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Cálculo I

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2.2 Reglas para el cálculo de límites

2.2.1 Reglas de cálculo

Sean los siguientes límites

limx→x0f⁢(x)=L1 (2.10)
limx→x0g⁢(x)=L2 (2.11)

con x0,L1,L2 números reales. Entonces, valen las siguientes reglas:

  •  

    Regla de la multiplicación por un escalar

    limx→x0k⋅f⁢(x)=k⋅limx→x0f⁢(x) (2.12)
    =k⋅L1, (2.13)

    para cualquier número real k.

  •  

    Regla de la suma/resta

    limx→x0f⁢(x)±g⁢(x)=limx→x0f⁢(x)±limx→x0g⁢(x) (2.14)
    =L1±L2 (2.15)
  •  

    Regla del producto

    limx→x0f⁢(x)⋅g⁢(x)=limx→x0f⁢(x)⋅limx→x0g⁢(x) (2.16)
    =L1⋅L2 (2.17)
  •  

    Regla del cociente

    limx→x0f⁢(x)g⁢(x)=limx→x0f⁢(x)limx→x0g⁢(x) (2.18)
    =L1L2, (2.19)

    cuando L2≠0.

  •  

    Regla de la potenciación

    limx→x0(f⁢(x))s=(limx→x0f⁢(x))s (2.20)
    =L1s, (2.21)

    cuando L1s∈ℝ.

Podemos usar estas reglas para calcular límites.

Ejemplo 2.2.1.

Consideremos los siguientes casos:

  1. a)

    limx→−12⁢x

    limx→−12⁢x=2⁢limx→−1x (2.22)
    =2⋅(−1)=−2 (2.23)
    Código 7: Python
    1from sympy import Symbol, limit
    2x = Symbol('x')
    3limit(2*x, x, -1)
    -2
  2. b)

    limx→2x2−1

    limx→2x2−1=limx→2x2−limx→21 (2.24)
    =(limx→2x)2−1 (2.25)
    =22−1=3. (2.26)
    Código 8: Python
    1from sympy import Symbol, limit
    2x = Symbol('x')
    3limit(x**2-1, x, 2)
    3
  3. c)

    limx→01−x2.

    limx→01−x2=limx→01−x2 (2.27)
    =limx→01−(limx→0x)2 (2.28)
    =1−(0)2 (2.29)
    =1. (2.30)
    Código 9: Python
    1from sympy.abc import x
    2from sympy import limit, sqrt
    3limit(sqrt(1-x**2), x, 0)
    1
  4. d)

    limx→0(x2−1)⁢(x−2)(x−1)⁢(x−2)

    limx→0(x2−1)⁢(x−2)(x−1)⁢(x−2)=limx→0[(x2−1)⋅(x−2)]limx→0[(x−1)⋅(x−2)] (2.31)
    =limx→0(x2−1)⋅limx→0(x−2)limx→0(x−1)⋅limx→0(x−2) (2.32)
    =22=1. (2.33)
    Código 10: Python
    1from sympy.abc import x
    2from sympy import limit
    3limit((x**2-1)*(x-2)/((x-1)*(x-2)), x, 0)
    1
Proposición 2.2.1.(Límites de polinomios)

Si

p⁢(x)=an⁢xn+an−1⁢xn−1+⋯+a0, (2.34)

entonces

limx→bp⁢(x)=p⁢(b) (2.35)
=anbn+an−1bn−1+⋯+a0, (2.36)

para cualquier número real dado b.

Demostración.

Se sigue de las reglas de la suma, de la multiplicación por un escalar y de la potenciación.

limx→bp⁢(x)=limx→ban⁢xn+an−1⁢xn−1+⋯+a0 (2.37)
=limx→banxn+limx→ban−1xn−1+⋯+limx→ba0 (2.38)
=an(limx→bx)n+an−1(limx→bx)n−1+⋯+a0 (2.39)
=anbn+an−1bn−1+⋯+a0=p(b). (2.40)

∎

Ejemplo 2.2.2.
limx→22⁢x4−2⁢x2+x=2⁢(2)4−2⁢(2)2+2 (2.41)
=4+2. (2.42)
Código 11: Python
1from sympy.abc import x
2from sympy import limit, sqrt
3limit(2*x**4 - 2*x**2 + x, x, sqrt(2))
sqrt(2) + 4
Proposición 2.2.2.(Límite de funciones racionales)

Sean r⁢(x)=p⁢(x)/q⁢(x) una función racional y b un número real tal que q⁢(b)≠0. Entonces,

limx→bp⁢(x)q⁢(x)=p⁢(b)q⁢(b). (2.43)
Demostración.

