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3° curso · Matemática
Números reales · Sucesiones

Límite de una sucesión

Una pelota de goma cae y rebota en el patio del colegio. Cada rebote llega a la mitad de la altura del anterior: 1 m, 0,5 m, 0,25 m, 0,125 m… ¿Hacia qué altura "tienden" los rebotes? ¿Y cuánto recorre la pelota en total si rebota infinitas veces? Para responder necesitás una idea clave de este curso: el límite de una sucesión. Al final de la página vas a poder contestar las dos preguntas.

La idea de límite y la clasificación

Mirá $a_n = \dfrac{n+1}{n}$: $2;\ 1{,}5;\ 1{,}333\ldots;\ 1{,}25;\ 1{,}2;\ \ldots$ Los términos bajan y se acercan cada vez más a $1$, aunque ninguno vale exactamente $1$.

Términos de una sucesión que descienden desde 2 y se acercan cada vez más a la recta horizontal L = 1 sin tocarla L = 1 los términos se acercan a 1 sin llegar nunca a tocarlo

Cambiá la fórmula y observá hacia dónde van las barras al crecer $n$:

No todas las sucesiones tienen límite finito. Hay tres comportamientos:

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Determina si la sucesión cuyo término general es $a_n = \frac{(-1)^n \cdot 5}{n}$ es convergente, divergente o oscilante. Si es convergente, indica cuál es su límite.

Determina si la sucesión cuyo término general es $a_n = \frac{(-1)^n \cdot 5}{n}$ es convergente, divergente o oscilante. Si es convergente, indica cuál es su límite.

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Polinomios y cocientes de polinomios

Un polinomio en $n$ (por ejemplo $-2n^3+7n^2-4n+12$) está dominado por su término de mayor grado: cuando $n$ es enorme, $n^3$ aplasta a $n^2$, a $n$ y a los números sueltos. Por eso el límite depende solo de ese término.

Para un cociente conviene comparar los grados.

Esquema con los tres resultados posibles para el límite de un cociente de polinomios según sus grados grado P < grado Qlímite 0 grado P = grado Qcociente de coef. principales grado P > grado Q±∞ (divergente)

Para un polinomio solo, el signo del coeficiente principal decide: $-2n^3+\ldots \to -\infty$, porque $n^3\to+\infty$ y el coeficiente es negativo.

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Calcula el límite de la siguiente sucesión polinómica cuando $n$ tiende a infinito: $b_n = -2n^3 + 7n^2 - 4n + 12$

Calcula el límite de la siguiente sucesión polinómica cuando $n$ tiende a infinito:

$b_n = -2n^3 + 7n^2 - 4n + 12$

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Halla el límite de la sucesión racional dada por la expresión: $c_n = \frac{3n^2 - 5n + 1}{8n^3 + 2n^2 - n}$

Halla el límite de la sucesión racional dada por la expresión:

$c_n = \frac{3n^2 - 5n + 1}{8n^3 + 2n^2 - n}$

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Calcula el límite de la siguiente sucesión, identificando previamente los grados del numerador y del denominador: $d_n = \frac{6n^2 - 3n + 5}{2n^2 + 4n - 1}$

Calcula el límite de la siguiente sucesión, identificando previamente los grados del numerador y del denominador:

$d_n = \frac{6n^2 - 3n + 5}{2n^2 + 4n - 1}$

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Más cocientes: grado mayor, problemas y productos

A veces el cociente tiene grado mayor arriba, como en $\dfrac{n^4+2n^2-7}{5n^2-3n+1}$: el numerador crece mucho más rápido y el límite es $+\infty$ (divergente).

Otras veces hay que desarrollar antes de comparar grados.

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Determina el valor hacia el que tiende la sucesión $e_n$ para valores muy grandes de $n$: $e_n = \frac{n^4 + 2n^2 - 7}{5n^2 - 3n + 1}$

Determina el valor hacia el que tiende la sucesión $e_n$ para valores muy grandes de $n$:

$e_n = \frac{n^4 + 2n^2 - 7}{5n^2 - 3n + 1}$

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La población de peces de una piscifactoría sostenible crece de acuerdo con el modelo matemático $P_n = \frac{150000n}{3n + 250}$, donde $n$ representa el número de días…

La población de peces de una piscifactoría sostenible crece de acuerdo con el modelo matemático $P_n = \frac{150000n}{3n + 250}$, donde $n$ representa el número de días desde la introducción de los alevines. Determina la capacidad de carga del entorno, es decir, el límite de la población de peces a largo plazo.

