📌 Resumo teórico
Limite e domínio de uma função
Consideremos a função \(f\) definida por \(f(x)=\dfrac{3x+x^2}{x}\). Tem-se \(D_f=\mathbb{R}\setminus\{0\}\).
Como \(\dfrac{3x+x^2}{x}=\dfrac{x(3+x)}{x}\), vem \(f(x)=3+x\) para \(x\neq 0\). Para \(x=0\) a função não está definida.
De acordo com o conceito de limite, quando \(x\) se aproxima de \(0\), por valores diferentes de \(0\), \(f(x)\) aproxima-se de \(3\). Assim:
Repare-se que o limite de uma função num ponto não depende do valor da função nesse ponto — pode até nem existir imagem, como neste caso.
Limites laterais e existência de limite
Para estudar o comportamento de uma função numa vizinhança de um ponto \(a\) precisamos, por vezes, de determinar os limites laterais da função nesse ponto:
- Limite de \(f\) à esquerda de \(a\): \(\displaystyle\lim_{x\to a^-} f(x)\) — \(x\) aproxima-se de \(a\) por valores inferiores a \(a\).
- Limite de \(f\) à direita de \(a\): \(\displaystyle\lim_{x\to a^+} f(x)\) — \(x\) aproxima-se de \(a\) por valores superiores a \(a\).
Existência de limite
Seja \(f:D_f\to\mathbb{R}\). Se \(f\) está definida à esquerda e à direita de um ponto \(a\), então o limite de \(f\) em \(a\) existe se, e só se, os limites laterais de \(f\) em \(a\) existirem e forem iguais:
\[ \lim_{x\to a} f(x)=b \iff \lim_{x\to a^-} f(x)=\lim_{x\to a^+} f(x)=b \]Limites e operações
Se \(\displaystyle\lim_{x\to a} f(x)=r\) e \(\displaystyle\lim_{x\to a} g(x)=s\), com \(r,s\in\mathbb{R}\):
Continuidade de uma função num ponto
Uma função \(f:D_f\to\mathbb{R}\) é contínua num ponto \(a\) do seu domínio se e só se:
\[ \lim_{x\to a} f(x)=f(a) \]Na prática, para uma função definida por ramos, estudar a continuidade num ponto \(a\) de mudança de ramo resume-se a comparar três valores:
A função é contínua em \(a\) se, e só se, os três forem iguais.
Recorde ainda que as funções polinomiais são contínuas em \(\mathbb{R}\) e que as funções racionais são contínuas em todo o seu domínio. Por isso, numa função definida por ramos polinomiais ou racionais, só é preciso estudar o(s) ponto(s) de mudança de ramo.
Funções contínuas
Informalmente, uma função é contínua quando é possível desenhar o seu gráfico sem levantar o lápis do papel. Se, ao percorrer o gráfico, for necessário levantar o lápis num ponto que pertença ao domínio, então a função não é contínua nesse ponto.
São contínuas em todos os pontos do seu domínio — e por isso se designam simplesmente por funções contínuas:
- as funções polinomiais;
- as funções exponenciais e logarítmicas;
- as funções trigonométricas;
- as funções obtidas a partir destas por soma, diferença, produto e quociente;
- as funções obtidas por composição de funções contínuas.
Por exemplo, as funções racionais são contínuas em todo o seu domínio, por serem quocientes de funções polinomiais (contínuas). A função módulo também é contínua, embora não conste da lista acima.
Uma função diz-se contínua num intervalo aberto se for contínua em todos os pontos desse intervalo.
Consequência prática: numa função definida por ramos em que cada ramo é dado por uma expressão contínua, basta estudar a continuidade nos pontos de mudança de ramo — em todos os outros a função é automaticamente contínua.
Limites no infinito
Define-se \(b\) (finito ou infinito) como o limite de \(f(x)\) quando \(x\) tende para mais infinito, e escreve-se \(\displaystyle\lim_{x\to +\infty} f(x)=b\), se \(f(x)\) tende para \(b\) quando \(x\) tende para \(+\infty\). De modo análogo se define \(\displaystyle\lim_{x\to -\infty} f(x)\).
Operações com limites infinitos e indeterminações
As regras operatórias dos limites continuam válidas com limites infinitos, desde que não se caia numa indeterminação. As tabelas seguintes resumem os casos.
