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8.1.1: Definición de un límite

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    Notación límite

    Al aprender sobre el comportamiento final de una función racional, la describías como que tiene una asíntota horizontal en cero u otro número, o yendo al infinito. La notación límite es una forma de describir matemáticamente este comportamiento final.

    Ya sabes que como\(\ x\) se vuelve extremadamente grande entonces la función\(\ f(x)=\frac{8 x^{4}+4 x^{3}+3 x^{2}-10}{3 x^{4}+6 x^{2}+9 x}\) va a\(\ \frac{8}{3}\) porque las mayores potencias son iguales y\(\ \frac{8}{3}\) es la relación de los coeficientes principales. ¿Cómo se representa esta declaración usando notación límite?


    Introducción a los límites

    La notación límite es una forma de afirmar una idea que es un poco más sutil que simplemente decir\(\ x=5\) o\(\ y=3\).

    \ (\\ begin {alineado}
    &\ lim _ {x\ rightarrow a} f (x) =b\\
    &\ text {“El límite de} f\ text {de} x\ text {as} x\ text {se acerca a} a\ text {es} b\ text {”}
    \ end {alineado}\)

    La letra\(\ a\) puede ser cualquier número o infinito. La función\(\ f(x)\) es cualquier función de\(\ x\). La letra\(\ b\) puede ser cualquier número. Si la función va al infinito, entonces en lugar de escribir “= ∞” deberías escribir que el límite no existe o “DNE”. Esto se debe a que el infinito no es un número. Si una función va al infinito entonces no tiene límite.

    Tome el siguiente límite:

    El límite de\(\ y=4 x^{2}\) como se\(\ x\) acerca a 2 es 16

    En notación límite, esto sería:

    \(\ \lim _{x \rightarrow 2} 4 x^{2}=16\)

    Si bien es posible que una función nunca alcance realmente una altura de la\(\ b\) misma se acercará arbitrariamente a\(\ b\). Una forma de pensar sobre el concepto de límite es usar un ejemplo físico. Párese a cierta distancia de una pared y luego dé un gran paso para llegar a la mitad de la pared. Da otro paso para volver a ir a mitad de camino a la pared. Si sigues dando pasos que te llevan a mitad de camino a la pared entonces van a pasar dos cosas. Primero, te acercarás extremadamente a la pared pero nunca llegarás a la pared independientemente de cuántos pasos des. Segundo, un observador que desee describir su situación notaría que el muro actúa como un límite a lo lejos que puede llegar.


    Ejemplos

    Ejemplo 1

    Anteriormente, se le preguntó cómo escribir la declaración “El límite de\(\ \frac{8 x^{4}+4 x^{3}+3 x^{2}-10}{3 x^{4}+6 x^{2}+9 x}\) como se\(\ x\) acerca al infinito es\(\ \frac{8}{3}\)" en notación límite.

    Solución

    Esto se puede escribir usando notación límite como:

    \(\ \lim _{x \rightarrow \infty}\left(\frac{8 x^{4}+4 x^{3}+3 x^{2}-10}{3 x^{4}+6 x^{2}+9 x}\right)=\frac{8}{3}\)

    Ejemplo 2

    Traducir la siguiente declaración matemática en palabras.

    \(\ \lim _{n \rightarrow \infty} \sum_{i=1}^{n}\left(\frac{1}{2}\right)^{i}=1\)

    Solución

    El límite de la suma de a\(\ \frac{1}{2}+\frac{1}{4}+\frac{1}{8}+\cdots\) medida que el número de términos se acerca al infinito es 1.

    Ejemplo 3

    Utilice la notación de límite para representar la siguiente declaración matemática.

    \(\ \frac{1}{3}+\frac{1}{9}+\frac{1}{27}+\cdots=\frac{1}{2}\)

    Solución

    \(\ \lim _{n \rightarrow \infty} \sum_{i=1}^{n}\left(\frac{1}{3}\right)^{i}=\frac{1}{2}\)

    Ejemplo 4

    Describir el comportamiento final de la siguiente función racional al infinito y al infinito negativo usando límites.

    \(\ f(x)=\frac{-5 x^{3}+4 x^{2}-10}{10 x^{3}+3 x^{2}+98}\)

    Solución

    Dado que la función tiene iguales potencias de\(\ x\) en el numerador y en el denominador, el comportamiento final es\(\ -\frac{1}{2}\) como\(\ x\) va al infinito tanto positivo como negativo.

