Exercícios de Exame — Limites e Continuidade

Continuidade · Limites Notáveis · Regra de Cauchy · Leitura Gráfica

Matemática A · 12.º ano · matematicaparatodos.pt

Ferramentas úteis. As resoluções seguem as propostas oficiais e as Aprendizagens Essenciais (AE2023).

1. Continuidade em função por ramos

1
Exame 2026, 1.ª faseResposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}4-e^{3-x}(x+1)-\frac{1}{2}x^2 & \text{se } x \le 3 \\[2mm] \frac{e^{x-3}-1}{x^2-9} & \text{se } x > 3\end{cases}$$

Sem recorrer à calculadora, exceto em eventuais cálculos numéricos, averigue se a função $f$ é contínua em $x=3$.

Como interpretar. Para averiguar se a função $f$ é contínua em $x=3$, temos que verificar se a condição de continuidade se cumpre: $f(3) = \lim_{x\to 3^-} f(x) = \lim_{x\to 3^+} f(x)$.
1.º — Imagem e Limite à esquerda

Calcula-se o valor da função no ponto e o limite para valores menores que 3, usando o primeiro ramo:

$$f(3) = 4 - e^{3-3}(3+1) - \frac{1}{2}\times 3^2 = 4 - 1 \times 4 - \frac{9}{2} = -\frac{9}{2}$$
$$\lim_{x\to 3^-} f(x) = \lim_{x\to 3^-} \left(4 - e^{3-x}(x+1) - \frac{1}{2}x^2\right) = 4 - e^0(4) - \frac{9}{2} = -\frac{9}{2}$$
2.º — Limite à direita

Usando o segundo ramo para valores maiores que 3:

$$\lim_{x\to 3^+} f(x) = \lim_{x\to 3^+} \frac{e^{x-3}-1}{x^2-9} = \frac{e^0-1}{9-9} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de Cauchy (L'Hôpital):

$$\lim_{x\to 3^+} f(x) = \lim_{x\to 3^+} \frac{(e^{x-3}-1)'}{(x^2-9)'} = \lim_{x\to 3^+} \frac{e^{x-3}-0}{2x-0} = \frac{e^0}{2\times 3} = \frac{1}{6}$$
3.º — Concluir
Conclusão. Como os limites laterais e a imagem são diferentes ($-\frac{9}{2} \neq \frac{1}{6}$), a condição falha.
Como $f(3) \neq \lim_{x\to 3^+} f(x)$, a função $f$ não é contínua em $x=3$.

2. Continuidade com logaritmo e exponencial

2
Exame 2025, 2.ª FaseResposta aberta

Considere a função $f$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{1-e^{-x}}{x} & \text{se } x < 0 \\[2mm] 1 & \text{se } x = 0 \\[2mm] \frac{x^2+\ln(x+e)}{x+1} & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $f$ é contínua em $x=0$.

Como interpretar. O estudo da continuidade no ponto $x=0$ exige a comparação entre a imagem da função e os seus limites laterais na origem. A continuidade só se verifica se os três valores forem idênticos.
1.º — Imagem e Limite à direita

Pela definição do ramo central, a imagem é imediata: $f(0) = 1$.

Avaliando o limite à direita através de substituição direta:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{x^2+\ln(x+e)}{x+1} = \frac{0^2+\ln(0+e)}{0+1} = \frac{\ln(e)}{1} = 1$$
2.º — Limite à esquerda e Indeterminação
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{1-e^{-x}}{x} = \frac{1-e^0}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de Cauchy (derivação do numerador e denominador):

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(1-e^{-x})'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{0 - (-e^{-x})}{1} = \lim_{x\rightarrow 0^-} e^{-x} = e^0 = 1$$
3.º — Conclusão
Verifica-se a igualdade $f(0) = \lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = 1$, atestando assim que a função $f$ é contínua na abcissa $x=0$.

3. Continuidade com raízes e trigonometria

3
Exame 2025, 1.ª FaseResposta aberta

Seja $g$ a função, de domínio $[-\infty, \pi]$, definida por:

$$g(x)=\begin{cases}\frac{\text{sen } x}{1-\sqrt{1-x}} & \text{se } x < 0 \\[2mm] 2\text{ sen}^2 x - \sqrt{3}x + 2 & \text{se } 0 \le x \le \pi\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $g$ é contínua em $x=0$.

Como interpretar. Da mesma forma, avalia-se o ramo direito para a imagem e o limite lateral correspondente. De seguida, levanta-se a indeterminação do ramo esquerdo através de derivação.
1.º — Imagem e Limite à direita
$$g(0) = 2\text{ sen}^2(0) - \sqrt{3}(0) + 2 = 2(0) - 0 + 2 = 2$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} g(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} (2\text{ sen}^2 x - \sqrt{3}x + 2) = 2$$
2.º — Limite à esquerda e Regra de L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{\text{sen } x}{1-\sqrt{1-x}} = \frac{\text{sen } 0}{1-\sqrt{1}} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Derivando as expressões trigonométricas e irracionais:

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(\text{sen } x)'}{(1-(1-x)^{\frac{1}{2}})'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{\cos x}{0 - \frac{1}{2}(1-x)^{-\frac{1}{2}} \cdot (-1)}$$
$$= \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{\cos x}{\frac{1}{2\sqrt{1-x}}} = \frac{\cos 0}{\frac{1}{2\sqrt{1-0}}} = \frac{1}{\frac{1}{2}} = 2$$
3.º — Conclusão
Uma vez que todos os valores convergem para o mesmo resultado numérico ($g(0) = \lim_{x\rightarrow 0^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} g(x) = 2$), a função $g$ é contínua em $x=0$.

4. Continuidade e quociente trigonométrico

4
Exame 2024, Ép. especialResposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $]-2\pi, 2\pi]$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{1-e^{6x}}{3x} & \text{se } -2\pi < x < 0 \\[2mm] \frac{4\cos x}{\text{sen } x - 2} & \text{se } 0 \le x \le 2\pi\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $f$ é contínua em $x=0$.

Como interpretar. Avalia-se o comportamento do limite à esquerda recorrendo a técnicas de derivação e verifica-se se colide de forma contínua com o ramo da direita na origem.
1.º — Imagem e Limite à direita
$$f(0) = \frac{4\cos(0)}{\text{sen}(0) - 2} = \frac{4(1)}{0 - 2} = \frac{4}{-2} = -2$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{4\cos x}{\text{sen } x - 2} = \frac{4(1)}{0 - 2} = -2$$
2.º — Limite à esquerda
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{1-e^{6x}}{3x} = \frac{1-e^0}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando o Teorema de L'Hôpital (derivando numerador e denominador):

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(1-e^{6x})'}{(3x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{0 - 6e^{6x}}{3} = \frac{-6e^0}{3} = -2$$
3.º — Conclusão
Pelo facto de se verificar a igualdade absoluta $\lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = f(0) = -2$, a função $f$ é classificada como contínua em $x=0$.

5. Continuidade com parâmetro k

5
Exame 2024, 2.ª FaseResposta aberta

Seja $f$ uma função contínua, de domínio $[0,+\infty[$ com $f(0)=2$, e seja $g$ uma função, de domínio $\mathbb{R}$, definida, para um certo valor de $k$ real, por:

$$g(x)=\begin{cases}f(x) & \text{se } x \ge 0 \\[2mm] \frac{e^{-k}(e^x-1)}{-x^2+2x} & \text{se } x < 0\end{cases}$$

Determine, sem recorrer à calculadora, o valor de $k$, sabendo que a função $g$ é contínua em $x=0$.

Como interpretar. Para garantir a continuidade, o limite lateral esquerdo que detém o parâmetro $k$ tem obrigatoriamente de resultar num valor idêntico à imagem definida no ramo superior.
1.º — Imagem da função no ponto zero

Uma vez que $f$ é contínua e nos é dado que $f(0)=2$:

$$g(0) = \lim_{x\rightarrow 0^+} g(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = f(0) = 2$$
2.º — Limite à esquerda e Indeterminação
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{e^{-k}(e^x-1)}{-x^2+2x} = \frac{e^{-k}(e^0-1)}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando derivação de L'Hôpital face à variável $x$ (tratando $k$ como constante):

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(e^{-k}(e^x-1))'}{(-x^2+2x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{e^{-k}e^x}{-2x+2} = \frac{e^{-k}e^0}{0+2} = \frac{e^{-k}}{2}$$
3.º — Obtenção do parâmetro

Igualando o resultado do limite à imagem:

$$\frac{e^{-k}}{2} = 2 \Leftrightarrow e^{-k} = 4 \Leftrightarrow -k = \ln(4) \Leftrightarrow k = -\ln(4)$$
O valor algébrico de $k$ é $-\ln(4)$.

6. Continuidade com parâmetro a

6
Exame 2024, 1.ª FaseResposta aberta

Considere a função $f$, de domínio $\mathbb{R}$, definida, para um certo $a \in \mathbb{R}^{+}$, por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{\text{sen}(ax)}{e^x-1} & \text{se } x < 0 \\[2mm] \ln(2-e^{-x})+x+2 & \text{se } x \ge 0\end{cases}$$

Sem recorrer à calculadora, determine o valor de $a$ para o qual a função $f$ é contínua em $x=0$.

