Ayuda a mantener el sitio libre, gratuito y sin publicidad. ¡Colabora!
4.1 Regla de L’Hôpital
La regla de L’Hôpital111Guillaume François Antoine, Marquis de l’Hôpital, 1661 - 1704, matemático francés. Fuente: Wikipedia: Guillaume de l’Hôpital.es una técnica para calcular límites de indeterminaciones. Sean y funciones derivables en un intervalo abierto que contiene . Por las linealizaciones de y alrededor de (Sección 3.7), tenemos
(4.1)
(4.2)
con cuando . De esta forma, podemos inferir que
(4.3)
Con esto, si y , entonces
(4.4)
(4.5)
(4.6)
4.1.1 Indeterminaciones del tipo
Teorema 4.1.1.(Regla de L’Hôpital del tipo )
Suponga que y son funciones derivables en un intervalo abierto que contiene , excepto posiblemente en , y que
(4.7)
(4.8)
Si, además, existe o es , entonces
(4.9)
Además, la afirmación también es válida para los casos , , y .
Ejemplo 4.1.1.
Vamos a calcular el límite
(4.10)
a)
Por la regla de L’Hôpital
(4.11)
(4.12)
(4.13)
b)
Por eliminación del factor común
(4.14)
(4.15)
(4.16)
Ejemplo 4.1.2.
El límite
(4.17)
es una indeterminación (¡verifique!). Aplicando la regla de L’Hôpital, obtenemos
(4.18)
que también es una indeterminación del tipo . Ahora, aplicando la regla de L’Hôpital nuevamente, obtenemos
(4.19)
Por lo tanto, concluimos que
(4.20)
4.1.2 Indeterminaciones del tipo
La regla de L’Hôpital también puede usarse para indeterminaciones del tipo .
Teorema 4.1.2.(Regla de L’Hôpital del tipo )
Suponga que y son funciones derivables en un intervalo abierto que contiene , excepto posiblemente en , y que
(4.21)
(4.22)
Si, además, existe o es , entonces
(4.23)
Además, la afirmación también es válida para los casos , , y .
Ejemplo 4.1.3.
Vamos a calcular
(4.24)
que es una indeterminación del tipo (¡verifique!). Entonces, aplicando la regla de L’Hôpital, tenemos
(4.25)
4.1.3 Crecimiento exponencial
El crecimiento de funciones exponenciales es más rápido que el crecimiento de funciones polinomiales. De hecho, de la regla de L’Hôpital, tenemos
(4.26)
(4.27)
(4.28)
(4.29)
(4.30)
para cualquier . O sea, crece más rápido que cuando .
Ejemplo 4.1.4.
Tenemos que
(4.31)
De hecho, aplicando la regla de L’Hôpital dos veces, obtenemos
(4.32)
(4.33)
4.1.4 Otras indeterminaciones
Otras indeterminaciones pueden transformarse en indeterminaciones del tipo o .
Ejemplo 4.1.5.(Decrecimiento exponencial)
Tenemos que
(4.34)
es una indeterminación del tipo para cualquier (¡verifique!). Podemos reescribirla como una indeterminación del tipo :
(4.35)
Entonces, aplicando la regla de L’Hôpital veces, obtenemos
(4.36)
(4.37)
(4.38)
Ejemplo 4.1.6.(Indeterminación )
Vamos a calcular
(4.39)
que es una indeterminación del tipo (¡verifique!). Reescribiendo, tenemos
Observamos que se trata de una indeterminación del tipo , es decir,
(4.45)
Entonces, aplicando la regla de L’Hôpital, tenemos
(4.46)
ER 4.1.2.(Indeterminación del tipo )
Calcule
(4.47)
Resolución.
Observamos que
(4.48)
Entonces, aplicando la regla de L’Hôpital sucesivamente, obtenemos
(4.49)
(4.50)
(4.51)
(4.52)
(4.53)
ER 4.1.3.(Indeterminación del tipo )
Calcule
(4.54)
Resolución.
Se trata de una indeterminación del tipo , pues
(4.55)
En este caso, calculando la resta, obtenemos
(4.56)
la cual es una indeterminación del tipo . Aplicando la regla de L’Hôpital, obtenemos
(4.57)
(4.58)
(4.59)
ER 4.1.4.(Indeterminación del tipo )
Calcule
(4.60)
Resolución.
Se trata de una indeterminación del tipo . En tales casos, la siguiente estrategia puede ser útil. En los puntos de continuidad de la función logaritmo natural, tenemos
(4.61)
(4.62)
(4.63)
O sea,
(4.64)
(4.65)
4.1.6 Ejercicios
E. 4.1.1.
Calcule
(4.66)
E. 4.1.2.
Use la regla de L’Hôpital para calcular
a)
b)
c)
a) ; b) 0; c)
E. 4.1.3.
Calcule
(4.67)
E. 4.1.4.
Calcule
(4.68)
E. 4.1.5.
Calcule
(4.69)
E. 4.1.6.
Calcule
(4.70)
Envía tu comentario
Aprovecho para agradecer a todas/os que de forma asidua o esporádica contribuyen enviando correcciones, sugerencias y críticas.