    \(\ \lim _{x \rightarrow \infty}\left(\frac{-5 x^{3}+4 x^{2}-10}{10 x^{3}+3 x^{2}+98}\right)=\lim _{x \rightarrow-\infty}\left(\frac{-5 x^{3}+4 x^{2}-10}{10 x^{3}+3 x^{2}+98}\right)=-\frac{1}{2}\)

    Ejemplo 5

    Traduzca la siguiente expresión limit en palabras. ¿Qué notas sobre la expresión límite?

    \(\ \lim _{h \rightarrow 0}\left(\frac{f(x+h)-f(x)}{h}\right)=x\)

    Solución

    El límite de la relación de la diferencia entre\(\ f\) de cantidad\(\ x\) más\(\ h\) y\(\ f\) de\(\ x\) y\(\ h\) como se\(\ h\) acerca a 0 es\(\ x\).

    Deberías notar que eso\(\ h \rightarrow 0\) no significa\(\ h=0\) porque si lo hiciera entonces no podrías tener una\(\ 0\) en el denominador. También hay que señalar que en el numerador,\(\ f(x+h)\) y\(\ f(x)\) van a estar súper cerca entre sí a medida que se\(\ h\) acerque a cero. Cálculo le permitirá lidiar con problemas que parecen parecerse\(\ \frac{0}{0}\) y\(\ \frac{\infty}{\infty}\).


    Revisar

    Describir el comportamiento final de las siguientes funciones racionales al infinito y al infinito negativo usando límites.

    1. \(\ f(x)=\frac{2 x^{4}+4 x^{2}-1}{5 x^{4}+3 x+9}\)
    2. \(\ g(x)=\frac{8 x^{3}+4 x^{2}-1}{2 x^{3}+4 x+7}\)
    3. \(\ f(x)=\frac{x^{2}+2 x^{3}-3}{5 x^{3}+x+4}\)
    4. \(\ f(x)=\frac{4 x+4 x^{2}-5}{2 x^{2}+3 x+3}\)
    5. \(\ f(x)=\frac{3 x^{2}+4 x^{3}+4}{6 x^{3}+3 x^{2}+6}\)

    Traducir las siguientes declaraciones en notación límite.

    1. El límite de\(\ y=2 x^{2}+1\) como se\(\ x\) acerca a 3 es 19.
    2. El límite de\(\ y=e^{x}\) como se\(\ x\) acerca al infinito negativo es 0.
    3. El límite de\(\ y=\frac{1}{x}\) como se\(\ x\) acerca al infinito es 0.

    Utilice la notación de límite para representar las siguientes declaraciones matemáticas.

    1. \(\ \frac{1}{4}+\frac{1}{16}+\frac{1}{64}+\cdots=\frac{1}{3}\)
    2. La serie\(\ 1+\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\frac{1}{4}+\cdots\) diverge.
    3. \(\ 1+\frac{1}{2}+\frac{1}{4}+\frac{1}{8}+\cdots=2\)
    4. \(\ \frac{9}{10}+\frac{9}{100}+\frac{9}{1000}+\cdots=1\)

    Traducir las siguientes declaraciones matemáticas en palabras.

    1. \(\ \lim _{x \rightarrow 0} \frac{5 x^{2}-4}{x+1}=-4\)
    2. \(\ \lim _{x \rightarrow 1} \frac{x^{3}-1}{x-1}=3\)
    3. Si\(\ \lim _{x \rightarrow a} f(x)=b\), es posible que\(\ f(a)=b\) Explique.

    Reseña (Respuestas)

    Para ver las respuestas de Revisar, abra este archivo PDF y busque la sección 14.1.


    El vocabulario

    Término Definición
    Comportamiento final El comportamiento final es una descripción de la tendencia de una función ya que los valores de entrada se vuelven muy grandes o muy pequeños, representados como los 'extremos' de una función gráfica.
    Asintota horizontal Una asíntota horizontal es una línea horizontal que indica dónde se aplana una función ya que la variable independiente se vuelve muy grande o muy pequeña. Una función puede tocar o pasar a través de una asíntota horizontal.
    notación límite La notación límite es una forma de expresar el hecho de que una función se acerca arbitrariamente a un valor.

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