Como interpretar. O procedimento segue a lógica padrão: calcular o limite sem parâmetro e forçar o limite com o parâmetro a atingir esse mesmo valor real.
1.º — Avaliação à direita e Imagem
$$f(0) = \ln(2-e^0) + 0 + 2 = \ln(2-1) + 2 = \ln(1) + 2 = 0 + 2 = 2$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} (\ln(2-e^{-x})+x+2) = 2$$
2.º — Limite paramétrico à esquerda
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{\text{sen}(ax)}{e^x-1} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando o Teorema de Cauchy:

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(\text{sen}(ax))'}{(e^x-1)'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{a \cos(ax)}{e^x} = \frac{a \cos(0)}{e^0} = \frac{a \times 1}{1} = a$$
3.º — Determinação final

Por imposição da propriedade de continuidade:

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = f(0) \Leftrightarrow a = 2$$
O valor de $a$ que satisfaz a condição é $2$.

7. Limite notável com trigonometria

7
Exame 2023, Ép. especial (adaptado)Escolha múltipla

Qual é o valor de $\lim_{x\to 0} \frac{\text{sen}(2x)}{x}$?

(A) 0
(B) $\frac{1}{2}$
(C) 1
(D) 2
Como interpretar. Trata-se da avaliação direta de um limite que gera uma nulidade dupla. Pode ser facilmente contornado utilizando as regras de derivação aplicadas a limites (L'Hôpital).
Procedimento de Resolução
$$\lim_{x\to 0} \frac{\text{sen}(2x)}{x} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Derivando as parcelas face a $x$:

$$\lim_{x\to 0} \frac{(\text{sen}(2x))'}{(x)'} = \lim_{x\to 0} \frac{2\cos(2x)}{1} = 2\cos(0) = 2 \times 1 = 2$$
Opção correta: (D)

8. Continuidade com exponencial

8
Exame 2023, 1.ª FaseResposta aberta

Considere a função $g$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$g(x)=\begin{cases}\frac{4x-4}{e^{x-1}-1} & \text{se } x < 1 \\[2mm] 7 \times 3^{x-1}-3 & \text{se } x \ge 1\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $g$ é contínua em $x=1$.

Como interpretar. Uma função é contínua em $x=1$ se e só se $g(1) = \lim_{x\to 1^-} g(x) = \lim_{x\to 1^+} g(x)$.
1.º — Calcular g(1) e o Limite à direita
$$g(1) = 7 \times 3^{1-1} - 3 = 7 \times 3^0 - 3 = 7 \times 1 - 3 = 4$$
$$\lim_{x\to 1^+} g(x) = \lim_{x\to 1^+} (7 \times 3^{x-1} - 3) = 4$$
2.º — Limite à esquerda e Indeterminação
$$\lim_{x\to 1^-} g(x) = \lim_{x\to 1^-} \frac{4x-4}{e^{x-1}-1} = \frac{4-4}{e^0-1} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de L'Hôpital para levantar a indeterminação:

$$\lim_{x\to 1^-} \frac{(4x-4)'}{(e^{x-1}-1)'} = \lim_{x\to 1^-} \frac{4}{e^{x-1}} = \frac{4}{e^0} = \frac{4}{1} = 4$$
3.º — Conclusão
Conclusão. Como $g(1) = \lim_{x\to 1^-} g(x) = \lim_{x\to 1^+} g(x) = 4$, a condição de continuidade verifica-se.
A função $g$ é contínua em $x=1$.

9. Continuidade na origem

9
Exame 2022, Ép. especialResposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{3x}{e^{5x}-1} & \text{se } x \neq 0 \\[2mm] \frac{3}{5} & \text{se } x = 0\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $f$ é contínua em $x=0$.

Como interpretar. Neste caso, a função tem o mesmo comportamento quer nos aproximemos pela esquerda quer pela direita. Só precisamos de calcular $\lim_{x\to 0} f(x)$ e comparar com $f(0)$.
1.º — Identificar f(0)

Pela definição da função, $f(0) = \frac{3}{5}$.

2.º — Cálculo do Limite (L'Hôpital)
$$\lim_{x\to 0} f(x) = \lim_{x\to 0} \frac{3x}{e^{5x}-1} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de Cauchy (derivando numerador e denominador):

$$\lim_{x\to 0} \frac{(3x)'}{(e^{5x}-1)'} = \lim_{x\to 0} \frac{3}{5e^{5x}} = \frac{3}{5e^0} = \frac{3}{5 \times 1} = \frac{3}{5}$$
3.º — Conclusão
Como $f(0) = \lim_{x\to 0} f(x)$, a função $f$ é contínua em $x=0$.

10. Limite notável com cosseno

10
Exame 2022, 2.ª FaseResposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{1-\cos(x)}{x} & \text{se } x < 0 \\[2mm] \ln\sqrt{e+x} & \text{se } x \ge 0\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $f$ é contínua em $x=0$.

Como interpretar. Devemos verificar a igualdade $f(0) = \lim_{x\to 0^-} f(x) = \lim_{x\to 0^+} f(x)$. Se algum destes valores diferir, a função não é contínua.
1.º — Imagem e Limite à direita
$$f(0) = \ln\sqrt{e+0} = \ln(e^{\frac{1}{2}}) = \frac{1}{2}\ln(e) = \frac{1}{2}$$
$$\lim_{x\to 0^+} f(x) = \lim_{x\to 0^+} \ln\sqrt{e+x} = \frac{1}{2}$$
2.º — Limite à esquerda
$$\lim_{x\to 0^-} f(x) = \lim_{x\to 0^-} \frac{1-\cos(x)}{x} = \frac{1-1}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando L'Hôpital:

$$\lim_{x\to 0^-} \frac{(1-\cos(x))'}{(x)'} = \lim_{x\to 0^-} \frac{0-(-\text{sen}(x))}{1} = \lim_{x\to 0^-} \text{sen}(x) = \text{sen}(0) = 0$$
3.º — Conclusão
Conclusão. Como os limites laterais são diferentes ($0 \neq \frac{1}{2}$), não existe limite de $f$ quando $x \to 0$.
Como $f(0) \neq \lim_{x\to 0^-} f(x)$, a função $f$ não é contínua em $x=0$.

11. Continuidade num ponto de interseção de ramos

11
Exame 2022, 1.ª FaseResposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $\mathbb{R}\setminus\{-2\}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{e^{2-x}}{x+2} & \text{se } x < -2 \lor x \ge 2 \\[2mm] \frac{\text{sen}(x-2)}{x^2-4} & \text{se } -2 < x < 2\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $f$ é contínua em $x=2$.

Como interpretar. Avaliamos os limites em $x=2$. À direita usamos o primeiro ramo (uma vez que abrange $x \ge 2$), à esquerda usamos o segundo ramo.
1.º — Imagem e Limite à direita
$$f(2) = \frac{e^{2-2}}{2+2} = \frac{e^0}{4} = \frac{1}{4}$$
$$\lim_{x\to 2^+} f(x) = \lim_{x\to 2^+} \frac{e^{2-x}}{x+2} = \frac{e^0}{4} = \frac{1}{4}$$
2.º — Limite à esquerda e L'Hôpital
$$\lim_{x\to 2^-} f(x) = \lim_{x\to 2^-} \frac{\text{sen}(x-2)}{x^2-4} = \frac{\text{sen}(0)}{4-4} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de Cauchy:

$$\lim_{x\to 2^-} \frac{(\text{sen}(x-2))'}{(x^2-4)'} = \lim_{x\to 2^-} \frac{\cos(x-2)}{2x} = \frac{\cos(0)}{4} = \frac{1}{4}$$
3.º — Conclusão
Como $f(2) = \lim_{x\to 2^-} f(x) = \lim_{x\to 2^+} f(x) = \frac{1}{4}$, a função $f$ é contínua em $x=2$.

12. Limites no infinito em contexto real

12
Exame 2021, Ép. especialEscolha múltipla

Para conhecer a variação do número de bactérias de uma determinada estirpe, colocou-se num tubo de ensaio fechado, com alguns nutrientes, um certo número de bactérias dessa estirpe.

Admita que, nessas condições, o número, $N$, em milhares, de bactérias vivas existentes no tubo, $t$ horas após a sua colocação nesse tubo, é dado por:

$$N(t)=N_0e^{1,08t-0,3t^2}$$

em que $N_0$ representa a dimensão, em milhares, da população inicial.

Com o decorrer do tempo, para que tende o número de bactérias vivas existentes no tubo?

