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Número reales · Sucesiones

Operaciones con sucesiones y formas indeterminadas

Te conviene dominar: Fracciones algebraicas (Álgebra 1)
Te conviene dominar: Propiedades de los radicales y racionalización (Álgebra 2)

Aaliyah gana $n^2 + 5n$ seguidores nuevos al día $n$, y Marcus gana $3n^2 + 1$. Los dos totales crecen sin límite. A la larga, ¿cómo se comparan sus cantidades de seguidores? Cada uno "tiende a infinito", así que no puedes simplemente sustituir $\infty$. En esta sección aprenderás a combinar sucesiones, cuándo el límite se comporta como esperas y qué hacer cuando no es así.

Leyes de los límites y aritmética con infinito

Ya sabes calcular el límite de una sola sucesión. Ahora vas a sumar, multiplicar y dividir sucesiones. Cuando los límites son números finitos, todo funciona como esperas.

Diagrama que muestra que el límite de una combinación de sucesiones convergentes es la misma combinación de sus límites. a(n) → A b(n) → B + · ÷ el límite de la combinación es la combinación de los límites

Aritmética con infinito

Cuando una de las sucesiones crece sin límite, algunos resultados siguen siendo automáticos. Aquí $k$ es un número finito.

Expresión Resultado
$\infty + \infty$ $\infty$
$\infty \cdot \infty$ $\infty$
$k \cdot \infty$ $+\infty$ si $k > 0$, $-\infty$ si $k < 0$
$\dfrac{k}{\infty}$ $0$
$\dfrac{k}{0^+}$ (con $k>0$) $+\infty$

Las formas indeterminadas

Algunas combinaciones no tienen una respuesta automática. Son las formas indeterminadas:

$$\frac{\infty}{\infty} \qquad \infty - \infty \qquad 0 \cdot \infty \qquad 1^{\infty} \qquad \frac{0}{0}$$

"Indeterminada" significa que la forma por sí sola no te dice el límite. Distintas sucesiones con la misma forma dan límites distintos. Primero tienes que reescribir la expresión, y el resto de esta página es una caja de herramientas para hacerlo.

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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 $\lim_{n \to \infty} (a_n \cdot b_n)$.

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$\frac{\infty}{\infty}$: comparar grados

La forma indeterminada más común es un cociente de dos polinomios en $n$. Los dos tienden a infinito, pero uno puede ganar la carrera.

Mira $\dfrac{6n^2 - n}{2n^2 + 7}$. Divide el numerador y el denominador entre la potencia más alta del denominador, $n^2$:

$$\frac{6 - \frac{1}{n}}{2 + \frac{7}{n^2}} \to \frac{6 - 0}{2 + 0} = 3$$

Cada término con $n$ en el denominador tiende a $0$, así que solo sobreviven los términos principales.

Volvamos al inicio: Aaliyah tiene $n^2 + 5n$ seguidores y Marcus tiene $3n^2 + 1$. Los grados empatan, así que el cociente es $\dfrac{n^2 + 5n}{3n^2 + 1} \to \dfrac{1}{3}$. A la larga, Aaliyah tiene alrededor de un tercio de los seguidores de Marcus. Ambos tienden a infinito, y sin embargo el cociente se estabiliza en $\frac13$.

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Calcula el límite de la sucesión $a_n = \frac{4n^3 - 2n + 1}{5n^3 + n^2 - 3}$.

Calcula el límite de la sucesión $a_n = \frac{4n^3 - 2n + 1}{5n^3 + n^2 - 3}$.

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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 $b_n = \frac{7n^2 - n}{n^3 + 4n - 1}$.

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Halla el límite de la sucesión $c_n = \frac{-2n^4 + 3n^2}{8n^2 + 5n - 2}$.

Halla el límite de la sucesión $c_n = \frac{-2n^4 + 3n^2}{8n^2 + 5n - 2}$.

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Primero desarrolla, luego compara

A veces el numerador o el denominador no está escrito como un polinomio simple. Quizá tengas que desarrollarlo o sumar una serie de términos antes de ver el grado verdadero.

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Un biólogo modela el crecimiento de una población de bacterias en un cultivo cerrado mediante la sucesión $P_n = \frac{1200n^2 + 50n}{3n^2 + 25}$, donde $n$ es el tiempo…

Un biólogo modela el crecimiento de una población de bacterias en un cultivo cerrado mediante la sucesión $P_n = \frac{1200n^2 + 50n}{3n^2 + 25}$, donde $n$ es el tiempo en horas y $P_n$ el número de individuos en miles. ¿Hacia qué valor se estabiliza la población a muy largo plazo?

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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.