Adição e subtração
| \(+\) | \(+\infty\) | \(-\infty\) |
|---|---|---|
| \(+\infty\) | \(+\infty\) | Ind. |
| \(-\infty\) | Ind. | \(-\infty\) |
| \(-\) | \(+\infty\) | \(-\infty\) |
|---|---|---|
| \(+\infty\) | Ind. | \(+\infty\) |
| \(-\infty\) | \(-\infty\) | Ind. |
Multiplicação
| \(\times\) | \(+\infty\) | \(-\infty\) |
|---|---|---|
| \(+\infty\) | \(+\infty\) | \(-\infty\) |
| \(-\infty\) | \(-\infty\) | \(+\infty\) |
Divisão (com \(c\neq 0\) nas tabelas)
| \(c\gt 0\) | \(c\lt 0\) | |
|---|---|---|
| \(\dfrac{+\infty}{c}\) | \(+\infty\) | \(-\infty\) |
| \(\dfrac{-\infty}{c}\) | \(-\infty\) | \(+\infty\) |
| \(\dfrac{c}{0^{+}}\) | \(+\infty\) | \(-\infty\) |
| \(\dfrac{c}{0^{-}}\) | \(-\infty\) | \(+\infty\) |
Limites notáveis e regra de L’Hôpital
Perante uma indeterminação \(\frac{0}{0}\) ou \(\frac{\infty}{\infty}\) num quociente, há duas ferramentas específicas — os limites notáveis (como \(\lim_{x\to 0}\frac{\operatorname{sen} x}{x}=1\)) e a regra de L’Hôpital. Ambas são tratadas, com exercícios, na ficha Limites notáveis e Regra de L’Hôpital.
1. Limites com recurso à calculadora gráfica
Determine os seguintes limites recorrendo à calculadora gráfica.
- 1.1. \(\displaystyle\lim_{x\to -1} x^2\)
- 1.2. \(\displaystyle\lim_{x\to 2} (x-3)\)
- 1.3. \(\displaystyle\lim_{x\to 0} \dfrac{2x-x^2}{x}\)
Introduzindo \(Y_1=x^2\) na calculadora e observando o gráfico e a tabela junto de \(x=-1\), verifica-se que \(x^2\) se aproxima de \(1\) quando \(x\) se aproxima de \(-1\), tanto à esquerda como à direita.
Com \(Y_1=x-3\), observa-se que \(x-3\) se aproxima de \(-1\) quando \(x\) se aproxima de \(2\).
Com \(Y_1=\dfrac{2x-x^2}{x}\), o valor de \(y\) aproxima-se de \(2\) quando \(x\) se aproxima de \(0\) — por exemplo, para \(x\approx 0{,}0428\) obtém-se \(y\approx 1{,}9571\). Note-se que a função não está definida em \(x=0\).
Analiticamente, levantando a indeterminação \(\frac00\):
2. Cálculo de limites
Determine os seguintes limites recorrendo, se necessário, à calculadora gráfica.
- 2.1. \(\displaystyle\lim_{x\to 1} x^4\)
- 2.2. \(\displaystyle\lim_{x\to -1} x^3\)
- 2.3. \(\displaystyle\lim_{x\to 2} \dfrac{x+1}{x}\)
- 2.4. \(\displaystyle\lim_{x\to 3} \dfrac{x^2-9}{x}\)
- 2.5. \(\displaystyle\lim_{x\to 3} \dfrac{x^2-9}{x-3}\)
- 2.6. \(\displaystyle\lim_{x\to 0} \dfrac{2x+5x^2}{x}\)
- 2.7. \(\displaystyle\lim_{x\to 1} \dfrac{x^2(x-1)}{2x-2}\)
\(x\mapsto x^4\) é uma função polinomial, logo contínua em \(\mathbb{R}\): basta substituir.
Função racional contínua em \(x=2\), pois o denominador não se anula.
Em \(x=3\) o denominador não se anula, pelo que basta substituir.
Substituindo, obtém-se a indeterminação \(\frac00\). Fatoriza-se o numerador com a diferença de quadrados:
Indeterminação \(\frac00\). Coloca-se \(x\) em evidência no numerador:
Indeterminação \(\frac00\). Coloca-se \(2\) em evidência no denominador:
3. Continuidade de funções definidas por ramos
Estude a continuidade das funções \(f\), \(g\) e \(h\) a seguir definidas em \(\mathbb{R}\).