(A) $+\infty$
(B) $0,78N_0$
(C) $N_0$
(D) $0$
Como interpretar. A expressão "com o decorrer do tempo" indica que devemos estudar o comportamento limite da função quando $t \to +\infty$.
1.º — Analisar o expoente

Estudamos o limite do polinómio que se encontra no expoente da base $e$:

$$\lim_{t\rightarrow+\infty} (1,08t - 0,3t^2) = \lim_{t\rightarrow+\infty} (-0,3t^2) = -\infty$$
2.º — Calcular o limite de N(t)
$$\lim_{t\rightarrow+\infty} N(t) = \lim_{t\rightarrow+\infty} \left(N_0 \times e^{1,08t-0,3t^2}\right) = N_0 \times e^{-\infty} = N_0 \times 0 = 0$$
Opção correta: (D)

13. Continuidade com logaritmos e exponenciais

13
Exame 2021, 1.ª FaseResposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $]0,+\infty[$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}-x^2(1+2\ln x) & \text{se } 0 < x \le 1 \\[2mm] \frac{5-5e^{x-1}}{x^2+3x-4} & \text{se } x > 1\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $f$ é contínua em $x=1$.

Como interpretar. Para verificar a continuidade em $x=1$, determinamos se $f(1) = \lim_{x\rightarrow1^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow1^+} f(x)$.
1.º — Imagem e Limite à esquerda

Utilizando o primeiro ramo para $x \le 1$:

$$f(1) = -(1)^2 \times (1 + 2\ln 1) = -1 \times (1 + 0) = -1$$
$$\lim_{x\rightarrow1^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow1^-} \left[-x^2(1+2\ln x)\right] = -1$$
2.º — Limite à direita e Levantamento da Indeterminação

Utilizando o ramo de $x > 1$:

$$\lim_{x\rightarrow1^+} f(x) = \lim_{x\rightarrow1^+} \frac{5-5e^{x-1}}{x^2+3x-4} = \frac{5-5e^0}{1+3-4} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de L'Hôpital (derivando o numerador e o denominador):

$$\lim_{x\rightarrow1^+} \frac{(5-5e^{x-1})'}{(x^2+3x-4)'} = \lim_{x\rightarrow1^+} \frac{-5e^{x-1}}{2x+3} = \frac{-5e^0}{2(1)+3} = \frac{-5}{5} = -1$$
3.º — Conclusão
Porquê contínua? Como todos os valores coincidem ($f(1) = \lim_{x\rightarrow1^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow1^+} f(x) = -1$), a função não apresenta saltos ou descontinuidades neste ponto.
A função $f$ é contínua em $x=1$.

14. Determinação de k por continuidade

14
Exame 2020, Ép. especialEscolha múltipla

Para um certo número real $k$, seja $g$ a função, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$g(x)=\begin{cases}\frac{x^2-x}{k-kx} & \text{se } x < 1 \\[2mm] x^2-10+8\ln x & \text{se } x \ge 1\end{cases}$$

Sabe-se que $g$ é contínua no ponto 1. Qual é o valor de $k$?

(A) $\frac{1}{6}$
(B) $\frac{1}{7}$
(C) $\frac{1}{8}$
(D) $\frac{1}{9}$
Como interpretar. Se $g$ é contínua em $x=1$, então o limite à esquerda deve ser igual ao valor de $g(1)$.
1.º — Calcular g(1)
$$g(1) = 1^2 - 10 + 8\ln(1) = 1 - 10 + 0 = -9$$
2.º — Limite à esquerda e Simplificação algébrica
$$\lim_{x\rightarrow1^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow1^-} \frac{x^2-x}{k-kx} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Colocando os termos comuns em evidência para simplificar a fração:

$$\lim_{x\rightarrow1^-} \frac{x(x-1)}{-k(x-1)} = \lim_{x\rightarrow1^-} \frac{x}{-k} = -\frac{1}{k}$$
3.º — Resolver a equação
$$-\frac{1}{k} = -9 \Leftrightarrow 9k = 1 \Leftrightarrow k = \frac{1}{9}$$
Opção correta: (D)

15. Continuidade com raízes quadradas

15
Exame 2020, 2.ª FaseResposta aberta

Seja $h$ a função, de domínio $]-\infty,4[$, definida por:

$$h(x)=\begin{cases}1+xe^{x-1} & \text{se } x \le 1 \\[2mm] \frac{\sqrt{x}-1}{\text{sen}(x-1)} & \text{se } 1 < x < 4\end{cases}$$

Averigue, sem recorrer à calculadora, se a função $h$ é contínua em $x=1$.

Como interpretar. Analisamos os limites laterais e a imagem da função na fronteira dos ramos ($x=1$).
1.º — Imagem e Limite à esquerda
$$h(1) = 1 + 1 \times e^{1-1} = 1 + 1 \times e^0 = 2$$
$$\lim_{x\rightarrow1^-} h(x) = \lim_{x\rightarrow1^-} (1 + xe^{x-1}) = 2$$
2.º — Limite à direita (Regra de L'Hôpital)
$$\lim_{x\rightarrow1^+} h(x) = \lim_{x\rightarrow1^+} \frac{\sqrt{x}-1}{\text{sen}(x-1)} = \frac{\sqrt{1}-1}{\text{sen}(0)} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Derivando ambos os membros através da regra de Cauchy:

$$\lim_{x\rightarrow1^+} \frac{(\sqrt{x}-1)'}{(\text{sen}(x-1))'} = \lim_{x\rightarrow1^+} \frac{\frac{1}{2\sqrt{x}}}{\cos(x-1)} = \frac{\frac{1}{2\sqrt{1}}}{\cos(0)} = \frac{\frac{1}{2}}{1} = \frac{1}{2}$$
3.º — Comparação
Conclusão técnica. Como $\lim_{x\rightarrow1^-} h(x) \neq \lim_{x\rightarrow1^+} h(x)$, os limites laterais não coincidem, o que impossibilita a existência de limite global.
A função $h$ não é contínua em $x=1$.

16. Continuidade e limites racionais

16
Exame 2019, Ép. especialEscolha múltipla

Para um certo número real $k$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $f$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{x-1}{x^2+x-2} & \text{se } x > 1 \\[2mm] k & \text{se } x \le 1\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $2$
(B) $3$
(C) $\frac{1}{3}$
(D) $\frac{1}{2}$
Como interpretar. Para que a função seja contínua em $\mathbb{R}$ (e logo em $x=1$), o limite à direita $\lim_{x\rightarrow1^+} f(x)$ deve ser igual a $f(1)=k$.
1.º — Estudo do Limite à direita
$$\lim_{x\rightarrow1^+} \frac{x-1}{x^2+x-2} = \frac{1-1}{1+1-2} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando L'Hôpital para levantar a indeterminação:

$$\lim_{x\rightarrow1^+} \frac{(x-1)'}{(x^2+x-2)'} = \lim_{x\rightarrow1^+} \frac{1}{2x+1} = \frac{1}{2(1)+1} = \frac{1}{3}$$
2.º — Concluir

Pela condição de continuidade, temos que ter $k = \frac{1}{3}$.

Opção correta: (C)

17. Limite trigonométrico com mudança de variável implícita

17
Exame 2019, Ép. especialResposta aberta

Considere a função $f$, definida em $]0,\pi[$ por $f(x)=\frac{\text{sen }x}{2+\cos x}$. Determine:

$$\lim_{x\rightarrow0}\frac{f(\pi-x)}{x}$$
Como interpretar. Começamos por substituir a expressão da função no limite, recorrendo às propriedades trigonométricas dos ângulos suplementares: $\text{sen}(\pi-x) = \text{sen }x$ e $\cos(\pi-x) = -\cos x$.
1.º — Substituição e Simplificação
$$\lim_{x\rightarrow0}\frac{\frac{\text{sen}(\pi-x)}{2+\cos(\pi-x)}}{x} = \lim_{x\rightarrow0}\frac{\frac{\text{sen }x}{2-\cos x}}{x} = \lim_{x\rightarrow0}\frac{\text{sen }x}{x(2-\cos x)}$$
2.º — Avaliação e Separação de Limites

Esta expressão dá origem a uma indeterminação $\frac{0}{0}$. Podemos separar o limite aproveitando o limite notável trigonométrico:

$$\lim_{x\rightarrow0}\left(\frac{\text{sen }x}{x}\right) \times \lim_{x\rightarrow0}\left(\frac{1}{2-\cos x}\right) = 1 \times \frac{1}{2-\cos(0)} = 1 \times \frac{1}{2-1} = 1$$
O valor do limite pedido é $1$.

18. Continuidade com logaritmos discretos

18
Exame 2019, 2.ª FaseEscolha múltipla

Para um certo número real $k$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $f$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\log_3 k & \text{se } x = 1 \\[2mm] \frac{x^2-1}{x-1} & \text{se } x \neq 1\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $5$
(B) $6$
(C) $8$
(D) $9$
Como interpretar. Sendo $f$ contínua, o limite de $f(x)$ quando $x \to 1$ deve ser igual a $f(1) = \log_3 k$.
1.º — Cálculo do limite quando x tende para 1
$$\lim_{x\rightarrow1}\frac{x^2-1}{x-1} = \lim_{x\rightarrow1}\frac{(x-1)(x+1)}{x-1} = \lim_{x\rightarrow1}(x+1) = 1+1 = 2$$
2.º — Resolução da equação logarítmica
$$\log_3 k = 2 \Leftrightarrow k = 3^2 \Leftrightarrow k = 9$$
Opção correta: (D)

19. Análise tripla de continuidade na origem

19
Exame 2019, 1.ª FaseResposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{1-\cos x}{x} & \text{se } x < 0 \\[2mm] 0 & \text{se } x = 0 \\[2mm] \frac{x}{x-\ln x} & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Averigue se a função $f$ é contínua no ponto 0. Justifique a sua resposta.

