Quindi, il limite richiesto è:
(39)
Svolgimento.
Poiché è un infinito di ordine maggiore di
per
, il limite sarà
.
Infatti
Si conclude che:
(40)
Svolgimento.
Semplificando otteniamo:
Si conclude che:
(41)
Svolgimento.
Passando al limite, otteniamo:
Si conclude che:
(42)
Svolgimento.
- Il termine dominante è
perché cresce molto più velocemente di
,
, e del termine costante
, per
.
- Possiamo riscrivere il limite come segue:
- Semplificando i termini, otteniamo:
- Poiché tutti i termini con
al denominatore tendono a zero quando
tende a
, il limite si semplifica a:
Si conclude quindi che:
(43)
Svolgimento.
- al denominatore l’infinito di ordine maggiore per
è
;
- al numeratore l’infinito di ordine maggiore per
è
.
Poiché il denominatore è un infinito di ordine maggiore rispetto al numeratore, il limite sarà 0.
Per confermare, dividiamo sia il numeratore che il denominatore per :
Passando al limite, tutti i termini con al denominatore tendono a zero:
Si conclude quindi che:
(44)
Svolgimento.
- al numeratore, il termine di ordine di infinito maggiore è
;
- al denominatore, il termine di ordine di infinito maggiore è
.
Poiché il denominatore, , è un ordine di infinito maggiore rispetto al numeratore,
, il limite sarà 0.
Per confermare, possiamo dividere sia il numeratore che il denominatore per :
Passando al limite, si ha:
(45)
Svolgimento.
- Al numeratore, il termine di ordine di infinito maggiore è
.
- Al denominatore, il termine di ordine di infinito maggiore è
.
Il denominatore ha un ordine di infinito maggiore rispetto al numeratore per . Dividiamo quindi tutti i termini del numeratore e del denominatore per
:
Semplificando:
Poiché tutti i termini che contengono tendono a zero per
:
Si conclude quindi che:
(46)
Svolgimento.
- al numeratore, il termine di ordine di infinito maggiore è
;
- al denominatore, il termine di ordine di infinito maggiore è
.
Poiché il denominatore, , ha un ordine di infinito maggiore rispetto al numeratore,
, il limite sarà 0.
Abbiamo dunque:
Si conclude quindi che:
(47)
Svolgimento.
A questo punto, possiamo valutare direttamente il limite:
Quando , sappiamo che
tende a
e
tende a
. Quindi, abbiamo:
Pertanto, il limite richiesto è:
(48)
Svolgimento.
In questo modo si può calcolare il limite sostituendo e si ottiene
.
Si conclude che:
(49)
Svolgimento 1.
Osserviamo che, per , si ha
e
. Tuttavia, il denominatore
è un infinito di ordine maggiore rispetto
per
. Questo fatto è giustificato dalla gerarchia degli infiniti, che stabilisce che il comportamento di crescita di una funzione razionale o polinomiale è dominante rispetto a quello di una funzione logaritmica nel limite
.
Scriviamo quindi il limite nella forma:
Ora, considerando che il numeratore è un infinito di ordine inferiore rispetto ad
, possiamo concludere che il rapporto tende a zero. Formalmente:
Pertanto, segue che:
Svolgimento 2.
Poiché , possiamo riscrivere il limite come:
A questo punto, osserviamo che l’esponenziale è un infinito di ordine maggiore rispetto a
, per
. Questo significa che
tende a zero,
per
.
Si conclude che
(50)
Svolgimento.
Si conclude che:
(51)
Svolgimento.
Quindi, il limite richiesto è:
(52)
Svolgimento.
Nel nostro caso, e
, quindi possiamo riscrivere il denominatore come:
Ora, sostituiamo questa espressione nel limite:
Semplificando il termine che compare sia al numeratore sia al denominatore, otteniamo:
A questo punto, possiamo sostituire direttamente nell’espressione risultante:
Poiché , l’espressione diventa:
Pertanto, il limite richiesto è:
(53)
Svolgimento.
Quindi, il limite richiesto è:
(54)
Svolgimento.
Questo diventa:
Quindi, il limite richiesto è:
(55)
Svolgimento.
Iniziamo fattorizzando il numeratore. L’espressione è una differenza di cubi, che può essere scomposta utilizzando la seguente identità:
Nel nostro caso, ponendo e
, possiamo scrivere:
Quindi, possiamo sostituire questa fattorizzazione nel limite:
A questo punto, possiamo semplificare il fattore comune al numeratore e al denominatore:
Quindi, il limite richiesto è:
(56)
Svolgimento.