Se sigue de la regla del límite del cociente y de la Proposición 2.2.1.

limx→bp⁢(x)q⁢(x)=limx→bp⁢(x)limx→bq⁢(x) (2.44)
=p⁢(b)q⁢(b). (2.45)

∎

Ejemplo 2.2.3.
limx→0(x2−1)⁢(x−2)(x−1)⁢(x−2)=(02−1)⁢(0−2)(0−1)⁢(0−2) (2.46)
=22=1. (2.47)

2.2.2 Indeterminación 0/0

Cuando limx→af⁢(a)=0 y limx→ag⁢(a)=0, decimos que

limx→af⁢(x)g⁢(x) (2.48)

es una indeterminación del tipo 0/0. En varios de estos casos, podemos calcular el límite eliminando el factor común (x−a).

Ejemplo 2.2.4.
limx→2(x2−1)⁢(x−2)(x−1)⁢(x−2)=limx→2x2−1x−1 (2.49)
=22−12−1=3. (2.50)
Código 12: Python
1from sympy import Symbol, limit
2x = Symbol('x')
3limit((x**2-1)*(x-2)/((x-1)*(x-2)), x, 2)
3

Cuando el factor común no aparece explícitamente, podemos intentar trabajar algebraicamente para hacerlo explícito.

Ejemplo 2.2.5.

En el caso del límite

limx→1x3−3⁢x2−x+3x2+x−2 (2.51)

tenemos que el numerador p⁢(x)=x3−3⁢x2−x+3 se anula en x=1, así como el denominador q⁢(x)=x2+x−2. Por lo tanto, (x−1) es un factor común entre p⁢(x) y q⁢(x). Para hacerlo explícito, calculamos

p⁢(x)x−1=x3−3⁢x2−x+3x−1 (2.52)
=x2−2x−3 (2.53)

e

q⁢(x)x−1=x2+x−2x−1 (2.54)
=x+2. (2.55)

Realizadas las divisiones, tenemos

limx→1x3−3⁢x2−x+3x2+x−2=limx→1(x2−2⁢x−3)⁢(x−1)(x+2)⁢(x−1) (2.56)
=limx→1x2−2⁢x−3x+2=−43. (2.57)
Código 13: Python
1from sympy import Symbol, limit, simplify
2x = Symbol('x')
3p = simplify((x**3 - 3*x**2 - x + 3)/(x-1))
4print('p(x) =', p)
5q = simplify((x**2 + x - 2)/(x-1))
6print('q(x) =', q)
7l = limit(p/q, x, 1)
8print('limit =', l)
9\end{minipage}
10 %
11\begin{lstlisting}[style=output]
12p(x) = x**2 - 2*x - 3
13q(x) = x + 2
14limit = -4/3
Ejemplo 2.2.6.

En el caso de

limx→01−x−1x (2.58)

tenemos una indeterminación del tipo 0/0 que involucra una raíz. En este caso, podemos calcular el límite usando racionalización.

limx→01−x−1x=limx→01−x−1x⁢1−x+11−x+1 (2.59)
=limx→01−x−1x⁢(1−x+1) (2.60)
−limx→0−xx⁢(1−x+1) (2.61)
=limx→0−11−x+1=−12. (2.62)
Código 14: Python
1from sympy import Symbol, sqrt, limit
2x = Symbol('x')
3limit((sqrt(1-x)-1)/x, x, 0)
-1/2

2.2.3 Ejercicios resueltos

ER 2.2.1.

Calcule

limx→−1x−x2x2+3. (2.63)
Resolución.

Usando las propiedades de los límites, calculamos

limx→−1x−x2x2+3=limx→−1x−x2limx→−1x2+3 (2.64)
=−1−(−1)2limx→−1x2+3 (2.65)
=−24=−1. (2.66)
Código 15: Python
1from sympy.abc import x
2from sympy import limit, sqrt
3limit((x - x**2)/sqrt(x**2 + 3), x, -1)
-1
ER 2.2.2.

Suponiendo que limx→2f⁢(x)=L y que

limx→2f⁢(x)−2x+2=1, (2.67)

proporcione el valor de L.

Resolución.

De las propiedades de los límites, tenemos

limx→2f⁢(x)−2x+2=1 (2.68)
limx→2f⁢(x)−2limx→2x+2=1 (2.69)
limx→2f⁢(x)−limx→222+2=1 (2.70)
L−24=1 (2.71)
L−2=4 (2.72)
L=6. (2.73)
Código 16: Python
1from sympy.abc import x
2from sympy import limit, Function, Eq, solve
3f = Function('f')
4L = limit(f(x), x, 2)
5eq = Eq(limit((f(x)-2)/(x+2), x, 2), 1)
6solve(eq, L)
[6]
ER 2.2.3.