Como interpretar. Analisamos os três componentes da continuidade na origem: $f(0)$, o limite à esquerda ($x \to 0^-$) e o limite à direita ($x \to 0^+$).
1.º — Limite à esquerda (Regra de L'Hôpital)
$$\lim_{x\rightarrow0^-} \frac{1-\cos x}{x} = \frac{0}{0} \Rightarrow \lim_{x\rightarrow0^-} \frac{(1-\cos x)'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow0^-} \frac{\text{sen }x}{1} = \text{sen}(0) = 0$$
2.º — Limite à direita

Para $x \to 0^+$, sabendo que $\ln(0^+) = -\infty$:

$$\lim_{x\rightarrow0^+} \frac{x}{x-\ln x} = \frac{0^+}{0^+ - (-\infty)} = \frac{0^+}{+\infty} = 0$$
3.º — Conclusão

Temos que $f(0) = 0$ e ambos os limites laterais convergem para $0$.

Como $\lim_{x\rightarrow0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow0^+} f(x) = f(0) = 0$, a função $f$ é contínua no ponto 0.

20. Continuidade com limites exponenciais combinados

20
Exame 2018, 1.ª FaseResposta aberta

Seja $g$ a função, de domínio $]-\infty,\pi]$, definida por:

$$g(x)=\begin{cases}\frac{e^{2x}-1}{4x} & \text{se } x < 0 \\[2mm] \frac{1}{2-\text{sen}(2x)} & \text{se } 0 \le x \le \pi\end{cases}$$

Averigue se a função $g$ é contínua no ponto 0. Justifique a sua resposta.

Como interpretar. Avaliamos o ponto de colagem dos ramos calculando $g(0)$ e os respetivos limites laterais na abcissa $x=0$.
1.º — Imagem e Limite à direita
$$g(0) = \frac{1}{2-\text{sen}(0)} = \frac{1}{2-0} = \frac{1}{2}$$
$$\lim_{x\rightarrow0^+} g(x) = \lim_{x\rightarrow0^+} \frac{1}{2-\text{sen}(2x)} = \frac{1}{2}$$
2.º — Limite à esquerda e L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow0^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow0^-} \frac{e^{2x}-1}{4x} = \frac{e^0-1}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Levantando a indeterminação por derivação (Cauchy):

$$\lim_{x\rightarrow0^-} \frac{(e^{2x}-1)'}{(4x)'} = \lim_{x\rightarrow0^-} \frac{2e^{2x}}{4} = \frac{2e^0}{4} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$$
3.º — Comparação final
Uma vez que $g(0) = \lim_{x\rightarrow0^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow0^+} g(x) = \frac{1}{2}$, conclui-se que a função $g$ é contínua no ponto 0.

21. Continuidade com parâmetro k e trigonometria

21
Exame 2016, Ép. especialEscolha múltipla

Para um certo número real $k$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $f$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{\text{sen}(3x+3)}{4x+4} & \text{se } x \neq -1 \\[2mm] k+2 & \text{se } x = -1\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $-\frac{5}{3}$
(B) $-\frac{5}{4}$
(C) $\frac{5}{4}$
(D) $\frac{5}{3}$
Como interpretar. Como a função é contínua em $\mathbb{R}$, em particular é contínua em $x=-1$. Portanto, tem de verificar-se a condição $\lim_{x\rightarrow -1} f(x) = f(-1)$.
1.º — Calcular o limite em x = -1
$$\lim_{x\rightarrow -1} \frac{\text{sen}(3x+3)}{4x+4} = \frac{\text{sen}(0)}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de L'Hôpital:

$$\lim_{x\rightarrow -1} \frac{(\text{sen}(3x+3))'}{(4x+4)'} = \lim_{x\rightarrow -1} \frac{3\cos(3x+3)}{4} = \frac{3\cos(0)}{4} = \frac{3 \times 1}{4} = \frac{3}{4}$$
2.º — Resolver a equação para k

Como $f(-1) = k+2$, igualamos ao valor do limite:

$$k+2 = \frac{3}{4} \Leftrightarrow k = \frac{3}{4} - 2 \Leftrightarrow k = \frac{3}{4} - \frac{8}{4} \Leftrightarrow k = -\frac{5}{4}$$
Opção correta: (B)

22. Interpretação de limite em contexto económico

22
Exame 2016, 2.ª FaseResposta aberta

O José e o António são estudantes de Economia. O José pediu emprestados 600 euros ao António para comprar um computador, tendo-se comprometido a pagar o empréstimo em prestações mensais sujeitas a um certo juro.

A prestação mensal $p$, em euros, que o José tem de pagar ao António é dada por:

$$p=\frac{600x}{1-e^{-nx}}$$

em que $n$ é o número de meses em que o empréstimo será pago e $x$ é a taxa de juro mensal.

Determine, recorrendo a métodos analíticos, $\lim_{x\rightarrow 0}\frac{600x}{1-e^{-nx}}$ em função de $n$, e interprete o resultado no contexto da situação descrita.

Como interpretar. Pretende-se calcular o limite da prestação quando a taxa de juro $x$ tende para 0, e atribuir-lhe um significado prático em função do empréstimo.
1.º — Cálculo do Limite e Indeterminação
$$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{600x}{1-e^{-nx}} = \frac{600(0)}{1-e^0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de Cauchy (derivando em ordem a $x$):

$$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{(600x)'}{(1-e^{-nx})'} = \lim_{x\rightarrow 0}\frac{600}{0 - (-n)e^{-nx}} = \lim_{x\rightarrow 0}\frac{600}{n e^{-nx}} = \frac{600}{n e^0} = \frac{600}{n}$$
2.º — Interpretação do resultado
Contexto. Quando a taxa de juro ($x$) tende para zero, não há acréscimo no valor a pagar. O total da dívida é apenas o capital inicial de 600 euros.
Se a taxa de juro mensal se aproximar de zero ($x \to 0$), a prestação mensal aproxima-se de $\frac{600}{n}$, o que corresponde a pagar o montante do empréstimo (600 euros) em $n$ parcelas iguais, sem qualquer juro.

23. Limite com parâmetro genérico a

23
Exame 2016, 1.ª FaseEscolha múltipla

Seja $a$ um número real diferente de 0. Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow a}\frac{a e^{x-a}-a}{x^2-a^2}$?

(A) $\frac{1}{4}$
(B) $\frac{1}{2}$
(C) $1$
(D) $2$
Como interpretar. O limite envolve um parâmetro genérico $a$, mas a variável independente do limite é $x$. Ao derivarmos por L'Hôpital, derivamos em ordem a $x$, tratando $a$ como uma constante.
1.º — Substituição e Indeterminação
$$\lim_{x\rightarrow a}\frac{a e^{x-a}-a}{x^2-a^2} = \frac{a e^0 - a}{a^2-a^2} = \frac{a - a}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$
2.º — Regra de L'Hôpital

Derivando o numerador e o denominador em ordem a $x$:

$$\lim_{x\rightarrow a}\frac{(a e^{x-a}-a)'}{(x^2-a^2)'} = \lim_{x\rightarrow a}\frac{a \times e^{x-a}}{2x} = \frac{a \times e^0}{2a} = \frac{a \times 1}{2a} = \frac{1}{2}$$
Opção correta: (B)

24. Continuidade em ramo racional e logarítmico

24
Exame 2015, 2.ª FaseEscolha múltipla

Para um certo número real $k$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $f$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}2+e^{x+k} & \text{se } x \le 0 \\[2mm] \frac{2x+\ln(x+1)}{x} & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $0$
(B) $1$
(C) $\ln 2$
(D) $\ln 3$
Como interpretar. Para garantir a continuidade em $x=0$, temos de calcular $f(0)$ através do ramo superior e igualar ao limite de $f(x)$ quando $x \to 0^+$, usando o ramo inferior.
1.º — Imagem de f(0)
$$f(0) = 2 + e^{0+k} = 2 + e^k$$
2.º — Limite à direita e Indeterminação
$$\lim_{x\rightarrow 0^+}\frac{2x+\ln(x+1)}{x} = \frac{0+\ln(1)}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando L'Hôpital:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+}\frac{(2x+\ln(x+1))'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^+}\frac{2+\frac{1}{x+1}}{1} = 2 + \frac{1}{1} = 3$$
3.º — Igualar para continuidade
$$2 + e^k = 3 \Leftrightarrow e^k = 1 \Leftrightarrow k = \ln(1) \Leftrightarrow k = 0$$
Opção correta: (A)