- 3.1. \(f(x)=\begin{cases} x & \text{se } x\gt -1\\ 3 & \text{se } x\leqslant -1\end{cases}\)
- 3.2. \(g(x)=\begin{cases} x^2+1 & \text{se } x\gt 0\\ 0 & \text{se } x=0\\ |x|+1 & \text{se } x\lt 0\end{cases}\)
- 3.3. \(h(x)=\begin{cases} \dfrac{x}{x-3} & \text{se } x\neq 3\\[.4em] 1 & \text{se } x=3\end{cases}\)
Em \(\left]-\infty,-1\right[\) e em \(\left]-1,+\infty\right[\) a função é contínua, por ser definida por funções polinomiais. Estuda-se então o ponto \(x=-1\).
Como os limites laterais são diferentes, não existe \(\displaystyle\lim_{x\to -1} f(x)\).
Esboço: semirreta horizontal \(y=3\) para \(x\leqslant -1\), com extremo fechado em \((-1,\,3)\); reta \(y=x\) para \(x\gt -1\), com extremo aberto em \((-1,\,-1)\). Há um "salto" de amplitude \(4\) em \(x=-1\).
Fora de \(x=0\) a função é contínua (ramos definidos por uma função polinomial e por uma função módulo). No ponto \(x=0\):
Logo, \(\displaystyle\lim_{x\to 0} g(x)=1\). Mas \(g(0)=0\).
Esboço: para \(x\lt 0\), o ramo \(y=|x|+1=-x+1\) (reta decrescente); para \(x\gt 0\), o ramo \(y=x^2+1\) (arco de parábola). Ambos "apontam" para o ponto aberto \((0,\,1)\), enquanto o ponto fechado do gráfico está em \((0,\,0)\).
Efetuando a divisão de \(x\) por \(x-3\) obtém-se \(x=1\times(x-3)+3\), ou seja:
Quando \(x\to 3^-\), tem-se \(x-3\to 0^-\) e \(\dfrac{3}{x-3}\to -\infty\); quando \(x\to 3^+\), tem-se \(x-3\to 0^+\) e \(\dfrac{3}{x-3}\to +\infty\). Assim:
Logo, não existe \(\displaystyle\lim_{x\to 3} h(x)\).
Esboço: hipérbole com assíntota vertical \(x=3\) e assíntota horizontal \(y=1\); o ramo da esquerda desce para \(-\infty\) junto a \(x=3\) e o da direita vem de \(+\infty\). O ponto \((3,\,1)\) é um ponto isolado do gráfico, pois \(h(3)=1\).
4. Esboço de gráficos e estudo da continuidade
Esboce o gráfico de cada uma das seguintes funções de domínio \(\mathbb{R}\) e, para cada caso, estude a sua continuidade.
- 4.1. \(f(x)=\begin{cases} 3 & \text{se } x\geqslant 1\\ 4-x^2 & \text{se } x\lt 1\end{cases}\)
- 4.2. \(f(x)=\begin{cases} |x| & \text{se } x\lt 2\\ 1 & \text{se } x=2\\ 4-x & \text{se } x\gt 2\end{cases}\)
- 4.3. \(f(x)=\begin{cases} \dfrac{x-x^2}{1-x} & \text{se } x\lt 1\\[.4em] 2x-1 & \text{se } x\geqslant 1\end{cases}\)
Em \(\left]-\infty,1\right[\) e em \(\left]1,+\infty\right[\) a função é contínua, por ser definida por funções polinomiais. No ponto \(x=1\):
Os três valores coincidem.
Esboço: arco da parábola \(y=4-x^2\) (concavidade voltada para baixo, vértice em \((0,\,4)\)) para \(x\lt 1\), passando por \((-2,\,0)\); a partir de \(x=1\), semirreta horizontal \(y=3\). Os dois ramos ligam-se em \((1,\,3)\) sem interrupção.
Fora de \(x=2\) a função é contínua. No ponto \(x=2\):
Os limites laterais são iguais, logo \(\displaystyle\lim_{x\to 2} f(x)=2\); no entanto, \(f(2)=1\neq 2\).