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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:

$\lim_{n \to \infty} \frac{1 + 2 + 3 + \dots + n}{3n^2 + 2n - 1}$

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Radicales y exponenciales: divide entre el término dominante

Los radicales y las exponenciales también tienen una parte "dominante". Un radical como $\sqrt{9n^2 + n}$ actúa como $3n$ (grado $1$). Una exponencial le gana a cualquier potencia de $n$. Divide numerador y denominador entre el término dominante, y el resto tiende a $0$.

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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:

$\lim_{n \to \infty} \frac{\sqrt{16n^2 + 3n} - 2n}{5n + \sqrt{n^2 - 1}}$

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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 $n \to \infty$.

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$\infty - \infty$ con expresiones racionales

Cuando restas dos fracciones algebraicas que crecen sin límite, combínalas con un denominador común y simplifica. Normalmente la forma indeterminada desaparece.

Diagrama de flujo: la forma infinito menos infinito se resuelve con un denominador común en fracciones o con el conjugado en radicales. ∞ − ∞ denominador común (fracciones) conjugado (radicales) la forma indeterminada desaparece y queda un límite ordinario

Cómo hallar parámetros

A veces te dan el límite y debes hallar una constante desconocida. Combina las fracciones y luego fuerza que el grado del numerador sea lo bastante bajo.

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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:

$d_n = \frac{n^2 + 1}{n} - \frac{n^2 - 2}{n+1}$

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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:

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

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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:

$\lim_{n \to \infty} \left( \frac{2n^2 + 3n}{n + 1} - an - b \right) = 0$

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$\infty - \infty$ con un radical: el conjugado

Cuando la diferencia incluye una raíz cuadrada, multiplica y divide por el conjugado. Esto usa la diferencia de cuadrados, $(A - B)(A + B) = A^2 - B^2$, que hace desaparecer la raíz.

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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:

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

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La desviación en pulgadas 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…

La desviación en pulgadas 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.

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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 $5$.

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$\infty - \infty$ con dos radicales

Si los dos términos son raíces cuadradas, usa la misma idea. El conjugado de $\sqrt{A} - \sqrt{B}$ es $\sqrt{A} + \sqrt{B}$, y el producto es $A - B$. Las raíces desaparecen del numerador y lo que queda es un cociente de piezas de grado $1$.

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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:

$\lim_{n \to \infty} \left( \sqrt{n^2 + 5n + 1} - \sqrt{n^2 - 3n + 2} \right)$

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$0 \cdot \infty$: convierte el producto en una fracción

Un producto donde un factor tiende a $0$ y el otro a $\infty$ también es indeterminado. Con frecuencia el factor que tiende a $0$ es una diferencia de radicales, y el conjugado convierte el producto en un cociente que ya sabes manejar.

Diagrama de tres pasos: un producto de la forma infinito por cero se vuelve una fracción con el conjugado; luego, al dividir entre n, el límite es 2. n · (√(n²+4) − n) [∞ · 0] multiplica y divide por el conjugado 4n / (√(n²+4) + n) [∞/∞] divide numerador y denominador entre n 4 / (√(1+4/n²) + 1) → 2
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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 $n \to \infty$.

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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 $n \to \infty$.

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La forma $1^{\infty}$ y el número $e$

Imagina que un banco ofrece 100% de interés anual sobre $\$1$, pero lo capitaliza $n$ veces al año. Después de un año tienes $\left(1 + \frac{1}{n}\right)^n$ dólares. La base tiende a $1$ y el exponente tiende a $\infty$. ¿El resultado es $1$? ¿Es $\infty$? Ninguno de los dos.

Los valores aumentan, pero se nivelan. El límite es un famoso número irracional.

Así que, aunque el banco capitalice cada segundo, $\$1$ crece a solo unos $\$2.72$ en un año. En general, si $m_n \to \infty$, entonces $\left(1 + \frac{1}{m_n}\right)^{m_n} \to e$. Usa esto para hallar límites donde el exponente es un múltiplo del denominador.

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

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La regla general para $1^{\infty}$

La mayoría de los límites $1^{\infty}$ no se ven como $\left(1 + \frac{1}{n}\right)^n$. Esta es una regla que los maneja todos.

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Halla el límite de la sucesión $f_n = \left( \frac{n+4}{n} \right)^n$.

Halla el límite de la sucesión $f_n = \left( \frac{n+4}{n} \right)^n$.

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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 $a_n = \left( \frac{3n^2 + 5}{3n^2 - 2} \right)^{4n^2}$.

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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 Fahrenheit por encima de la temperatura ambiente. Determina el límite de esta temperatura.

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$1^{\infty}$ con parámetros y exponentes complicados

La regla es flexible. El exponente no tiene que ser un múltiplo de $n$, y la base puede contener una constante desconocida que debes despejar.

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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 $a$?

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

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Resumen

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