25. Continuidade em ponto trigonométrico isolado

25
Exame 2014, 2.ª FaseEscolha múltipla

Considere, para um certo número real $k$, a função $f$, contínua em $\left[\frac{\pi}{4}, \frac{\pi}{2}\right]$ definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{\cos x}{x-\frac{\pi}{2}} & \text{se } \frac{\pi}{4} \le x < \frac{\pi}{2} \\[2mm] k-3 & \text{se } x = \frac{\pi}{2}\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $0$
(B) $1$
(C) $2$
(D) $4$
Como interpretar. Se a função é contínua no extremo direito do domínio $x = \frac{\pi}{2}$, o limite à esquerda tem de igualar a imagem da função nesse ponto.
1.º — Imagem e Limite à esquerda
$$f\left(\frac{\pi}{2}\right) = k - 3$$
$$\lim_{x\rightarrow \frac{\pi}{2}^-}\frac{\cos x}{x-\frac{\pi}{2}} = \frac{\cos\left(\frac{\pi}{2}\right)}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando L'Hôpital:

$$\lim_{x\rightarrow \frac{\pi}{2}^-}\frac{(\cos x)'}{(x-\frac{\pi}{2})'} = \lim_{x\rightarrow \frac{\pi}{2}^-}\frac{-\text{sen }x}{1} = -\text{sen}\left(\frac{\pi}{2}\right) = -1$$
2.º — Resolver para k
$$k - 3 = -1 \Leftrightarrow k = -1 + 3 \Leftrightarrow k = 2$$
Opção correta: (C)

26. Continuidade e salto não nulo

26
Exame 2014, 1.ª FaseResposta aberta

Considere a função $f$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{e^{x-4}-3x+11}{4-x} & \text{se } x < 4 \\[2mm] \ln(2e^x-e^4) & \text{se } x \ge 4\end{cases}$$

Recorrendo a métodos analíticos, sem utilizar a calculadora, averigue se a função $f$ é contínua em $x=4$.

Como interpretar. É necessário calcular $f(4)$ e os limites laterais para $x \to 4^-$. A continuidade só se verifica se houver igualdade entre todos.
1.º — Imagem e Limite à direita
$$f(4) = \ln(2e^4-e^4) = \ln(e^4) = 4\ln e = 4 \times 1 = 4$$
$$\lim_{x\rightarrow 4^+} \ln(2e^x-e^4) = \ln(e^4) = 4$$
2.º — Limite à esquerda e L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 4^-} \frac{e^{x-4}-3x+11}{4-x} = \frac{e^0-12+11}{0} = \frac{1-1}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de L'Hôpital:

$$\lim_{x\rightarrow 4^-} \frac{(e^{x-4}-3x+11)'}{(4-x)'} = \lim_{x\rightarrow 4^-} \frac{e^{x-4}-3}{-1} = \frac{e^0-3}{-1} = \frac{1-3}{-1} = \frac{-2}{-1} = 2$$
3.º — Conclusão
Conclusão. Verifica-se um "salto" no gráfico da função, uma vez que o limite à esquerda (2) não é igual à imagem e limite à direita (4).
Como $\lim_{x\rightarrow 4^-} f(x) \neq f(4)$, a função $f$ não é contínua em $x=4$.

27. Determinação paramétrica na origem

27
Exame 2013, Ép. especialResposta aberta

Considere, para um certo número real $k$ positivo, a função $f$ de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{3x}{1-e^{2x}} & \text{se } x < 0 \\[2mm] \ln(k) & \text{se } x = 0 \\[2mm] \frac{x}{2} - \ln\left(\frac{ex}{x+1}\right) & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Determine $k$ de modo que $\lim_{x\rightarrow 0^-}f(x)=f(0)$, recorrendo a métodos analíticos, sem utilizar a calculadora.

Como interpretar. Esta alínea exige apenas igualar o limite lateral esquerdo ao valor da função no ponto zero ($f(0) = \ln k$), desconsiderando a análise à direita.
1.º — Limite à esquerda
$$\lim_{x\rightarrow 0^-}\frac{3x}{1-e^{2x}} = \frac{0}{1-1} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando L'Hôpital para levantar a indeterminação:

$$\lim_{x\rightarrow 0^-}\frac{(3x)'}{(1-e^{2x})'} = \lim_{x\rightarrow 0^-}\frac{3}{-2e^{2x}} = \frac{3}{-2e^0} = -\frac{3}{2}$$
2.º — Cálculo de k

Através da condição de continuidade pela esquerda:

$$-\frac{3}{2} = \ln k \Leftrightarrow k = e^{-\frac{3}{2}}$$
O valor de $k$ é $e^{-\frac{3}{2}}$.

28. Verificação de continuidade e trigonometria

28
Exame 2013, 2.ª FaseResposta aberta

Considere a função $f$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}xe^{3+x}+2x & \text{se } x \le 1 \\[2mm] \frac{1-\sqrt{x}+\text{sen}(x-1)}{1-x} & \text{se } x > 1\end{cases}$$

Averigue, recorrendo a métodos analíticos, sem utilizar a calculadora, se a função $f$ é contínua em $x=1$.

Como interpretar. Analisamos os ramos do lado esquerdo e lado direito de 1. O ramo direito produz uma indeterminação e requererá técnicas de derivação de L'Hôpital com soma de funções (raízes e trigonometria).
1.º — Imagem e Limite à esquerda
$$f(1) = 1 \times e^{3+1} + 2(1) = e^4 + 2$$
$$\lim_{x\rightarrow 1^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 1^-} (xe^{3+x}+2x) = e^4 + 2$$
2.º — Limite à direita e L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 1^+} \frac{1-\sqrt{x}+\text{sen}(x-1)}{1-x} = \frac{1-1+0}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de L'Hôpital:

$$\lim_{x\rightarrow 1^+} \frac{(1-\sqrt{x}+\text{sen}(x-1))'}{(1-x)'} = \lim_{x\rightarrow 1^+} \frac{-\frac{1}{2\sqrt{x}}+\cos(x-1)}{-1} = \frac{-\frac{1}{2(1)}+\cos(0)}{-1} = \frac{-\frac{1}{2}+1}{-1} = \frac{\frac{1}{2}}{-1} = -\frac{1}{2}$$
3.º — Conclusão
Como $\lim_{x\rightarrow 1^+} f(x) \neq f(1)$ (pois $-\frac{1}{2} \neq e^4+2$), a função $f$ não é contínua em $x=1$.

29. Continuidade e assíntotas associadas

29
Teste Intermédio 12.º ano · 24.05.2013Escolha múltipla

Para um certo número real $k$, positivo, seja $f$ a função, de domínio $]-\infty, 1[$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\ln(k-x) & \text{se } x \le 0 \\[2mm] 2e^x+\frac{1}{\ln x} & \text{se } 0 < x < 1\end{cases}$$

Sabe-se que $f$ é contínua. Qual é o valor de $k$?

(A) $\ln 2$
(B) $e^2$
(C) $\ln 3$
(D) $e^3$
Como interpretar. Como a função é contínua em todo o seu domínio, será contínua em $x=0$, logo $\lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = f(0)$.
1.º — Imagem em f(0)
$$f(0) = \ln(k-0) = \ln k$$
2.º — Limite à direita e Análise de logaritmos

Para $x \to 0^+$, o comportamento do logaritmo natural tende para $-\infty$:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \left(2e^x + \frac{1}{\ln x}\right) = 2e^0 + \frac{1}{-\infty} = 2 \times 1 + 0 = 2$$
3.º — Igualar para encontrar k
$$\ln k = 2 \Leftrightarrow k = e^2$$
Opção correta: (B)

30. Indeterminações e derivadas combinadas

30
Teste Intermédio 12.º ano · 28.02.2013Resposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{3x+3}{\sqrt{x^2+9}} & \text{se } x \le 4 \\[2mm] \frac{\ln(3x-11)}{x-4} & \text{se } x > 4\end{cases}$$

Recorrendo a métodos analíticos, sem utilizar a calculadora, averigue se a função $f$ é contínua em $x=4$.

Como interpretar. Avalia-se a estabilidade do limite lateral direito (que originará uma indeterminação logarítmica) e compara-se com o valor estável da substituição direta do ramo esquerdo.
1.º — Imagem e Limite à esquerda
$$f(4) = \frac{3(4)+3}{\sqrt{4^2+9}} = \frac{15}{\sqrt{25}} = \frac{15}{5} = 3$$
$$\lim_{x\rightarrow 4^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 4^-} \frac{3x+3}{\sqrt{x^2+9}} = 3$$
2.º — Limite à direita e L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 4^+} \frac{\ln(3x-11)}{x-4} = \frac{\ln(1)}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando L'Hôpital para derivar expressões fracionárias com regra da cadeia:

$$\lim_{x\rightarrow 4^+} \frac{(\ln(3x-11))'}{(x-4)'} = \lim_{x\rightarrow 4^+} \frac{\frac{(3x-11)'}{3x-11}}{1} = \lim_{x\rightarrow 4^+} \frac{3}{3x-11} = \frac{3}{12-11} = 3$$
3.º — Conclusão
Uma vez que $f(4) = \lim_{x\rightarrow 4^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 4^+} f(x) = 3$, conclui-se que a função $f$ é contínua em $x=4$.

