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3° BGU · Matemáticas
Límites y continuidad · Límites

Indeterminaciones

En un laboratorio de la Escuela Politécnica Nacional, en Quito, cultivan bacterias y modelan la población (en millones) con $P(t)=\dfrac{20t+50}{t+2}$, donde $t$ son las horas. Si el experimento durara para siempre, ¿a cuánto se estabilizaría? Al sustituir $t$ por "infinito" te queda $\frac{\infty}{\infty}$, y eso no es un número. En esta página vas a aprender a reconocer esas formas engañosas y a salvarlas con un método para cada una.

Forma $\frac{0}{0}$: factoreo y conjugado

Si al reemplazar quedan $0$ arriba y abajo, es porque numerador y denominador comparten un factor "que se anula". Hay que hacerlo aparecer y simplificarlo.

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Calcula el límite de la función $f(x) = \frac{x^2 - 9}{x - 3}$ cuando $x$ tiende a $3$. Ayuda: Observa que al sustituir directamente obtenemos una indeterminación del…

Calcula el límite de la función $f(x) = \frac{x^2 - 9}{x - 3}$ cuando $x$ tiende a $3$.

Ayuda: Observa que al sustituir directamente obtenemos una indeterminación del tipo $\left[\frac{0}{0}\right]$. Prueba a factorizar el numerador para simplificar la expresión.

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Calcula el siguiente límite resolviendo la indeterminación de tipo $\frac{0}{0}$ mediante el uso de la técnica del conjugado: $$\lim_{x \to 4} \frac{x^2 - 16}{\sqrt{x+5}…

Calcula el siguiente límite resolviendo la indeterminación de tipo $\frac{0}{0}$ mediante el uso de la técnica del conjugado:

$$\lim_{x \to 4} \frac{x^2 - 16}{\sqrt{x+5} - 3}$$
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Dada la siguiente gráfica de la función $f(x)$, analiza visualmente y calcula de forma analítica los límites laterales en los puntos de discontinuidad para determinar si…

Dada la siguiente gráfica de la función $f(x)$, analiza visualmente y calcula de forma analítica los límites laterales en los puntos de discontinuidad para determinar si existe el límite global en $x = 2$:

$$f(x) = \begin{cases} \frac{x^2 - 4}{x - 2} & \text{si } x < 2 \\ ax - 1 & \text{si } x \geq 2 \end{cases}$$

Calcula el valor de $a$ para que el límite en $x = 2$ sea único y la función no presente un salto.

x y 0 y = (x² − 4)/(x − 2) y = ax − 1 2 2 4 Salto
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$\frac{0}{0}$ con dos raíces: el doble conjugado

Si hay raíces en el numerador y en el denominador, se racionaliza cada una con su propio conjugado.

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Resuelve el siguiente límite utilizando la técnica del doble conjugado para resolver la indeterminación $\frac{0}{0}$: $$\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1+x} -…

Resuelve el siguiente límite utilizando la técnica del doble conjugado para resolver la indeterminación $\frac{0}{0}$:

$$\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1+x} - \sqrt{1-x}}{\sqrt{4+x} - 2}$$
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Un equipo de ingenieros aeroespaciales estudia la presión $P$ (en pascales) en el interior de un conducto de ventilación. La presión depende de la velocidad del flujo de…

Un equipo de ingenieros aeroespaciales estudia la presión $P$ (en pascales) en el interior de un conducto de ventilación. La presión depende de la velocidad del flujo de aire $v$ según la fórmula:

$$P(v) = \frac{v^2 - 9}{\sqrt{v^2 + 7} - 4}$$

Estudia el comportamiento de la presión cuando la velocidad $v$ se aproxima a $3$ m/s. En caso de que el límite sea indeterminado, resuélvelo e indica si la presión tiende a un valor estable.

v ➞ 3 P(v) = v² - 9 √(v² + 7) - 4 P(3) ➞ ? [ 0/0 ] Conducto de ventilación
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$\frac{\infty}{\infty}$: comparar grados

Cuando numerador y denominador crecen sin límite, el resultado depende de cuál "va más rápido". Es lo que pasa con las bacterias del principio.

Volvamos al principio: en $P(t)=\frac{20t+50}{t+2}$ los grados son iguales y los coeficientes principales son $20$ y $1$, así que $P(t)\to 20$. La población se estabilizaría en $20$ millones de bacterias.