Esboço: gráfico de \(y=|x|\) (em "V", com vértice na origem) para \(x\lt 2\), terminando num ponto aberto em \((2,\,2)\); reta \(y=4-x\) para \(x\gt 2\), começando também num ponto aberto em \((2,\,2)\); ponto isolado fechado em \((2,\,1)\).
Para \(x\lt 1\) simplifica-se o primeiro ramo:
No ponto \(x=1\):
Esboço: semirreta \(y=x\) para \(x\lt 1\) e semirreta \(y=2x-1\) para \(x\geqslant 1\); as duas encontram-se no ponto \((1,\,1)\), onde o gráfico muda de declive mas não se interrompe.
5. Funções contínuas em \(\mathbb{R}\)
- 5.1. Verifique se a função \(f\) a seguir definida é contínua em \(x=0\).
\[ f(x)=\begin{cases} x^2-x+1 & \text{se } x\leqslant 0\\ 1-x & \text{se } x\gt 0\end{cases} \]
- 5.2. Considere, para um certo valor de \(k\) real, as funções \(f\) e \(g\), de domínio \(\mathbb{R}\), definidas por:
\[ f(x)=\begin{cases} k+x & \text{se } x\lt -1\\ x^2 & \text{se } x\geqslant -1\end{cases} \qquad\text{e}\qquad g(x)=\begin{cases} x^2+3x & \text{se } x\lt k\\ 5x+8 & \text{se } x\geqslant k\end{cases} \]Determine, caso exista, o valor de \(k\) para o qual cada uma das funções, \(f\) e \(g\), é contínua em \(\mathbb{R}\).
Em \(\left]-\infty,-1\right[\) e em \(\left]-1,+\infty\right[\), a função \(f\) é contínua por ser, nestes intervalos, definida por funções polinomiais. No ponto \(x=-1\):
Em \(\left]-\infty,k\right[\) e em \(\left]k,+\infty\right[\), a função \(g\) é contínua por ser, nestes intervalos, definida por funções polinomiais. No ponto \(x=k\):
6. Continuidade em \(x=1\)
Verifique que a função definida de seguida é contínua em \(x=1\).
Os limites laterais existem e são iguais, logo existe \(\displaystyle\lim_{x\to 1} f(x)=3\), e esse valor é igual a \(f(1)\).
7. Determinar \(k\) para \(g\) contínua
Para um certo número real \(k\) é contínua, em \(\mathbb{R}\), a função \(g\) definida por:
Determine o valor de \(k\).
Para \(x\geqslant 1\) o denominador \(x+2\) nunca se anula e, para \(x\lt 1\), o ramo \(-\dfrac{x}{k}\) é uma função linear (com \(k\neq 0\)). Ambos os ramos são contínuos nos respetivos intervalos, pelo que só é preciso estudar \(x=1\).
Passo 2 — limites laterais e imagemComo \(k=-3\neq 0\), o valor obtido é admissível.
8. Valores de \(k\) para \(f\) contínua
Determine os valores reais de \(k\) para os quais a função \(f\), definida em \(\mathbb{R}\) por:
é contínua.
Em \(\left]-\infty,k\right[\) e em \(\left]k,+\infty\right[\) a função é contínua, por ser definida por funções polinomiais. Resta estudar a continuidade em \(x=k\).
Passo 2 — limites laterais e imagem9. Limites laterais num gráfico
Na figura, está representada parte do gráfico da função \(f\), de domínio \(\left[-5,+\infty\right[\).
Pode afirmar-se que:
- (A) \(\displaystyle\lim_{x\to -1^{-}} f(x)=-1\)
- (B) \(\displaystyle\lim_{x\to -1^{+}} f(x)=-1\)
- (C) \(\displaystyle\lim_{x\to -1^{-}} f(x)=\lim_{x\to -1^{+}} f(x)\)
- (D) \(\displaystyle\lim_{x\to -1^{-}} f(x)=f(-1)\)
Em \(x=-1\) há uma mudança de ramo. Há sempre três coisas a ler: os dois limites laterais e a imagem.
• À esquerda de \(-1\): o segmento sobe e termina numa bola aberta em \((-1,\,2)\). A bola é aberta, mas isso não afeta o limite — o que interessa é o valor de que \(f(x)\) se aproxima:
\(\displaystyle\lim_{x\to -1^{-}} f(x)=2\)
• À direita de \(-1\): o segundo ramo começa numa bola fechada em \((-1,\,-1)\):
\(\displaystyle\lim_{x\to -1^{+}} f(x)=-1\)
• Imagem: a bola fechada indica o ponto do gráfico, logo \(f(-1)=-1\).