31. Determinação de parâmetro com função composta

31
Exame 2012, Ép. especialResposta aberta

Considere as funções $f$ e $g$, de domínio $\mathbb{R}$, definidas, respetivamente, por:

$$f(x)=-x+\text{sen}\left(\frac{x}{2}\right) \quad \text{e} \quad g(x)=\begin{cases}\frac{f(x)}{x} & \text{se } x \neq 0 \\[2mm] e^k-1 & \text{se } x = 0\end{cases}$$

Determine $k$ de modo que a função $g$ seja contínua, recorrendo a métodos exclusivamente analíticos.

Como interpretar. Para a função não apresentar descontinuidades no seu domínio real, a colagem no ponto crítico $x=0$ tem de ser perfeita. Isto implica obrigatoriamente que $\lim_{x\rightarrow 0} g(x) = g(0)$.
1.º — Imagem e Limite na origem
$$g(0) = e^k - 1$$
$$\lim_{x\rightarrow 0} g(x) = \lim_{x\rightarrow 0} \frac{-x+\text{sen}\left(\frac{x}{2}\right)}{x} = \frac{0+\text{sen}(0)}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$
2.º — Levantamento da Indeterminação

Recorrendo à derivação de ambos os termos da fração (Cauchy):

$$\lim_{x\rightarrow 0} \frac{\left(-x+\text{sen}\left(\frac{x}{2}\right)\right)'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0} \frac{-1+\frac{1}{2}\cos\left(\frac{x}{2}\right)}{1} = -1 + \frac{1}{2}\cos(0) = -1 + \frac{1}{2} = -\frac{1}{2}$$
3.º — Igualar para encontrar k

Deste modo, obtemos a equação:

$$e^k - 1 = -\frac{1}{2} \Leftrightarrow e^k = \frac{1}{2} \Leftrightarrow k = \ln\left(\frac{1}{2}\right) \Leftrightarrow k = -\ln 2$$
O valor procurado é $k = -\ln 2$.

32. Continuidade lateral com parâmetro no expoente

32
Exame 2012, 2.ª FaseResposta aberta

Considere a função $f$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{-\text{sen }x}{1-\sqrt{1-x^2}} & \text{se } x < 0 \\[2mm] 1-e^{k+1} & \text{se } x = 0 \quad (\text{com } k \in \mathbb{R}) \\[2mm] \frac{1-e^{4x}}{x} & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Determine $k$, de modo que $\lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = f(0)$ recorrendo a métodos exclusivamente analíticos.

Como interpretar. Neste caso específico, impõe-se a igualdade entre o limite lateral direito e a imagem na origem para determinar a constante paramétrica.
1.º — Imagem f(0) e Limite à direita
$$f(0) = 1 - e^{k+1}$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{1-e^{4x}}{x} = \frac{1-e^0}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$
2.º — Aplicação de L'Hôpital

Derivando as expressões algébricas:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{(1-e^{4x})'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{-4e^{4x}}{1} = -4e^0 = -4$$
3.º — Determinar o parâmetro

Estabelecendo a igualdade pretendida:

$$1 - e^{k+1} = -4 \Leftrightarrow -e^{k+1} = -5 \Leftrightarrow e^{k+1} = 5 \Leftrightarrow k+1 = \ln 5 \Leftrightarrow k = -1 + \ln 5$$
O valor de $k$ é $-1 + \ln 5$.

33. Leitura gráfica e continuidade com logaritmo

33
Exame 2012, 1.ª FaseEscolha múltipla

Na figura ao lado, está representada, num referencial o.n. $xOy$, parte do gráfico de uma função $g$, de domínio $[a,+\infty[$ com $a < -\frac{1}{3}$.

[Gráfico da função g: reta crescente a começar num ponto fechado de coordenadas (a, 2)]

Para esse valor de $a$, a função $f$, contínua em $\mathbb{R}$, é definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\log_3\left(-x-\frac{1}{3}\right) & \text{se } x < a \\[2mm] g(x) & \text{se } x \ge a\end{cases}$$

Qual é o valor de $a$?

(A) $-\frac{28}{3}$
(B) $-\frac{25}{3}$
(C) $-\frac{19}{3}$
(D) $-\frac{8}{3}$
Como interpretar. Através da análise do referencial, nota-se que a semirreta inicia em $(a, 2)$, originando o facto de $g(a) = 2$. Para garantir a continuidade global da função $f$, a transição à esquerda do ponto $a$ tem de igualar obrigatoriamente esta mesma imagem.
1.º — Formulação do limite à esquerda
$$\lim_{x\rightarrow a^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow a^-} \log_3\left(-x-\frac{1}{3}\right) = \log_3\left(-a-\frac{1}{3}\right)$$
2.º — Equação de condição

Uma vez que os ramos coincidem, escreve-se:

$$\log_3\left(-a-\frac{1}{3}\right) = 2 \Leftrightarrow -a-\frac{1}{3} = 3^2 \Leftrightarrow -a = 9 + \frac{1}{3} \Leftrightarrow -a = \frac{28}{3} \Leftrightarrow a = -\frac{28}{3}$$
Opção correta: (A)

34. Verificação de continuidade com ramo exponencial

34
Teste Intermédio 12.º ano · 24.05.2012Resposta aberta

Seja $f$ a função de domínio $\mathbb{R}$ definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{xe^x-2e^2}{x-2} & \text{se } x < 2 \\[2mm] 3e^x+\ln(x-1) & \text{se } x \ge 2\end{cases}$$

Averigue se a função $f$ é contínua em $x=2$.

Como interpretar. O estudo deste ponto fronteira recai na comparação da imagem e do limite lateral direito com o comportamento estrutural da função quando os valores de $x$ se aproximam pela esquerda de 2.
1.º — Obtenção da imagem e limite direito
$$f(2) = 3e^2 + \ln(2-1) = 3e^2 + \ln(1) = 3e^2 + 0 = 3e^2$$
$$\lim_{x\rightarrow 2^+} f(x) = \lim_{x\rightarrow 2^+} (3e^x + \ln(x-1)) = 3e^2$$
2.º — Avaliação à esquerda com produto
$$\lim_{x\rightarrow 2^-} \frac{xe^x-2e^2}{x-2} = \frac{2e^2-2e^2}{2-2} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Utilizando L'Hôpital e a regra do produto no numerador:

$$\lim_{x\rightarrow 2^-} \frac{(xe^x-2e^2)'}{(x-2)'} = \lim_{x\rightarrow 2^-} \frac{1\cdot e^x + x\cdot e^x - 0}{1} = \lim_{x\rightarrow 2^-} (e^x + xe^x) = e^2 + 2e^2 = 3e^2$$
3.º — Conclusão
Pelo facto de se verificar $f(2) = \lim_{x\rightarrow 2^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 2^+} f(x) = 3e^2$, demonstra-se a continuidade de $f$ na abcissa $x=2$.

35. Limite trigonométrico complexo

35
Exame 2011, Ép. especialResposta aberta

A função $f$ tem domínio $\mathbb{R}$ e é definida por $f(x)=\pi-4\text{sen}(5x)$. Calcule o valor de:

$$\lim_{x\rightarrow 0} \frac{\text{sen } x}{f(x)-\pi}$$
Como interpretar. Inicia-se com a substituição puramente algébrica da função na expressão do limite, lidando de seguida com o zero no denominador que gera indeterminação.
1.º — Levantamento da expressão
$$\lim_{x\rightarrow 0} \frac{\text{sen } x}{\pi-4\text{sen}(5x)-\pi} = \lim_{x\rightarrow 0} \frac{\text{sen } x}{-4\text{sen}(5x)} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$
2.º — Aplicação das regras de derivação

Derivando as componentes trigonométricas em cima e em baixo:

$$\lim_{x\rightarrow 0} \frac{(\text{sen } x)'}{(-4\text{sen}(5x))'} = \lim_{x\rightarrow 0} \frac{\cos x}{-4 \times 5\cos(5x)} = \lim_{x\rightarrow 0} \frac{\cos x}{-20\cos(5x)}$$
$$= \frac{\cos(0)}{-20\cos(0)} = \frac{1}{-20\times 1} = -\frac{1}{20}$$
O resultado analítico do limite é $-\frac{1}{20}$.

36. Limite notável com constante k

36
Exame 2011, 2.ª FaseEscolha múltipla

Para um certo número real positivo, $k$, a função $g$ definida em $\mathbb{R}$ por:

$$g(x)=\begin{cases}\frac{\text{sen } x}{3x} & \text{se } x > 0 \\[2mm] \ln(k-x) & \text{se } x \le 0\end{cases}$$

é contínua. Qual é o valor de $k$?