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Calcula los siguientes límites de funciones polinómicas cuando la variable $x$ tiende a infinito. Recuerda identificar el término dominante en cada caso: a)…

Calcula los siguientes límites de funciones polinómicas cuando la variable $x$ tiende a infinito. Recuerda identificar el término dominante en cada caso:

  1. a) $\lim_{x \to +\infty} (-2x^3 + 5x^2 - 1)$
  2. b) $\lim_{x \to -\infty} (x^4 - 100x^2)$
  3. c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 5}{10}$
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Resuelve la indeterminación de tipo $\left[\frac{\infty}{\infty}\right]$ en los siguientes límites de funciones racionales, comparando los grados del numerador y del…

Resuelve la indeterminación de tipo $\left[\frac{\infty}{\infty}\right]$ en los siguientes límites de funciones racionales, comparando los grados del numerador y del denominador:

  1. a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{5x^2 - 3x + 2}{2x^2 + 1}$
  2. b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{x + 5}{x^2 - 3}$
  3. c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{x^3 - 1}{x^2 + 10x}$
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Un equipo de científicos está monitorizando el crecimiento de una población de bacterias en un laboratorio. La población (en millones) sigue el modelo dado por la…

Un equipo de científicos está monitorizando el crecimiento de una población de bacterias en un laboratorio. La población (en millones) sigue el modelo dado por la función:

$$P(t) = \frac{20t + 50}{t + 2}$$

donde $t$ es el tiempo en horas desde el inicio del experimento. La gráfica muestra la evolución de la población durante las primeras 20 horas.

¿Cuál será la población de bacterias si el experimento se prolongase indefinidamente? Calcula para ello $\lim_{t \to +\infty} P(t)$.

Gráfica de la población de bacterias P(t) en millones durante las primeras 20 horas: parte de 25 millones y decrece lentamente t (horas) P(t) (millones) 0 10 20 30 4 8 12 16 20 P₀ = 25
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$\frac{\infty}{\infty}$ con raíces

Una raíz también tiene "grado": $\sqrt{9x^2+2x}$ se comporta como $\sqrt{9x^2}=3|x|$, o sea grado $1$. Una $\sqrt[3]{x^3+5x^2}$ se comporta como $x$.

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Determina el valor del límite al infinito analizando el grado de los términos dominantes en el numerador y el denominador. Ten especial cuidado con las potencias dentro…

Determina el valor del límite al infinito analizando el grado de los términos dominantes en el numerador y el denominador. Ten especial cuidado con las potencias dentro de las raíces:

$$\lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{9x^2 + 2x - 1} + 2x}{\sqrt[3]{x^3 + 5x^2}}$$
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Jerarquía de infinitos

Si en el cociente aparecen logaritmos, potencias y exponenciales, no alcanza con comparar grados: hay que saber quién crece más rápido.

Escala de crecimiento hacia infinito: el logaritmo crece menos que las potencias y estas menos que las exponenciales. ln x xk ax ≪ ≪ crece más rápido hacia la derecha
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En el estudio de algoritmos informáticos, es crucial saber qué función crece más rápido. Basándote en la jerarquía de infinitos, asigna el valor de los siguientes…

En el estudio de algoritmos informáticos, es crucial saber qué función crece más rápido. Basándote en la jerarquía de infinitos, asigna el valor de los siguientes límites ($0$, $+\infty$ o $-\infty$):

  1. a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x}$
  2. b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{e^x}{x^{10}}$
  3. c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{x^2 + 1}{\ln(x)}$
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Utiliza la comparación de órdenes de infinitos para resolver los siguientes límites sin necesidad de realizar operaciones extensas. Justifica tu respuesta indicando qué…

Utiliza la comparación de órdenes de infinitos para resolver los siguientes límites sin necesidad de realizar operaciones extensas. Justifica tu respuesta indicando qué función "domina" a la otra:

  1. a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{e^x + x^5}{100x^6 - \ln(x)}$
  1. b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{x^7 + 1}}{x^3 \cdot \ln(x)}$
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Calcula el valor del siguiente límite analizando la jerarquía de los infinitos involucrados. Debes justificar razonadamente qué término domina en el numerador y en el…

Calcula el valor del siguiente límite analizando la jerarquía de los infinitos involucrados. Debes justificar razonadamente qué término domina en el numerador y en el denominador antes de dar el resultado final:

$$\lim_{x \to +\infty} \frac{3 \cdot e^{2x} - \ln(x^5 + 1) + x^{10}}{2 \cdot 5^x + \sqrt{x^{20} - 3x^2} - e^x}$$ x → +∞ y 0 Exponencial (aˣ) ej: 3·e²ˣ, 2·5ˣ, eˣ Polinómica (xⁿ) ej: x¹⁰, √(x²⁰-3x²) Logarítmica (ln x) ej: ln(x⁵+1) lim x→+∞ 3·e²ˣ - ln(x⁵+1) + x¹⁰ 2·5ˣ + √(x²⁰-3x²) - eˣ = ?
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$\infty-\infty$

Una resta de dos expresiones que crecen sin límite puede dar cualquier cosa. Se resuelve con una operación algebraica previa: común denominador si son fracciones, conjugado si son raíces.