Recorde-se: a bola aberta assinala um valor de que o gráfico se aproxima mas que não é atingido; a bola fechada assinala o ponto que pertence ao gráfico.
Passo 2 — testar cada opção(A) \(\displaystyle\lim_{x\to -1^{-}} f(x)=2\neq -1\). Falsa.
(B) \(\displaystyle\lim_{x\to -1^{+}} f(x)=-1\). Verdadeira.
(C) \(2\neq -1\), os limites laterais são diferentes (é por isso que não existe \(\displaystyle\lim_{x\to -1} f(x)\)). Falsa.
(D) \(\displaystyle\lim_{x\to -1^{-}} f(x)=2\) e \(f(-1)=-1\). Falsa.
10. Justificar que \(f\) não é contínua
Na figura, está representada parte do gráfico da função \(f\), de domínio \(\left[-2,\,5\right]\).
Justifique que a função \(f\) não é contínua em \(x=2\).
Por definição, \(f\) é contínua em \(x=2\) se e só se \(\displaystyle\lim_{x\to 2} f(x)=f(2)\). Para isso, os dois limites laterais têm de existir, ser iguais entre si e iguais a \(f(2)\). Basta que uma destas condições falhe.
Passo 2 — ler os três valores no gráfico• O arco de parábola termina numa bola aberta em \((2,\,0)\), logo \(\displaystyle\lim_{x\to 2^{-}} f(x)=0\).
• O segmento de reta começa numa bola fechada em \((2,\,-2)\), logo \(\displaystyle\lim_{x\to 2^{+}} f(x)=-2\) e \(f(2)=-2\).
Como os limites laterais são diferentes, não existe \(\displaystyle\lim_{x\to 2} f(x)\). Ora a existência desse limite é condição necessária para a continuidade.
Como \(\displaystyle\lim_{x\to 2^{-}} f(x)=0\neq -2=\lim_{x\to 2^{+}} f(x)\), não existe \(\displaystyle\lim_{x\to 2} f(x)\); logo não pode ser \(\displaystyle\lim_{x\to 2} f(x)=f(2)\) e, portanto, \(f\) não é contínua em \(x=2\).
Graficamente: para passar de um ramo ao outro é necessário levantar o lápis.
11. Descontinuidade com limite
Em qual das opções está representada uma função que não é contínua em \(x=1\), mas existe o valor de \(\displaystyle\lim_{x\to 1} f(x)\)?
São pedidas duas condições em simultâneo:
• existe \(\displaystyle\lim_{x\to 1} f(x)\), ou seja, os dois limites laterais existem e são iguais;
• \(f\) não é contínua em \(x=1\), ou seja, esse limite não coincide com \(f(1)\).
Graficamente, isso corresponde a um gráfico que não tem salto: é uma única linha com um buraco (bola aberta) em \(x=1\) e o ponto \(\big(1,f(1)\big)\) fora dessa linha.
Passo 2 — analisar cada opção(A) \(\displaystyle\lim_{x\to 1^{-}} f(x)=1\) e \(\displaystyle\lim_{x\to 1^{+}} f(x)=1{,}5\): há um salto, os limites laterais são diferentes e não existe \(\displaystyle\lim_{x\to 1} f(x)\). Não serve.
(B) \(\displaystyle\lim_{x\to 1^{-}} f(x)=1{,}5\) e \(\displaystyle\lim_{x\to 1^{+}} f(x)=1\): também há salto, logo não existe o limite. (Aqui nem sequer existe \(f(1)\), pois as duas bolas são abertas.) Não serve.
(C) Os dois ramos pertencem à mesma reta, com um buraco em \(x=1\):
\(\displaystyle\lim_{x\to 1^{-}} f(x)=\lim_{x\to 1^{+}} f(x)=1 \implies \lim_{x\to 1} f(x)=1\)
Mas a bola fechada mostra que \(f(1)=2\). Como \(1\neq 2\), a função não é contínua em \(x=1\), embora o limite exista. Serve.