Calcule

limx→−1x+12−x2+3. (2.74)
Resolución.

En este caso, no podemos usar la regla del cociente, pues

limx→−12−x2+3=0. (2.75)

Ahora, como también tenemos

limx→−1x+1=0, (2.76)

concluimos que se trata de una indeterminación 0/0. Por racionalización, obtenemos

limx→−1x+12−x2+3=limx→−1x+12−x2+3⁢2+x2+32+x2+3 (2.77)
=limx→−1(x+1)⁢(2+x2+3)4−(x2+3) (2.78)
=limx→−1(x+1)⁢(2+x2+3)1−x2 (2.79)
=limx→−1(x+1)⁢(2+x2+3)(1+x)⁢(1−x) (2.80)
=limx→−12+x2+31−x (2.81)
=42=2. (2.82)
Código 17: Python
1from sympy.abc import x
2from sympy import limit, sqrt
3limit((x+1)/(2-sqrt(x**2+3)), x, -1)
2

2.2.4 Ejercicios

E. 2.2.1.

Sabiendo que

limx→−2f⁢(x)=2, (2.83)

calcule:

  1. a)

    limx→−22⋅f⁢(x).

  2. b)

    limx→−2π⋅f⁢(x).

  3. c)

    limx→−2−e2⋅f⁢(x).


a) 4; b) 2⁢π; c) −2⁢e2

E. 2.2.2.

Considerando que

limx→3f⁢(x)=−2 (2.84)

e

limx→3g⁢(x)=12, (2.85)

calcule:

  1. a)

    limx→3f⁢(x)+g⁢(x)

  2. b)

    limx→3g⁢(x)−f⁢(x)

  3. c)

    limx→3f⁢(x)−2⁢g⁢(x)


a) −3/2; b) 5/2; c) −3

E. 2.2.3.

Considerando que

limx→0f⁢(x)=3 (2.86)

e

limx→0g⁢(x)=−2, (2.87)

calcule:

  1. a)

    limx→0f⁢(x)⋅g⁢(x)

  2. b)

    limx→0g⁢(x)⋅(12⋅f⁢(x))


a) −6; b) −3;

E. 2.2.4.

Considerando que

limx→0f⁢(x)=−2 (2.88)

e

limx→0g⁢(x)=−3, (2.89)

calcule:

  1. a)

    limx→0f⁢(x)g⁢(x)

  2. b)

    limx→0g⁢(x)2⁢f⁢(x)


a) 2/3; b) 3/4;

E. 2.2.5.

Considerando que

limx→−1f⁢(x)=−1 (2.90)

e

limx→−1g⁢(x)=4, (2.91)

calcule:

  1. a)

    limx→−1g⁢(x)

  2. b)

    limx→−1f⁢(x)3

  3. c)

    limx→−1(f⁢(x))43


a) 2; b) −1; c) 1

E. 2.2.6.

Calcule los límites:

  1. a)

    limx→−2−3⁢x

  2. b)

    limx→−2x2−3⁢x

  3. c)

    limx→−2x2−3⁢x+x2


a) 6; b) 10; c) 12

E. 2.2.7.

Calcule los límites:

  1. a)

    limx→−1xx−1

  2. b)

    limx→−1x2+x−2x2−3⁢x+2


a) 1/2; b) −1/3;

E. 2.2.8.

Calcule los límites:

  1. a)

    limx→1x2−1x−1

  2. b)

    limx→−1x2−12⁢x+2

  3. c)

    limx→1x2+x−2x2−3⁢x+2

  4. d)

    limx→2x4+4⁢x3+3⁢x2−4⁢x−4x3+5⁢x2+8⁢x+4


a) 2; b) −1; c) −3; d) 1

E. 2.2.9.

Calcule os limites:

  1. a)

    limx→04−x−2x

  2. b)

    limx→62−x−2x−6

  3. c)

    limx→4x−44−x

  4. d)

    limx→1x2−11−2−x


a) −1/4; b) −1/4; c) 0; d) 4

E. 2.2.10.

Diga si es verdadera o falsa la siguiente afirmación. Si existen

limx→1f⁢(x)=L (2.92)
limx→−1g⁢(x)=M (2.93)

entonces

limx→1f⁢(x)+g⁢(x)=L+M. (2.94)

Justifique su respuesta.


Falso. Construya un contraejemplo para mostrar que la afirmación no es verdadera.


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Pedro H A Konzen
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