Pertanto abbiamo:
Si conclude che
(57)
Svolgimento.
da cui
e
Semplificando al numeratore e al denominatore, otteniamo:
Per , sostituendo
otteniamo:
Pertanto, il risultato del limite è:
(58)
Svolgimento.
Quindi, il limite richiesto è:
Svolgimento.
Qui, poniamo e
. Moltiplicando e dividendo l’espressione data per
con
e
uguali alle espressioni indicate, si ha:
Il numeratore si semplifica a:
Il limite quindi si riduce a:
Per il denominatore tende a
e, di conseguenza, la frazione tende a
. Pertanto abbiamo:
(60)
Svolgimento.
dove e
. La differenza di cubi al numeratore diventa:
Ora, razionalizzando l’espressione iniziale, otteniamo:
dove ,
, e
.
Per , il denominatore è asintotico ad:
mentre il numeratore è asintotico ad
Per cui, quando tende a infinito, l’espressione si avvicina a 2.
Pertanto, il limite richiesto è:
Svolgimento.
La funzione ha un ordine di infinito maggiore rispetto
, per
. Di conseguenza, il rapporto
tende a zero per .
Riprendendo i calcoli precedenti, abbiamo:
cioè
(62)
Svolgimento.
- al numeratore, il termine di ordine di infinito maggiore è
;
- al denominatore, il termine di ordine di infinito maggiore è
.
Poiché il denominatore, , ha un ordine di infinito maggiore rispetto al numeratore, per
, il limite sarà 0.
Abbiamo dunque:
Si conclude quindi che:
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Tutti gli esercizi di geometria
In questa sezione vengono raccolti molti altri esercizi che coprono tutti gli argomenti di geometria proposti all’interno del sito con lo scopo di offrire al lettore la possibilità di approfondire e rinforzare le proprie competenze inerenti a tali argomenti.
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Geometria analitica.
Geometria differenziale.
Risorse didattiche aggiuntive per approfondire la matematica
Leggi...
- Math Stack Exchange – Parte della rete Stack Exchange, questo sito è un forum di domande e risposte specificamente dedicato alla matematica. È una delle piattaforme più popolari per discutere e risolvere problemi matematici di vario livello, dall’elementare all’avanzato.
- Art of Problem Solving (AoPS) – Questo sito è molto noto tra gli studenti di matematica di livello avanzato e i partecipanti a competizioni matematiche. Offre forum, corsi online, e risorse educative su una vasta gamma di argomenti.
- MathOverflow – Questo sito è destinato a matematici professionisti e ricercatori. È una piattaforma per domande di ricerca avanzata in matematica. È strettamente legato a Math Stack Exchange ma è orientato a un pubblico con una formazione più avanzata.
- PlanetMath – Una comunità collaborativa di matematici che crea e cura articoli enciclopedici e altre risorse di matematica. È simile a Wikipedia, ma focalizzata esclusivamente sulla matematica.
- Wolfram MathWorld – Una delle risorse online più complete per la matematica. Contiene migliaia di articoli su argomenti di matematica, creati e curati da esperti. Sebbene non sia un forum, è una risorsa eccellente per la teoria matematica.
- The Math Forum – Un sito storico che offre un’ampia gamma di risorse, inclusi forum di discussione, articoli e risorse educative. Sebbene alcune parti del sito siano state integrate con altri servizi, come NCTM, rimane una risorsa preziosa per la comunità educativa.
- Stack Overflow (sezione matematica) – Sebbene Stack Overflow sia principalmente noto per la programmazione, ci sono anche discussioni rilevanti di matematica applicata, specialmente nel contesto della scienza dei dati, statistica, e algoritmi.
- Reddit (r/Math) – Un subreddit popolare dove si possono trovare discussioni su una vasta gamma di argomenti matematici. È meno formale rispetto ai siti di domande e risposte come Math Stack Exchange, ma ha una comunità attiva e molte discussioni interessanti.
- Brilliant.org – Offre corsi interattivi e problemi di matematica e scienza. È particolarmente utile per chi vuole allenare le proprie capacità di problem solving in matematica.
- Khan Academy – Una risorsa educativa globale con lezioni video, esercizi interattivi e articoli su una vasta gamma di argomenti di matematica, dalla scuola elementare all’università.