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BACH1 tecno · Matemáticas
Números reales · Sucesiones

Sucesiones exponenciales. El número e

Si inviertes dinero y la entidad te paga intereses cada vez más veces al año (mensual, diario, por segundo…), ¿cuánto más puedes ganar? La respuesta tiene un límite muy concreto, y ese límite es uno de los números más importantes de las matemáticas: el número $e$.

La sucesión que define el número $e$

Calcula $\left(1+\dfrac{1}{n}\right)^n$ para $n$ cada vez más grande: $n=1\to2$; $n=10\to2{,}5937\ldots$; $n=100\to2{,}7048\ldots$; $n=10\,000\to2{,}71814\ldots$

e ≈ 2,71828… (1+1/n)ⁿ crece y se acerca a e, pero nunca llega a superarlo

Observa cómo la sucesión se acerca a $e$ sin superarlo nunca, por muy grande que hagas $n$:

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Calcula el límite de la siguiente sucesión exponencial: $a_n = \left( 1 + \frac{1}{n} \right)^{3n}$

Calcula el límite de la siguiente sucesión exponencial:

$a_n = \left( 1 + \frac{1}{n} \right)^{3n}$

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Calcula el límite de la sucesión con término general: $e_n = \left( 1 - \frac{1}{n} \right)^n$

Calcula el límite de la sucesión con término general:

$e_n = \left( 1 - \frac{1}{n} \right)^n$

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La fórmula general para $1^{\infty}$

La misma idea se repite con muchas bases y exponentes distintos. Hay una fórmula que convierte cualquier $1^{\infty}$ en un límite más sencillo, usando exponente por (base menos 1).

aₙ → 1, bₙ → ∞ ⇒ aₙ^bₙ = e^(lim bₙ·(aₙ−1)) bₙ(aₙ−1) → ese número
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Determina el límite de la siguiente sucesión, sabiendo que presenta una indeterminación del tipo $1^\infty$: $f_n = \left( 1 + \frac{4}{n} \right)^n$

Determina el límite de la siguiente sucesión, sabiendo que presenta una indeterminación del tipo $1^\infty$:

$f_n = \left( 1 + \frac{4}{n} \right)^n$

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Calcula el límite de la siguiente sucesión, resolviendo la indeterminación correspondiente: $a_n = \left( \frac{n+3}{n-1} \right)^{2n}$

Calcula el límite de la siguiente sucesión, resolviendo la indeterminación correspondiente:

$a_n = \left( \frac{n+3}{n-1} \right)^{2n}$

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Determina el límite de la siguiente sucesión resolviendo la indeterminación del tipo $1^\infty$: $b_n = \left( \frac{2n+5}{2n+1} \right)^{3n-2}$

Determina el límite de la siguiente sucesión resolviendo la indeterminación del tipo $1^\infty$:

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

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Exponente algebraico más complicado

A veces el exponente no es $n$ ni un múltiplo simple, sino una fracción algebraica. El procedimiento es idéntico: calcular $b_n\cdot(a_n-1)$ y resolver ese límite con las técnicas que ya conoces (grados, conjugado…).

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Halla el límite de la sucesión combinando polinomios de segundo grado en la base: $c_n = \left( \frac{n^2+2n}{n^2-1} \right)^{5n}$

Halla el límite de la sucesión combinando polinomios de segundo grado en la base:

$c_n = \left( \frac{n^2+2n}{n^2-1} \right)^{5n}$

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Calcula el límite de la siguiente sucesión, que presenta un exponente algebraico en forma de fracción: $d_n = \left( \frac{n-2}{n+4} \right)^{\frac{n^2+1}{n}}$

Calcula el límite de la siguiente sucesión, que presenta un exponente algebraico en forma de fracción:

$d_n = \left( \frac{n-2}{n+4} \right)^{\frac{n^2+1}{n}}$

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Calcula el límite de la sucesión exponencial formada por polinomios de segundo grado tanto en la base como en el exponente:…

Calcula el límite de la sucesión exponencial formada por polinomios de segundo grado tanto en la base como en el exponente:

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

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El número $e$ en el interés compuesto continuo

Si capitalizas un capital $n$ veces al año a un interés nominal $r$, el capital tras un año es $C\cdot\left(1+\dfrac{r}{n}\right)^n$. Cuando $n\to\infty$ (capitalización continua, instante a instante), aparece el número $e$.

anual mensual continua (1+r/n)ⁿ → eʳ cuando n → ∞ a más capitalizaciones al año, más se acerca al límite exponencial
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Se depositan $5000$ euros en una entidad financiera a un interés anual del $4\%$. La fórmula del capital final tras $n$ años con capitalización continua viene dada por…

Se depositan $5000$ euros en una entidad financiera a un interés anual del $4\%$. La fórmula del capital final tras $n$ años con capitalización continua viene dada por la sucesión $C_n = 5000 \cdot e^{0,04n}$. Calcula el capital acumulado tras $10$ años y compáralo con el capital obtenido si la capitalización fuera anual, cuya expresión es $C'_n = 5000 \cdot (1,04)^n$.

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Se invierten $10000$ euros a un tipo de interés nominal anual del $5\%$. La sucesión que describe el capital final si los intereses se capitalizan $n$ veces al año es…

Se invierten $10000$ euros a un tipo de interés nominal anual del $5\%$. La sucesión que describe el capital final si los intereses se capitalizan $n$ veces al año es $C_n = 10000 \left( 1 + \frac{0,05}{n} \right)^n$. Calcula el límite de esta sucesión cuando $n \to \infty$ para hallar el capital final bajo capitalización continua. Compara este resultado con el capital obtenido si se capitaliza trimestralmente ($n=4$).

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Crecimiento y decaimiento exponencial con $e$

Muchos procesos naturales (desintegración radiactiva, enfriamiento, farmacología) se describen directamente con una exponencial de base $e$: $a_n = a_0\cdot e^{kn}$, con $k>0$ para crecimiento y $k<0$ para decaimiento.

decaimiento: aₙ = a₀·e^(kn), k<0, aₙ → 0 crecimiento: k>0, aₙ → +∞
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La cantidad de un isótopo radiactivo en una muestra disminuye de forma exponencial según la sucesión $M_n = 200 \cdot e^{-0,1n}$, donde $n$ es el número de años…

La cantidad de un isótopo radiactivo en una muestra disminuye de forma exponencial según la sucesión $M_n = 200 \cdot e^{-0,1n}$, donde $n$ es el número de años transcurridos y $M_n$ se mide en gramos. ¿Cuántos gramos quedarán en la muestra tras $20$ años? ¿A qué valor tiende la masa a largo plazo (cuando $n \to \infty$)?

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En un experimento de termodinámica, la diferencia de temperatura entre un cuerpo metálico y su entorno disminuye exponencialmente siguiendo la sucesión…

En un experimento de termodinámica, la diferencia de temperatura entre un cuerpo metálico y su entorno disminuye exponencialmente siguiendo la sucesión $T_n = 80 \cdot e^{-0,05n}$, siendo $n$ los minutos transcurridos desde el inicio del enfriamiento. Calcula la diferencia de temperatura a los $30$ minutos y determina el límite de la sucesión cuando $n \to \infty$.

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Resumen

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