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Halla el límite de la siguiente sucesión, desarrollando previamente los productos notables del numerador para identificar los términos de mayor grado:…

Halla el límite de la siguiente sucesión, desarrollando previamente los productos notables del numerador para identificar los términos de mayor grado:

$\lim_{n \to \infty} \frac{(3n+2)^2 - (3n-2)^2}{n+5}$

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Sucesiones exponenciales

En $a_n = r^n$ el número que varía es el exponente. Probá con distintas razones:

  • $r = \frac{3}{4}$: $0{,}75;\ 0{,}56;\ 0{,}42;\ \ldots$ se achica y tiende a $0$.

  • $r = 2$: $2;\ 4;\ 8;\ \ldots$ crece sin parar.

  • $r = -1$: $-1;\ 1;\ -1;\ \ldots$ oscila.

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Estudia el comportamiento y calcula el límite de la sucesión de tipo exponencial: $f_n = 12 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n$

Estudia el comportamiento y calcula el límite de la sucesión de tipo exponencial:

$f_n = 12 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n$

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La temperatura en grados Celsius de una pieza de metal que se enfría en una habitación sigue la sucesión $T_n = 22 + 85 \cdot (0,82)^n$, donde $n$ es el tiempo…

La temperatura en grados Celsius de una pieza de metal que se enfría en una habitación sigue la sucesión $T_n = 22 + 85 \cdot (0,82)^n$, donde $n$ es el tiempo transcurrido en minutos. Calcula el límite de la sucesión $T_n$ cuando $n \to \infty$ e interpreta el resultado en el contexto del problema.

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Radicales: dividir por la mayor potencia

Cuando aparece una raíz, "grado" se interpreta así: $\sqrt{16n^2+3n}$ se comporta como $\sqrt{16n^2}=4n$, o sea de grado $1$. Para hacerlo bien, dividí numerador y denominador por $n$ y metele el $n$ adentro de la raíz como $\sqrt{n^2}$.

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Calcula el límite de la sucesión que involucra una raíz cuadrada simple en el numerador: $h_n = \frac{\sqrt{16n^2 + 3n}}{2n + 5}$

Calcula el límite de la sucesión que involucra una raíz cuadrada simple en el numerador:

$h_n = \frac{\sqrt{16n^2 + 3n}}{2n + 5}$

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Indeterminación $\infty-\infty$

Cuando restás dos expresiones que tienden a infinito, el resultado no es $0$ automáticamente: depende de cuál crece más rápido. Hay que transformar la expresión.

  • Con fracciones: sacá denominador común y operá.

  • Con radicales: multiplicá y dividí por el conjugado (el mismo producto notable $(a-b)(a+b)=a^2-b^2$ que usaste para racionalizar).

Practica★★☆Sin empezar
Resuelve la indeterminación que se presenta al calcular el límite de la siguiente diferencia de sucesiones racionales:…

Resuelve la indeterminación que se presenta al calcular el límite de la siguiente diferencia de sucesiones racionales:

$\lim_{n \to \infty} \left( \frac{n^2 + 5n}{n + 2} - n \right)$

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Calcula el límite de la siguiente sucesión irracional, multiplicando y dividiendo por la expresión conjugada para resolver la indeterminación:…

Calcula el límite de la siguiente sucesión irracional, multiplicando y dividiendo por la expresión conjugada para resolver la indeterminación:

$\lim_{n \to \infty} \left( \sqrt{n^2 + 6n} - n \right)$

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Calcula el límite de la siguiente sucesión, que presenta una doble raíz cuadrada y requiere aplicar la técnica del conjugado de forma cuidadosa:…

Calcula el límite de la siguiente sucesión, que presenta una doble raíz cuadrada y requiere aplicar la técnica del conjugado de forma cuidadosa:

$\lim_{n \to \infty} n \cdot \left( \sqrt{n^2 + 4} - n \right)$

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Hallar parámetros a partir de un límite

A veces te dan el límite y tenés que averiguar un coeficiente. Se razona al revés: para que $\sqrt{9n^2+an+2}-bn$ tenga límite finito, los dos sumandos deben crecer al mismo ritmo.