(D) \(\displaystyle\lim_{x\to 1^{-}} f(x)=1{,}5\) e \(\displaystyle\lim_{x\to 1^{+}} f(x)=1\): novamente um salto, não existe o limite. Não serve.
12. Limites de quocientes com um gráfico
Considere a função \(g\), de domínio \(\mathbb{R}\), definida por \(g(x)=\ln\left(x^{2}+1\right)\) e a função \(f\), de domínio \(\left[-2,\,4\right]\), representada graficamente na figura.
- 12.1. Qual é o valor de \(\displaystyle\lim_{x\to 1}\left(\frac{g}{f}\right)(x)\)?
- (A) \(0\)
- (B) \(\ln(2)\)
- (C) \(+\infty\)
- (D) \(-\infty\)
- 12.2. Qual é o valor de \(\displaystyle\lim_{x\to 2^{+}}\left(\frac{g}{f}\right)(x)\)?
- (A) \(0\)
- (B) \(1\)
- (C) \(+\infty\)
- (D) \(-\infty\)
- 12.3. Qual é o valor de \(\displaystyle\lim_{x\to 0^{+}}\left(\frac{g}{f}\right)(x)\)?
- (A) \(0\)
- (B) \(1\)
- (C) \(+\infty\)
- (D) \(-\infty\)
- 12.4. Qual é o valor de \(\displaystyle\lim_{x\to 0^{+}}\left(\frac{f}{g}\right)(x)\)?
- (A) \(0\)
- (B) \(1\)
- (C) \(+\infty\)
- (D) \(-\infty\)
Do gráfico de \(f\) (linha quebrada) retiram-se os valores necessários:
\(f(0)=2\ ,\qquad f(1)=1\ ,\qquad f(2)=0\)
À direita de \(2\) o gráfico está abaixo do eixo \(Ox\): \(f(x)\lt 0\) para \(x\gt 2\).
Quanto a \(g\), é contínua em \(\mathbb{R}\) (composta de funções contínuas, com \(x^{2}+1\gt 0\)), pelo que se calcula por substituição direta:
Note-se ainda que \(x^{2}+1\geqslant 1\), logo \(g(x)\geqslant 0\), anulando-se apenas em \(x=0\).
12.1. — \(\displaystyle\lim_{x\to 1}\left(\frac{g}{f}\right)(x)\)Em \(x=1\) o denominador não se anula (\(f(1)=1\neq 0\)), pelo que não há indeterminação:
Agora o denominador anula-se: \(f(2)=0\). É preciso o sinal com que \(f\) se aproxima de zero. Como \(f(x)\lt 0\) para \(x\gt 2\), tem-se \(f(x)\to 0^{-}\). O numerador tende para \(\ln(5)\gt 0\):
Desta vez é o numerador que se anula: \(g(0)=\ln(1)=0\). O denominador tende para \(f(0)=2\neq 0\), pelo que não há indeterminação:
É o quociente inverso do anterior: agora é o denominador que se anula. Como \(g(x)=\ln\left(x^{2}+1\right)\gt 0\) para \(x\neq 0\), tem-se \(g(x)\to 0^{+}\); e o numerador tende para \(f(0)=2\gt 0\):
Resumo do método: num quociente, começa-se sempre por calcular os limites do numerador e do denominador. Só quando o denominador tende para zero é preciso descobrir o sinal \(0^{+}\) ou \(0^{-}\) — e é o gráfico que o dá.
13. Cálculo de limites
Calcule o valor dos seguintes limites.
- 13.1. \(\displaystyle\lim_{x\to 1}\frac{x^{3}-1}{x^{2}}\)
- 13.2. \(\displaystyle\lim_{x\to +\infty}\frac{2x^{3}-x^{2}}{x^{3}+5}\)
- 13.3. \(\displaystyle\lim_{x\to -\infty}\left(x^{3}-10x^{2}\right)\)
- 13.4. \(\displaystyle\lim_{x\to 0^{-}}\frac{x+1}{\operatorname{sen} x}\)
- 13.5. \(\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{x-2}{x^{2}-4}\)
- 13.6. \(\displaystyle\lim_{x\to -2}\frac{x^{3}+8}{x^{2}+x-2}\)
- 13.7. \(\displaystyle\lim_{x\to 0^{+}}\frac{\ln x}{x}\)
- 13.8. \(\displaystyle\lim_{x\to 1}\frac{x-1}{x^{2}+3x+2}\)
- 13.9. \(\displaystyle\lim_{x\to +\infty}\frac{x-x^{3}}{x^{2}+2}\)
Em cada alínea a primeira coisa a fazer é a substituição direta: se não der indeterminação, o limite está calculado.