Raíces de distinto índice

Cuando se restan una raíz cuadrada y una cúbica, un solo conjugado no alcanza. La idea es restar y sumar el mismo término $x$ (el "término medio" al que ambas se parecen) y separar en dos límites:

$$\sqrt{A}-\sqrt[3]{B}=\left(\sqrt{A}-x\right)+\left(x-\sqrt[3]{B}\right)$$

La primera diferencia se resuelve con el conjugado de la cuadrada, $(a-b)(a+b)=a^2-b^2$. La segunda, con $a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$.

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Resuelve la siguiente indeterminación de tipo $\infty - \infty$. Para ello, realiza la operación algebraica previa y simplifica la expresión resultante: $$\lim_{x \to 1}…

Resuelve la siguiente indeterminación de tipo $\infty - \infty$. Para ello, realiza la operación algebraica previa y simplifica la expresión resultante:

$$\lim_{x \to 1} \left( \frac{6}{x^2 - 1} - \frac{3}{x - 1} \right)$$
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Calcula el valor de la siguiente expresión que presenta una indeterminación del tipo $\infty - \infty$ con raíces de distinto orden: $$\lim_{x \to +\infty} \left[…

Calcula el valor de la siguiente expresión que presenta una indeterminación del tipo $\infty - \infty$ con raíces de distinto orden:

$$\lim_{x \to +\infty} \left[ \sqrt{x^2 + 4x} - \sqrt[3]{x^3 - 6x^2} \right]$$
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Límites laterales y el caso $\frac{k}{0}$

Si el numerador tiende a un número $k\neq0$ y el denominador tiende a $0$, el límite no es indeterminado: es infinito. Falta decidir el signo, y eso se hace mirando cada lado por separado.

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Dada la función racional $f(x) = \frac{2}{x-4}$, estudia su comportamiento en las proximidades de su asíntota vertical calculando los límites laterales: a)…

Dada la función racional $f(x) = \frac{2}{x-4}$, estudia su comportamiento en las proximidades de su asíntota vertical calculando los límites laterales:

  1. a) $\lim_{x \to 4^-} \frac{2}{x-4}$
  2. b) $\lim_{x \to 4^+} \frac{2}{x-4}$

Indica razonadamente si existe el límite global en $x = 4$.

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Clasificación de discontinuidades

Los límites laterales también sirven para decir qué tipo de ruptura tiene una función en un punto $x=a$ donde no es continua (por ejemplo, porque no está definida o porque el límite no coincide con el valor).

Tres tipos de discontinuidad: evitable (un agujero en la curva), de salto finito (un escalón) y de salto infinito (asíntota vertical). evitable salto finito salto infinito
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Dada la función $g(x) = \frac{|x-1|}{x^2-1} \cdot e^{\frac{1}{x-1}}$, analiza la existencia de los límites laterales cuando $x \to 1$. Identifica las indeterminaciones…

Dada la función $g(x) = \frac{|x-1|}{x^2-1} \cdot e^{\frac{1}{x-1}}$, analiza la existencia de los límites laterales cuando $x \to 1$. Identifica las indeterminaciones que aparecen en cada lado y clasifica el tipo de discontinuidad en dicho punto.

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$1^\infty$ y el número $e$

Si la base tiende a $1$ y el exponente a infinito, el resultado depende de qué tan rápido se acerca la base a $1$. Aparece el número $e\approx2{,}718$.

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Calcula el valor del siguiente límite que da lugar a la indeterminación del tipo $[1^\infty]$ utilizando la fórmula abreviada del número $e$: $$\lim_{x \to +\infty}…

Calcula el valor del siguiente límite que da lugar a la indeterminación del tipo $[1^\infty]$ utilizando la fórmula abreviada del número $e$:

$$\lim_{x \to +\infty} \left( 1 + \frac{1}{x} \right)^{3x}$$
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Calcula el valor del siguiente límite exponencial que da lugar a una indeterminación del tipo $1^\infty$. Expresa el resultado en función del número $e$: $$\lim_{x \to…

Calcula el valor del siguiente límite exponencial que da lugar a una indeterminación del tipo $1^\infty$. Expresa el resultado en función del número $e$:

$$\lim_{x \to 0} (1 + \sin(x))^{\frac{2}{x}}$$
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$1^\infty$ con cocientes

Muchas veces la base es un cociente de polinomios que tiende a $1$ porque los grados y los coeficientes principales coinciden. Hay que hacer la resta $g(x)-1$ con común denominador.

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En el desarrollo de una nueva red social, el número de usuarios activos (en millones) sigue la función $U(t) = \left(\frac{2t+3}{2t-1}\right)^{t+1}$, donde $t$ es el…

En el desarrollo de una nueva red social, el número de usuarios activos (en millones) sigue la función $U(t) = \left(\frac{2t+3}{2t-1}\right)^{t+1}$, donde $t$ es el tiempo en meses desde su lanzamiento (con $t>\frac{1}{2}$). Calcula a qué valor tiende el número de usuarios cuando el tiempo crece indefinidamente ($t \to +\infty$).

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En el diseño de una nueva antena de telecomunicaciones, la intensidad de la señal $I$ en función de la distancia $d$ al repetidor viene dada por la expresión: $$I(d) =…

En el diseño de una nueva antena de telecomunicaciones, la intensidad de la señal $I$ en función de la distancia $d$ al repetidor viene dada por la expresión:

$$I(d) = \left( \frac{d^2 + 5d}{d^2 - 2d + 1} \right)^{2d + 3}$$

Calcula la intensidad límite de la señal cuando la distancia $d$ tiende a infinito (indeterminación del tipo $1^\infty$).

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Parámetros para que un límite sea finito

En estos ejercicios la indeterminación tiene letras y te piden elegirlas para que el límite sea finito, o valga un número dado. Se arma una ecuación por cada "condición oculta".

Esquema de las dos condiciones que se imponen para hallar parámetros: primero que la indeterminación se pueda salvar y luego que el valor del límite sea el pedido. 1.° que el límite sea finito 2.° que valga lo pedido

Para funciones definidas por tramos, el mismo razonamiento sirve: se piden límites laterales iguales y se calcula cada uno aparte.

Si además los laterales en $x=1$ coinciden (por ejemplo, ambos valen $2$) y $f(1)$ no está definida, la discontinuidad es evitable, como se vio en la sección de clasificación.

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Halla el valor de los parámetros reales $a$ y $b$ para que el siguiente límite sea finito y valga $4$: $$\lim_{x \to +\infty} \sqrt{x^2 + ax + 1} - \sqrt{x^2 + bx}$$

Halla el valor de los parámetros reales $a$ y $b$ para que el siguiente límite sea finito y valga $4$:

$$\lim_{x \to +\infty} \sqrt{x^2 + ax + 1} - \sqrt{x^2 + bx}$$
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Determina los valores de los parámetros reales $a$ y $b$ para que se cumpla la igualdad siguiente: $$\lim_{x \to 2} \frac{\sqrt{x^2 + ax + b} - 2}{x^2 - 5x + 6} =…

Determina los valores de los parámetros reales $a$ y $b$ para que se cumpla la igualdad siguiente:

$$\lim_{x \to 2} \frac{\sqrt{x^2 + ax + b} - 2}{x^2 - 5x + 6} = -\frac{1}{2}$$

Es decir, el límite debe ser un número real finito y valer $-\dfrac{1}{2}$. Una vez hallados $a$ y $b$, comprueba que el límite vale realmente $-\dfrac{1}{2}$.

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Sea la función definida por tramos: $$f(x) = \begin{cases} \frac{x^2 - kx}{x - \sqrt{x}} & \text{si } x > 1 \\ \frac{a \cdot \sin(x-1)}{x^2 - 1} & \text{si } x < 1…

Sea la función definida por tramos:

$$f(x) = \begin{cases} \frac{x^2 - kx}{x - \sqrt{x}} & \text{si } x > 1 \\ \frac{a \cdot \sin(x-1)}{x^2 - 1} & \text{si } x < 1 \end{cases}$$

Halla los valores de $a$ y $k$ para que existan los límites laterales en $x=1$ y estos sean iguales a $2$. ¿Qué tipo de discontinuidad presenta la función en $x=1$ si no definimos $f(1)$?

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Resumen

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