(A) $\sqrt[3]{e}$
(B) $e^3$
(C) $-\frac{e}{3}$
(D) $3e$
Como interpretar. A ausência total de descontinuidades obriga a que o comportamento da função no ponto de colagem ($x=0$) seja matematicamente consistente entre a imagem e a lateralidade direita.
1.º — Recolha de valores na origem
$$g(0) = \ln(k-0) = \ln k$$
2.º — Processamento do limite positivo
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{\text{sen } x}{3x} = \frac{0}{0} \Rightarrow \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{(\text{sen } x)'}{(3x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{\cos x}{3} = \frac{\cos 0}{3} = \frac{1}{3}$$
3.º — Conclusão paramétrica

Igualando os resultados:

$$\ln k = \frac{1}{3} \Leftrightarrow k = e^{\frac{1}{3}} \Leftrightarrow k = \sqrt[3]{e}$$
Opção correta: (A)

37. Continuidade e L'Hôpital em ramo exponencial

37
Exame 2010, Ép. especialResposta aberta

Considere a função $h$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$h(x)=\begin{cases}\frac{e^{2x}-e^x}{x} & \text{se } x > 0 \\[2mm] \ln(x^2+1) & \text{se } x \le 0\end{cases}$$

Estude a continuidade da função $h$ em $x=0$, recorrendo a métodos exclusivamente analíticos.

Como interpretar. O comportamento da função em torno do eixo das ordenadas é ditado pelo rigoroso cálculo dos limites laterais cruzados com a imagem de colagem.
1.º — Estudo da margem esquerda
$$h(0) = \ln(0^2+1) = \ln(1) = 0$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} h(x) = \lim_{x\rightarrow 0^-} \ln(x^2+1) = 0$$
2.º — Procedimento de Cauchy à direita
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{e^{2x}-e^x}{x} = \frac{e^0-e^0}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Efetuando a derivação superior e inferior:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{(e^{2x}-e^x)'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{2e^{2x}-e^x}{1} = 2e^0 - e^0 = 2 - 1 = 1$$
3.º — Verificação de compatibilidade
Constatação gráfica. A função não "cola" no eixo $Oy$, visto que aproxima-se do valor 0 por um lado e inicia no 1 do lado oposto.
Uma vez que $\lim_{x\rightarrow 0^+} h(x) \neq \lim_{x\rightarrow 0^-} h(x)$, atesta-se que não existe continuidade no ponto $x=0$.

38. Ramo afim e trigonometria

38
Exame 2010, 1.ª FaseResposta aberta

Considere a função $f$, de domínio $]-\infty, 2\pi]$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}ax+b+e^x & \text{se } x \le 0 \\[2mm] \frac{x-\text{sen}(2x)}{x} & \text{se } 0 < x \le 2\pi\end{cases}$$

Determine o valor de $b$, recorrendo a métodos exclusivamente analíticos, de modo que $f$ seja contínua em $x=0$.

Como interpretar. A determinação algébrica do parâmetro incide puramente sobre o facto do comportamento lateral direito ter de casar de modo idêntico ao valor assumido em zero absoluto.
1.º — Análise exata no zero
$$f(0) = a(0) + b + e^0 = b + 1$$
2.º — Redução de complexidade no limite
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{x-\text{sen}(2x)}{x} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Através da regra de L'Hôpital:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{(x-\text{sen}(2x))'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{1-2\cos(2x)}{1} = 1 - 2\cos(0) = 1 - 2 = -1$$
3.º — Resolução linear
$$b + 1 = -1 \Leftrightarrow b = -2$$
Encontra-se o parâmetro final $b = -2$.

39. Limite fracionário generalizado com parâmetro a

39
Teste Intermédio 12.º ano · 19.05.2010Escolha múltipla

Seja $a$ um número real diferente de zero. Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^{ax}-1}{ax^2+a^2x}$?

(A) $\frac{1}{a}$
(B) $\frac{1}{2a}$
(C) $0$
(D) $+\infty$
Como interpretar. O limite de tendência é gerido por $x$, pelo que o parâmetro genérico $a$ funciona unicamente como uma constante solta durante todo o processo de derivação.
1.º — Triagem da expressão
$$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^{ax}-1}{ax^2+a^2x} = \frac{e^0-1}{0+0} = \frac{0}{0}$$
2.º — Aplicação do método de Cauchy

Efetuando as derivadas face a $x$:

$$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{(e^{ax}-1)'}{(ax^2+a^2x)'} = \lim_{x\rightarrow 0}\frac{ae^{ax}}{2ax+a^2} = \frac{a \times e^0}{0+a^2} = \frac{a}{a^2} = \frac{1}{a}$$
Opção correta: (A)

40. Ramo com raízes e racionalização implícita

40
Teste Intermédio 12.º ano · 15.03.2010Resposta aberta

Seja $f$ a função, de domínio $\mathbb{R}^{+}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{x-2}{x-\sqrt{2x}} & \text{se } 0 < x < 2 \\[2mm] xe^{-x}+x+1 & \text{se } x \ge 2\end{cases}$$

Usando exclusivamente métodos analíticos, averigue se a função $f$ é contínua em $x=2$.

Como interpretar. O cálculo à esquerda de $x=2$ bloqueia numa forma nula fracionária. A forma mais elegante de ultrapassar este obstáculo repousa na derivação analítica sucessiva do numerador e radical.
1.º — Verificação no fecho direito
$$f(2) = 2e^{-2} + 2 + 1 = \frac{2}{e^2} + 3$$
$$\lim_{x\rightarrow 2^+} f(x) = \lim_{x\rightarrow 2^+} (xe^{-x}+x+1) = \frac{2}{e^2} + 3$$
2.º — Derivadas em presença de radicais
$$\lim_{x\rightarrow 2^-} \frac{x-2}{x-\sqrt{2x}} = \frac{2-2}{2-2} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Derivando ambas as componentes para quebrar a nulidade simultânea:

$$\lim_{x\rightarrow 2^-} \frac{1-0}{1-\sqrt{2}\left(\frac{1}{2}x^{-\frac{1}{2}}\right)} = \lim_{x\rightarrow 2^-} \frac{1}{1-\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{x}}} = \frac{1}{1-\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{2}}} = \frac{1}{1-\frac{1}{2}} = 2$$
3.º — Veredicto analítico
Pelo facto de se observar claramente que $\lim_{x\rightarrow 2^-} f(x) \neq f(2)$ (uma vez que $2 \neq \frac{2}{e^2} + 3$), demonstra-se uma rutura de continuidade na abcissa 2.

41. Continuidade em todo o domínio real

41
Exame 2009, 2.ª FaseResposta aberta

Considere a função $h$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$h(x)=\begin{cases}\sqrt{x^2+4}-x & \text{se } x > 0 \\[2mm] 2 & \text{se } x = 0 \\[2mm] \frac{e^{2x}-1}{x} & \text{se } x < 0\end{cases}$$

Recorrendo a métodos exclusivamente analíticos, estude a continuidade de $h$ no domínio $\mathbb{R}$.

Como interpretar. Uma função é contínua em $\mathbb{R}$ se for contínua em todos os seus pontos. Para $x < 0$ e $x > 0$, a função resulta de operações elementares contínuas. A análise rigorosa deve recair no ponto de transição ($x=0$).
1.º — Continuidade nos ramos abertos

A função $h$ é contínua em $\mathbb{R}^-$ porque resulta do quociente de funções contínuas (cujo denominador não se anula nesse intervalo). De forma análoga, é contínua em $\mathbb{R}^+$ pois resulta de soma, subtração e raiz quadrada de funções contínuas e positivas.

2.º — Imagem e Limite à direita
$$h(0) = 2$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} h(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} \left(\sqrt{x^2+4}-x\right) = \sqrt{0+4}-0 = \sqrt{4} = 2$$
3.º — Limite à esquerda e L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} h(x) = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{e^{2x}-1}{x} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando a regra de Cauchy (L'Hôpital):

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(e^{2x}-1)'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{2e^{2x}}{1} = 2e^0 = 2$$
4.º — Conclusão
Como $h(0) = \lim_{x\rightarrow 0^+} h(x) = \lim_{x\rightarrow 0^-} h(x) = 2$, $h$ é contínua em $x=0$. Como já era contínua em $\mathbb{R}^-$ e $\mathbb{R}^+$, concluímos que a função $h$ é contínua no domínio $\mathbb{R}$.

42. Determinação de k com ramo logarítmico

42
Exame 2009, 1.ª FaseEscolha múltipla

Para um certo número real positivo $k$, é contínua a função $f$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\log_2(k+x) & \text{se } x \ge 0 \\[2mm] \frac{\text{sen}(2x)}{x} & \text{se } x < 0\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $1$
(B) $2$
(C) $3$
(D) $4$
Como interpretar. Para garantir a continuidade em todo o domínio, os limites laterais em $x=0$ devem igualar-se a $f(0)$.
1.º — Imagem f(0)
$$f(0) = \lim_{x\rightarrow 0^+} \log_2(k+x) = \log_2(k+0) = \log_2 k$$
2.º — Limite à esquerda e L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{\text{sen}(2x)}{x} = \frac{0}{0} \Rightarrow \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(2x)'\cos(2x)}{1} = \lim_{x\rightarrow 0^-} 2\cos(2x) = 2\cos(0) = 2$$
3.º — Igualar para encontrar k
$$\log_2 k = 2 \Leftrightarrow k = 2^2 \Leftrightarrow k = 4$$
Opção correta: (D)

43. Continuidade com raízes e logaritmos

43
Teste Intermédio 12.º ano · 27.05.2009Resposta aberta

Considere a função $g$, de domínio $\left[-\frac{1}{2}, +\infty\right[$, definida por:

$$g(x)=\begin{cases}2x+\ln(1+x-x^2) & \text{se } -\frac{1}{2} \le x < 1 \\[2mm] 2 & \text{se } x = 1 \\[2mm] \frac{x-1}{\sqrt{x}-1} & \text{se } x > 1\end{cases}$$

Verifique se a função $g$ é contínua em $x=1$, sem recorrer à calculadora.