13.1.Substituindo, \(\dfrac{1-1}{1}=\dfrac{0}{1}\) — não é indeterminação (só o numerador é nulo).
Indeterminação \(\frac{\infty}{\infty}\). Põe-se em evidência a maior potência de \(x\) em cada termo:
(Atalho: num quociente de polinómios com \(x\to\pm\infty\) e graus iguais, o limite é o quociente dos coeficientes dos termos de maior grau.)
13.3.Indeterminação \(\infty-\infty\). Põe-se \(x^{3}\) em evidência:
O numerador tende para \(0+1=1\). Quanto ao denominador: para \(x\to 0^{-}\) tem-se \(x\lt 0\) e, numa vizinhança de \(0\), \(\operatorname{sen} x\) tem o sinal de \(x\), logo \(\operatorname{sen} x\to 0^{-}\).
Cuidado: não confundir com o limite notável \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\operatorname{sen} x}{x}=1\) — aqui o numerador tende para \(1\) e não para \(0\), pelo que nem há indeterminação.
13.5.Indeterminação \(\frac{0}{0}\). Fatoriza-se o denominador (diferença de quadrados):
Indeterminação \(\frac{0}{0}\) (ambos se anulam em \(-2\), logo ambos são divisíveis por \(x+2\)). Usa-se a soma de cubos \(a^{3}+b^{3}=(a+b)\left(a^{2}-ab+b^{2}\right)\) e fatoriza-se o trinómio:
Não há indeterminação: quando \(x\to 0^{+}\), \(\ln x\to -\infty\) e o denominador tende para \(0^{+}\).
Substituição direta: o denominador em \(x=1\) vale \(1+3+2=6\neq 0\).
Indeterminação \(\frac{\infty}{\infty}\), com o grau do numerador maior do que o do denominador:
14. Quociente de uma cúbica por uma quadrática
Na figura, está representada, em referencial cartesiano \(Oxy\), parte do gráfico de uma função cúbica \(f\), que tem três zeros: \(-2\), \(1\) e \(3\).
Considere a função polinomial \(g\), definida por \(g(x)=x^{2}+x-2\).
- 14.1. Qual é o valor de \(\displaystyle\lim_{x\to -\infty}\frac{f(x)}{g(x)}\)?
- (A) \(0\)
- (B) \(1\)
- (C) \(+\infty\)
- (D) \(-\infty\)
- 14.2. Qual é o valor de \(\displaystyle\lim_{x\to 3}\frac{f(x)}{g(x)}\)?
- (A) \(0\)
- (B) \(1\)
- (C) \(+\infty\)
- (D) \(-\infty\)
- 14.3. Determine \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{g(x)}\), sabendo que \(\displaystyle\lim_{x\to 1}\frac{g(x)}{f(x)}=-2\).
Como \(f\) é uma função cúbica com zeros \(-2\), \(1\) e \(3\), existe \(a\neq 0\) tal que
Pelo gráfico, \(f(x)\to -\infty\) quando \(x\to -\infty\), o que obriga a \(a\gt 0\). Quanto a \(g\), os seus zeros são \(-2\) e \(1\) (soma \(-1\), produto \(-2\)):
O quociente simplifica-se então de forma notável, para todo o \(x\neq -2\) e \(x\neq 1\):
Ou seja, fora dos pontos \(-2\) e \(1\) o quociente é simplesmente uma função afim. Isto resolve as três alíneas de uma vez.
14.1.Sem a simplificação chegava-se ao mesmo: o grau do numerador (\(3\)) é maior do que o do denominador (\(2\)) e o quociente dos coeficientes de maior grau é \(a\gt 0\), pelo que o limite em \(-\infty\) é \(-\infty\).
14.2.Em \(x=3\) o denominador não se anula (\(g(3)=9+3-2=10\)) e o numerador anula-se (\(3\) é zero de \(f\)):
Do quociente simplificado, para \(x\neq -2,\,1,\,3\):
Usando a informação dada: