Operaciones con sucesiones. Indeterminaciones
Lucas y Fátima arman cada uno un canal de divulgación científica. Después de $n$ meses, el canal de Fátima tiene $\frac{n^2}{n+1}$ miles de seguidores y el de Lucas tiene $n$ miles. Los dos crecen sin límite. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre ellos a la larga? ¿Cero? ¿Infinita? Restar dos cosas "infinitas" no se resuelve a ojo, y de eso trata esta página.
Álgebra de límites
Ya sabés calcular el límite de una sucesión sola. Ahora las vamos a combinar: sumarlas, multiplicarlas, dividirlas.
También se pueden usar los infinitos cuando el resultado está determinado:
| Operación | Resultado |
|---|---|
| $\infty + \infty$ | $+\infty$ |
| $(+\infty)\cdot(+\infty)$ | $+\infty$ |
| $k\cdot\infty$ con $k>0$ | $+\infty$ |
| $\dfrac{k}{\infty}$ | $0$ |
Dadas las sucesiones $a_n = \frac{2n}{n+1}$ y $b_n = 3n^2$, calcula los límites $\lim_{n \to \infty} \frac{a_n}{b_n}$ y $\lim_{n \to \infty} (a_n \cdot b_n)$.
Dadas las sucesiones $a_n = \frac{2n}{n+1}$ y $b_n = 3n^2$, calcula los límites $\lim_{n \to \infty} \frac{a_n}{b_n}$ y $\lim_{n \to \infty} (a_n \cdot b_n)$.
El catálogo de indeterminaciones
Cuando aparecen infinitos o ceros, hay combinaciones sin resultado automático. Hay que transformar la expresión antes de poder usar el álgebra de límites.
Resolver $\frac{0}{0}$ factorizando
Con sucesiones, $\frac00$ aparece sobre todo en cocientes de la forma $\frac{a_n}{b_n}$ donde ambas partes tienden a $0$, por ejemplo cuando se restan o cancelan términos iguales. Se factoriza y se simplifica el factor común.
Dadas las sucesiones $a_n = \frac{2n}{n+1}$ y $b_n = 3n^2$, calcula los límites $\lim_{n \to \infty} \frac{a_n}{b_n}$ y $\lim_{n \to \infty} (a_n \cdot b_n)$.
Dadas las sucesiones $a_n = \frac{2n}{n+1}$ y $b_n = 3n^2$, calcula los límites $\lim_{n \to \infty} \frac{a_n}{b_n}$ y $\lim_{n \to \infty} (a_n \cdot b_n)$.
Resolver $\frac{\infty}{\infty}$ comparando grados
Para cocientes de polinomios, lo que manda es el término de mayor grado: es el que crece más rápido. Dividimos numerador y denominador por la mayor potencia de $n$ y vemos qué queda.
Calcula el límite de la sucesión $a_n = \frac{4n^3 - 2n + 1}{5n^3 + n^2 - 3}$.
Calcula el límite de la sucesión $a_n = \frac{4n^3 - 2n + 1}{5n^3 + n^2 - 3}$.
Determina el valor del límite de la sucesión $b_n = \frac{7n^2 - n}{n^3 + 4n - 1}$.
Determina el valor del límite de la sucesión $b_n = \frac{7n^2 - n}{n^3 + 4n - 1}$.
Halla el límite de la sucesión $c_n = \frac{-2n^4 + 3n^2}{8n^2 + 5n - 2}$.
Halla el límite de la sucesión $c_n = \frac{-2n^4 + 3n^2}{8n^2 + 5n - 2}$.
Cuando hay que desarrollar, y raíces en el cociente
A veces el cociente no viene como polinomio "listo". Hay que desarrollar potencias antes de comparar grados. En otras aparecen raíces: $\sqrt{16n^2+3n}$ se comporta como $\sqrt{16n^2}=4n$, o sea que cuenta como grado 1.
El número de seguidores de un canal de divulgación científica crece según la sucesión $S_n = \frac{1200n^2 + 50n}{3n^2 + 25}$, donde $n$ es el tiempo en meses y $S_n$ el…
El número de seguidores de un canal de divulgación científica crece según la sucesión $S_n = \frac{1200n^2 + 50n}{3n^2 + 25}$, donde $n$ es el tiempo en meses y $S_n$ el número de seguidores en miles. ¿Hacia qué valor se estabiliza la audiencia del canal a muy largo plazo?
Un analista financiero estudia el rendimiento de un fondo de inversión cuya tasa de retorno en el mes $n$ sigue la sucesión…
Un analista financiero estudia el rendimiento de un fondo de inversión cuya tasa de retorno en el mes $n$ sigue la sucesión $R_n = \frac{(2n+1)^3 - 8n^3}{3n^2 + 5n - 1}$. Determina el rendimiento límite resolviendo la indeterminación correspondiente.
