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6.5: Regla de L'Hopital

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  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    El siguiente resultado es un caso de regla de\(l^{\prime}\) L'hópital.

    Teorema\(\PageIndex{1}\)

    Supongamos\(a, b \in \mathbb{R}, f\) y\(g\) son diferenciables\((a, b), g^{\prime}(x) \neq 0\) para todos\(x \in(a, b),\) y

    \[\lim _{x \rightarrow a^{+}} \frac{f^{\prime}(x)}{g^{\prime}(x)}=\lambda .\]

    Si\(\lim _{x \rightarrow a^{+}} f(x)=0\) y\(\lim _{x \rightarrow a^{+}} g(x)=0,\) entonces

    \[\lim _{x \rightarrow a^{+}} \frac{f(x)}{g(x)}=\lambda .\]

    Prueba

    Dado\(\epsilon>0,\) que existe\(\delta>0\) tal que

    \[\lambda-\frac{\epsilon}{2}<\frac{f^{\prime}(x)}{g^{\prime}(x)}<\lambda+\frac{\epsilon}{2}\]

    siempre\(x \in(a, a+\delta) .\) Ahora, por el Teorema del Valor Medio Generalizado, para cualquiera\(x\) y\(y\) con\(a<x<y<a+\delta,\) existe un punto\(c \in(x, y)\) tal que

    \[\frac{f(y)-f(x)}{g(y)-g(x)}=\frac{f^{\prime}(c)}{g^{\prime}(c)}.\]

    De ahí

    \[\lambda-\frac{\epsilon}{2}<\frac{f(y)-f(x)}{g(y)-g(x)}<\lambda+\frac{\epsilon}{2}.\]

    Ahora

    \[\lim _{x \rightarrow a^{+}} \frac{f(y)-f(x)}{g(y)-g(x)}=\frac{f(y)}{g(y)}\]

    y así tenemos

    \[\lambda-\epsilon<\lambda-\frac{\epsilon}{2} \leq \frac{f(y)}{g(y)} \leq \lambda+\frac{\epsilon}{2}<\lambda+\epsilon\]

    para cualquier\(y \in(a, a+\delta) .\) Por lo tanto

    \[\lim _{x \rightarrow a^{+}} \frac{f(x)}{g(x)}=\lambda .\]

    Q.E.D.

    Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

    Usa la regla de L'hôpital para calcular

    \[\lim _{x \rightarrow 0^{+}} \frac{\sqrt{1+x}-1}{x}. \nonumber\]

    Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

    Supongamos\(a, b \in \mathbb{R}, f\) y\(g\) son diferenciables\((a, b), g^{\prime}(x) \neq 0\) para todos\(x \in(a, b),\) y

    \[\lim _{x \rightarrow b^{-}} \frac{f^{\prime}(x)}{g^{\prime}(x)}=\lambda . \nonumber\]

    Demostrar que si\(\lim _{x \rightarrow b^{-}} f(x)=0\) y\(\lim _{x \rightarrow b^{-}} g(x)=0,\) entonces

    \[\lim _{x \rightarrow b^{-}} \frac{f(x)}{g(x)}=\lambda . \nonumber\]


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