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Encuentra los valores de los parámetros reales $a$ y $b$ (con $b > 0$) para que se cumpla la siguiente igualdad:…

Encuentra los valores de los parámetros reales $a$ y $b$ (con $b > 0$) para que se cumpla la siguiente igualdad:

$\lim_{n \to \infty} \left( \sqrt{9n^2 + an + 2} - bn \right) = 4$

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El número $e$ y las potencias que tienden a $1$

Ya viste (en el apartado de sucesiones exponenciales y el número $e$) que $\left(1+\dfrac{1}{n}\right)^n\to e\approx 2{,}718$. Probalo:

Si la base tiende a $1$ y el exponente tiende a infinito, es una indeterminación $1^\infty$. Se resuelve con esta regla:

Interés con capitalización continua. Si se depositan $C$ guaraníes en una cooperativa al $3\%$ anual, capitalizando $n$ veces por año durante $t$ años, el capital es $C\left(1+\frac{0{,}03}{n}\right)^{nt}$. Si $n\to\infty$: $b_n(a_n-1)=nt\cdot\frac{0{,}03}{n}=0{,}03\,t$, y el capital límite es $C\,e^{0{,}03\,t}$.

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Aplicando la definición del número $e$, calcula el límite de la siguiente sucesión: $g_n = \left(1 + \frac{1}{n}\right)^{7n}$

Aplicando la definición del número $e$, calcula el límite de la siguiente sucesión:

$g_n = \left(1 + \frac{1}{n}\right)^{7n}$

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Practica★★☆Sin empezar
Calcula el límite de la sucesión, transformando la expresión para aplicar el límite del número $e$: $\lim_{n \to \infty} \left( \frac{n + 7}{n + 2} \right)^{4n}$

Calcula el límite de la sucesión, transformando la expresión para aplicar el límite del número $e$:

$\lim_{n \to \infty} \left( \frac{n + 7}{n + 2} \right)^{4n}$

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Se depositan $35\,000\,000$ guaraníes en un fondo de inversión que ofrece un interés anual del $3,5\%$. Si la entidad capitaliza los intereses $n$ veces al año, el…

Se depositan $35\,000\,000$ guaraníes en un fondo de inversión que ofrece un interés anual del $3,5\%$. Si la entidad capitaliza los intereses $n$ veces al año, el capital acumulado después de $10$ años está dado por la sucesión $C_n = 35\,000\,000 \cdot \left(1 + \frac{0,035}{n}\right)^{10n}$. Calculá el capital límite que se obtendría si la capitalización fuera continua ($n \to \infty$).

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$1^\infty$ con expresiones racionales

Con la regla anterior, la dificultad pasa al álgebra: hay que calcular bien $b_n(a_n-1)$, que suele ser un cociente de polinomios.

Practica★★★Sin empezar
Resuelve el siguiente límite que da lugar a una indeterminación del tipo $1^\infty$, prestando especial atención a las operaciones algebraicas en el exponente:…

Resuelve el siguiente límite que da lugar a una indeterminación del tipo $1^\infty$, prestando especial atención a las operaciones algebraicas en el exponente:

$\lim_{n \to \infty} \left( \frac{n^2 - n + 3}{n^2 + n + 1} \right)^{n^2 - 1}$

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La definición con $\varepsilon$

"Acercarse tanto como se quiera" se escribe con precisión: no importa qué tan chica sea una distancia $\varepsilon>0$ que elijas, los términos terminan entrando y quedándose a menos de esa distancia de $L$.

Franja entre L menos épsilon y L más épsilon alrededor del límite: los primeros términos (naranja) quedan fuera y, a partir del término N, todos (verde) caen dentro L + ε L − ε desde acá: n > N
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Dada la sucesión $a_n = \frac{4n - 3}{n + 1}$, sabemos que su límite es $L = 4$. Utilizando la definición formal de límite, averigua a partir de qué término $n$ se…

Dada la sucesión $a_n = \frac{4n - 3}{n + 1}$, sabemos que su límite es $L = 4$. Utilizando la definición formal de límite, averigua a partir de qué término $n$ se cumple que la distancia entre los términos de la sucesión y su límite es estrictamente menor que una milésima, es decir, $|a_n - 4| < 0,001$.

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Sumas infinitas y sucesiones recurrentes

Volvamos a la pelota. Si la altura se reduce a la mitad en cada rebote, las alturas son $a_n=\left(\frac{1}{2}\right)^{n-1}$ y tienden a $0$. Pero ¿qué pasa con la suma de infinitos términos? Se calcula el límite de las sumas parciales.