Resuelve la indeterminación en la sucesión con radicales iterados en el numerador y denominador: $\lim_{n \to \infty} \frac{\sqrt{16n^2 + 3n} - 2n}{5n + \sqrt{n^2 - 1}}$
Resuelve la indeterminación en la sucesión con radicales iterados en el numerador y denominador:
$\lim_{n \to \infty} \frac{\sqrt{16n^2 + 3n} - 2n}{5n + \sqrt{n^2 - 1}}$
Sumas de $n$ términos y potencias de distinta base
Dos situaciones más de $\frac{\infty}{\infty}$.
Sumas de $n$ términos. Una suma como $1+2+\dots+n$ no se puede tratar término a término porque la cantidad de sumandos crece con $n$. Primero hay que encontrar una fórmula cerrada. Para una progresión aritmética, $S_n=\dfrac{(a_1+a_n)\cdot n}{2}$.
Potencias de bases distintas. Se divide por la base mayor. Si $|q|<1$, entonces $q^n\to0$ (por ejemplo, $\left(\frac12\right)^n$ se achica cada vez más).
Resuelve el siguiente límite que combina la suma de los $n$ primeros términos de una progresión aritmética y una indeterminación polinómica:…
Resuelve el siguiente límite que combina la suma de los $n$ primeros términos de una progresión aritmética y una indeterminación polinómica:
$\lim_{n \to \infty} \frac{1 + 2 + 3 + \dots + n}{3n^2 + 2n - 1}$
La inflación acumulada en un modelo teórico macroeconómico está dada por la sucesión $I_n = \frac{3^n + 5^{n+1}}{5^n + 2^{n+2}}$. Determina el límite de la inflación…
La inflación acumulada en un modelo teórico macroeconómico está dada por la sucesión $I_n = \frac{3^n + 5^{n+1}}{5^n + 2^{n+2}}$. Determina el límite de la inflación cuando $n \to \infty$.
Resolver $\infty-\infty$ con fracciones
Si la resta es entre fracciones algebraicas, se hace denominador común y se simplifica. Muchas veces el numerador pierde los términos de mayor grado y queda un $\frac{\infty}{\infty}$ que ya sabés resolver.
Volvamos al canal de Fátima y Lucas: $\dfrac{n^2}{n+1}-n=\dfrac{n^2-n(n+1)}{n+1}=\dfrac{-n}{n+1}\to-1$. Con el tiempo, el canal de Fátima queda apenas por debajo del de Lucas: cerca de mil seguidores menos, en las unidades del problema.
Resuelve la indeterminación $\infty - \infty$ en la siguiente sucesión operando previamente las fracciones algebraicas: $d_n = \frac{n^2 + 1}{n} - \frac{n^2 - 2}{n+1}$
Resuelve la indeterminación $\infty - \infty$ en la siguiente sucesión operando previamente las fracciones algebraicas:
$d_n = \frac{n^2 + 1}{n} - \frac{n^2 - 2}{n+1}$
Calcula el límite de la diferencia de fracciones algebraicas: $\lim_{n \to \infty} \left( \frac{n^3 + 2n^2}{n^2 - 1} - \frac{n^2 + 3}{n + 1} \right)$
Calcula el límite de la diferencia de fracciones algebraicas:
$\lim_{n \to \infty} \left( \frac{n^3 + 2n^2}{n^2 - 1} - \frac{n^2 + 3}{n + 1} \right)$
Determina los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que se cumpla la igualdad: $\lim_{n \to \infty} \left( \frac{2n^2 + 3n}{n + 1} - an - b \right) = 0$
Determina los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que se cumpla la igualdad:
$\lim_{n \to \infty} \left( \frac{2n^2 + 3n}{n + 1} - an - b \right) = 0$
Resolver $\infty-\infty$ con una raíz: el conjugado
Con una raíz restada a un término, multiplicamos y dividimos por el conjugado, y usamos $(A-B)(A+B)=A^2-B^2$ para eliminar la raíz.
Resuelve el siguiente límite con radicales multiplicando y dividiendo por la expresión conjugada: $\lim_{n \to \infty} \left( \sqrt{n^2 + 5n} - n \right)$
Resuelve el siguiente límite con radicales multiplicando y dividiendo por la expresión conjugada:
$\lim_{n \to \infty} \left( \sqrt{n^2 + 5n} - n \right)$
La desviación en milímetros de un brazo robótico en su iteración $n$ viene dada por la sucesión $d_n = \sqrt{9n^2 + 4n} - 3n$. Calcula el error de desviación límite…
La desviación en milímetros de un brazo robótico en su iteración $n$ viene dada por la sucesión $d_n = \sqrt{9n^2 + 4n} - 3n$. Calcula el error de desviación límite cuando el número de iteraciones tiende a infinito.
Encuentra el valor del parámetro $k \in \mathbb{R}$ para que el límite de la sucesión $a_n = \sqrt{4n^2 + kn} - 2n$ sea igual a $5$.
Encuentra el valor del parámetro $k \in \mathbb{R}$ para que el límite de la sucesión $a_n = \sqrt{4n^2 + kn} - 2n$ sea igual a $5$.
Dos raíces, y raíz por $n$
Si se restan dos raíces, el conjugado es la suma de las dos raíces. Si además hay un factor $n$ multiplicando, en el numerador queda un término de grado $1$ que compensa la raíz del denominador.
El índice de migración neta de una región se estima según la sucesión $I_n = n \left( \sqrt{n^2 + 2} - \sqrt{n^2 - 2} \right)$. Determina la tendencia límite de este…
El índice de migración neta de una región se estima según la sucesión $I_n = n \left( \sqrt{n^2 + 2} - \sqrt{n^2 - 2} \right)$. Determina la tendencia límite de este índice cuando $n \to \infty$.
Resuelve la indeterminación $\infty - \infty$ generada por la diferencia de dos raíces cuadradas de polinomios cuadráticos:…
Resuelve la indeterminación $\infty - \infty$ generada por la diferencia de dos raíces cuadradas de polinomios cuadráticos:
$\lim_{n \to \infty} \left( \sqrt{n^2 + 5n + 1} - \sqrt{n^2 - 3n + 2} \right)$
En el estudio de la energía cinética relativista a bajas velocidades, se utiliza una aproximación matemática que involucra la sucesión…
En el estudio de la energía cinética relativista a bajas velocidades, se utiliza una aproximación matemática que involucra la sucesión $E_n = n^2 \left( \sqrt{1 + \frac{2}{n^2}} - 1 \right)$. Determina el valor del límite de la sucesión $E_n$ cuando $n \to \infty$.
La indeterminación $1^{\infty}$ y el número $e$
Una potencia $a_n^{\,b_n}$ con $a_n\to1$ y $b_n\to\infty$ no vale $1$ automáticamente. La base se acerca a $1$ pero el exponente crece, y gana el que sea más "veloz". Recordá la sucesión notable:
$$\left(1+\frac1n\right)^n\to e\approx2{,}718$$Calcula el límite de la sucesión de tipo exponencial $e_n = \left( 1 + \frac{1}{n} \right)^{3n}$.
Calcula el límite de la sucesión de tipo exponencial $e_n = \left( 1 + \frac{1}{n} \right)^{3n}$.
Halla el límite de la sucesión $f_n = \left( \frac{n+4}{n} \right)^n$.
Halla el límite de la sucesión $f_n = \left( \frac{n+4}{n} \right)^n$.
Identifica la indeterminación y calcula el límite de la sucesión $a_n = \left( \frac{3n^2 + 5}{3n^2 - 2} \right)^{4n^2}$.
Identifica la indeterminación y calcula el límite de la sucesión $a_n = \left( \frac{3n^2 + 5}{3n^2 - 2} \right)^{4n^2}$.
$1^{\infty}$ con exponentes distintos de $n$, y parámetros
La regla funciona con cualquier exponente. Solo hay que calcular bien el producto $L=\lim b_n(a_n-1)$, que muchas veces es un cociente de polinomios. Cuando el enunciado dice "el límite es $e^6$", se iguala $L$ al exponente dado y se despeja el parámetro.
La temperatura de un componente electrónico en un proceso de enfriamiento iterativo sigue la sucesión $T_n = \left( \frac{n^2 - n}{n^2 + 3} \right)^{2n+1}$ en grados…
La temperatura de un componente electrónico en un proceso de enfriamiento iterativo sigue la sucesión $T_n = \left( \frac{n^2 - n}{n^2 + 3} \right)^{2n+1}$ en grados Celsius por encima de la temperatura ambiente. Determina el límite de esta temperatura.
En un proceso de cristalización, la concentración de un reactivo sigue la sucesión $C_n = \left( \frac{n + a}{n + 2} \right)^{3n}$. Si se sabe que la concentración…
En un proceso de cristalización, la concentración de un reactivo sigue la sucesión $C_n = \left( \frac{n + a}{n + 2} \right)^{3n}$. Si se sabe que la concentración límite a largo plazo es $e^6$, ¿cuál debe ser el valor del parámetro $a$?
Demuestra, calculando el límite, hacia qué valor tiende la sucesión definida por $a_n = \left( \frac{n^2 + 5n - 1}{n^2 + 2n + 3} \right)^{\frac{n^2+1}{n}}$.
Demuestra, calculando el límite, hacia qué valor tiende la sucesión definida por $a_n = \left( \frac{n^2 + 5n - 1}{n^2 + 2n + 3} \right)^{\frac{n^2+1}{n}}$.