Para la pelota con altura inicial $1$ m, el recorrido total (bajadas y subidas) es $1+2\cdot\frac{1}{2}+2\cdot\frac{1}{4}+\ldots=1+2\cdot\dfrac{\frac{1}{2}}{1-\frac{1}{2}}=3$ m. ¡Infinitos rebotes y solo $3$ metros!

Sucesiones por recurrencia. Si una sucesión definida por $a_{n+1}=f(a_n)$ converge a $L$, entonces $a_n$ y $a_{n+1}$ tienden a $L$ y se cumple $L=f(L)$. Resolvés esa ecuación para hallar $L$.

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A partir de un cuadrado de área $A_1 = 400 \text{ cm}^2$, se construye una sucesión de cuadrados uniendo los puntos medios de los lados del cuadrado anterior, tal y como…
A₁ A₂ A₃

A partir de un cuadrado de área $A_1 = 400 \text{ cm}^2$, se construye una sucesión de cuadrados uniendo los puntos medios de los lados del cuadrado anterior, tal y como muestra la figura. Sabiendo que el área de cada nuevo cuadrado es la mitad del área del cuadrado anterior, calcula el límite de la suma de las áreas de los infinitos cuadrados así construidos: $S_\infty = \lim_{n \to \infty} (A_1 + A_2 + \dots + A_n)$.

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La figura muestra las tres primeras iteraciones en la construcción de la curva de Koch. Si partimos de un segmento inicial de longitud $L_0 = 1$ metro (panel A), en cada…
A n = 0 B n = 1 C n = 2

La figura muestra las tres primeras iteraciones en la construcción de la curva de Koch. Si partimos de un segmento inicial de longitud $L_0 = 1$ metro (panel A), en cada paso $n$ la longitud total de la curva se multiplica por $\frac{4}{3}$ respecto al paso anterior. Escribe la expresión de la longitud $L_n$ en el paso $n$ y calcula $\lim_{n \to \infty} L_n$. ¿Qué conclusión geométrica se extrae de este resultado?

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Un paciente recibe una dosis diaria de un medicamento. Tras la absorción y eliminación a lo largo del día, la concentración del fármaco en sangre justo antes de la…

Un paciente recibe una dosis diaria de un medicamento. Tras la absorción y eliminación a lo largo del día, la concentración del fármaco en sangre justo antes de la siguiente dosis sigue la relación de recurrencia $C_n = 15 + C_{n-1} \cdot 0,4$, donde $15 \text{ mg/L}$ es el aporte de la nueva dosis y el factor $0,4$ indica que queda un $40\%$ del fármaco del día anterior. Si la concentración inicial es $C_1 = 15$, calcula la concentración de equilibrio en la sangre a largo plazo, es decir, $\lim_{n \to \infty} C_n$.

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Para cerrar con una de cada tipo, probá estos dos más:

Practica★★★Sin empezar
Se define una sucesión mediante la siguiente ley de recurrencia: el primer término es $a_1 = \sqrt{6}$, y cada término siguiente se obtiene como…

Se define una sucesión mediante la siguiente ley de recurrencia: el primer término es $a_1 = \sqrt{6}$, y cada término siguiente se obtiene como $a_{n+1} = \sqrt{6 + a_n}$. Asumiendo que la sucesión es creciente y está acotada superiormente (por lo que es convergente y tiene un límite $L$), plantea la ecuación que debe cumplir el límite y hállalo.

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Practica★★★Sin empezar
Un cable elástico de alta tecnología se somete a pruebas de tensión iterativas. Su longitud inicial en reposo es de $20$ metros. En la primera prueba se estira $4$…

Un cable elástico de alta tecnología se somete a pruebas de tensión iterativas. Su longitud inicial en reposo es de $20$ metros. En la primera prueba se estira $4$ metros. En cada prueba sucesiva, el material pierde elasticidad y se estira un $75\%$ de lo que se estiró en la prueba inmediatamente anterior. La longitud total tras $n$ pruebas viene dada por $L_n = 20 + \sum_{k=1}^n 4 \cdot (0,75)^{k-1}$. Calcula la longitud máxima teórica que alcanzará el cable si se somete a infinitas pruebas.

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Resumen

Volvé al principio: la pelota rebota cada vez menos y la altura tiende a $0$; con infinitos rebotes recorre en total $3$ metros, porque la suma de una progresión geométrica de razón menor que $1$ converge.

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