Como interpretar. Avalia-se separadamente o limite à esquerda (substituição simples) e à direita (indeterminação com raiz).
1.º — Imagem e Limite à esquerda
$$g(1) = 2$$
$$\lim_{x\rightarrow 1^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow 1^-} \left[2x+\ln(1+x-x^2)\right] = 2(1) + \ln(1+1-1^2) = 2 + \ln(1) = 2$$
2.º — Limite à direita e Derivadas
$$\lim_{x\rightarrow 1^+} \frac{x-1}{\sqrt{x}-1} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Aplicando L'Hôpital (derivando o numerador e o denominador em relação a $x$):

$$\lim_{x\rightarrow 1^+} \frac{1}{\frac{1}{2\sqrt{x}}} = \lim_{x\rightarrow 1^+} 2\sqrt{x} = 2\sqrt{1} = 2$$
3.º — Conclusão
Uma vez que $g(1) = \lim_{x\rightarrow 1^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow 1^+} g(x) = 2$, conclui-se que a função $g$ é contínua em $x=1$.

44. Continuidade num ponto fronteira paramétrico a

44
Teste Intermédio 12.º ano · 11.03.2009Escolha múltipla

Para um certo valor de $a$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $g$ definida por:

$$g(x)=\begin{cases}x^2-2x & \text{se } x < a \\[2mm] x^2-x+3 & \text{se } x \ge a\end{cases}$$

Qual é o valor de $a$?

(A) $-3$
(B) $-2$
(C) $2$
(D) $3$
Como interpretar. Para a função ser contínua em todo o $\mathbb{R}$, tem de ser contínua no ponto genérico de intersecção $x=a$. Deste modo, $\lim_{x\rightarrow a^-} g(x) = \lim_{x\rightarrow a^+} g(x)$.
1.º — Limites laterais dependentes de a
$$\lim_{x\rightarrow a^-} (x^2-2x) = a^2-2a$$
$$g(a) = \lim_{x\rightarrow a^+} (x^2-x+3) = a^2-a+3$$
2.º — Resolução da equação
$$a^2-2a = a^2-a+3 \Leftrightarrow -2a + a = 3 \Leftrightarrow -a = 3 \Leftrightarrow a = -3$$
Opção correta: (A)

45. Limites em contexto: Lei do Arrefecimento de Newton

45
Exame 2008, Ép. especialResposta aberta

Aqueceu-se água num recipiente, durante um determinado tempo, num local onde a temperatura ambiente é constante e igual a $25\text{ºC}$. Interrompeu-se o processo de aquecimento, e nesse instante, a água começou a arrefecer.

O arrefecimento da água segue a Lei do arrefecimento de Newton, de acordo com o modelo matemático:

$$T(t)=25+48e^{-0,05t}$$

em que $T(t)$ representa a temperatura da água em graus Celsius, $t$ minutos após o início do arrefecimento.

Recorrendo exclusivamente a métodos analíticos, determine $T(0)$ e $\lim_{t\rightarrow +\infty} T(t)$. Interprete os valores obtidos, no contexto do problema.

Como interpretar. O modelo possui uma parcela constante e uma componente exponencial decrescente. Devemos substituir a variável de tempo pelo momento inicial e depois estudar a assíntota horizontal da função.
1.º — Cálculo e Interpretação de T(0)
$$T(0) = 25 + 48e^{-0,05 \times 0} = 25 + 48e^0 = 25 + 48(1) = 73$$

Interpretação: Zero minutos após o início do arrefecimento (ou seja, no instante exato em que se interrompeu o processo de aquecimento), a temperatura da água era de 73 ºC.

2.º — Limite para o infinito e Interpretação
$$\lim_{t\rightarrow +\infty} (25+48e^{-0,05t}) = 25 + 48e^{-0,05(+\infty)} = 25 + 48e^{-\infty} = 25 + 48(0) = 25$$

Interpretação: À medida que o tempo avança indefinidamente ($t \to +\infty$), a temperatura da água vai diminuindo e aproxima-se assintoticamente da temperatura ambiente, estabilizando nos 25 ºC.

46. Limites em contexto: População logística

46
Exame 2008, 1.ª FaseResposta aberta

Num determinado dia, um grupo de amigos decidiu formar uma associação desportiva. Admita que, $t$ dias após a constituição da associação, o número de sócios é dado, aproximadamente, por:

$$N(t)=\frac{2000}{1+199e^{-0,01t}} \quad (t \ge 0)$$

Resolva, usando métodos analíticos: determine $N(0)$ e $\lim_{t\rightarrow +\infty} N(t)$. Interprete os valores obtidos, no contexto do problema.

Como interpretar. Mais uma função do tipo logístico cujo estudo de limites requer a substituição direta do instante inicial ($t=0$) e análise do comportamento assimptótico ($t \to +\infty$).
1.º — Cálculo de N(0)
$$N(0) = \frac{2000}{1+199e^{-0,01\times 0}} = \frac{2000}{1+199e^0} = \frac{2000}{1+199(1)} = \frac{2000}{200} = 10$$

Interpretação: No instante inicial ($t=0$ dias), o número de sócios fundadores da associação era exatamente 10.

2.º — Comportamento a longo prazo
$$\lim_{t\rightarrow +\infty} \frac{2000}{1+199e^{-0,01t}} = \frac{2000}{1+199e^{-\infty}} = \frac{2000}{1+199(0)} = \frac{2000}{1} = 2000$$

Interpretação: Com o decorrer do tempo, o número de membros cresce e aproxima-se de uma capacidade limite máxima de 2000 sócios.

47. Continuidade na origem com limites notáveis ou de Cauchy

47
Teste Intermédio 12.º ano · 29.04.2008Resposta aberta

Seja $f$ a função de domínio $[e-3, 3]$ definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{e^x-1+x}{x} & \text{se } e-3 \le x < 0 \\[2mm] 2-x+\ln(1+3x) & \text{se } 0 \le x \le 3\end{cases}$$

Na figura está representado o gráfico da função $f$:

[Espaço para a imagem do gráfico da função f com um salto no ponto de abcissa 3, onde o limite à esquerda é negativo e à direita é positivo]

Utilizando métodos exclusivamente analíticos, mostre que, tal como a figura sugere, $f$ é contínua no ponto 0.

Como interpretar. O ponto de colagem é o zero. Para provar a continuidade, os limites laterais e o valor da função no zero devem resultar num único número.
1.º — Imagem f(0) e Limite à direita
$$f(0) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = 2-0+\ln(1+3(0)) = 2 + \ln(1) = 2 + 0 = 2$$
2.º — Limite à esquerda e Regra de L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{e^x-1+x}{x} = \frac{e^0-1+0}{0} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Derivando numerador e denominador:

$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(e^x-1+x)'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{e^x+1}{1} = e^0 + 1 = 1 + 1 = 2$$
3.º — Conclusão
Como $\lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = f(0) = 2$, a função $f$ é contínua em $x=0$.

48. Leitura gráfica do inverso de uma função

48
Exame 2007, 2.ª FaseEscolha múltipla

Na figura abaixo, está representada parte do gráfico de uma função $f$, real de variável real.

[Espaço para a imagem do gráfico da função f com um salto no ponto de abcissa 3, onde o limite à esquerda é negativo e à direita é positivo]

Qual das afirmações seguintes é verdadeira?

(A) $\lim_{x\rightarrow 3}\frac{1}{f(x)} = 0$
(B) $\lim_{x\rightarrow 3}\frac{1}{f(x)} = \frac{1}{2}$
(C) $\lim_{x\rightarrow 3}\frac{1}{f(x)} = -\frac{1}{2}$
(D) Não existe $\lim_{x\rightarrow 3}\frac{1}{f(x)}$
Como interpretar. Avaliamos os limites da função $f$ à esquerda e à direita de $x=3$ pela análise visual do gráfico fornecido para, em seguida, determinar o que sucede à expressão do seu inverso.
1.º — Extração de Limites pelo gráfico

Pela observação do gráfico, verificamos que o limite lateral esquerdo aproxima-se de um valor negativo fixo e o limite à direita de um valor positivo fixo, apresentando portanto um salto (não passando pelo zero em $x=3$):

$$\lim_{x\rightarrow 3^-} f(x) < 0 \quad \text{e} \quad \lim_{x\rightarrow 3^+} f(x) > 0$$
2.º — Consequências no Inverso

Como os limites laterais de $f(x)$ dão valores completamente diferentes em sinal, o quociente $\frac{1}{f(x)}$ também produzirá limites laterais desiguais na abcissa $x=3$:

$$\lim_{x\rightarrow 3^-} \frac{1}{f(x)} \neq \lim_{x\rightarrow 3^+} \frac{1}{f(x)}$$

Logo, é impossível garantir que o limite global numérico da expressão exista.

Opção correta: (D)

49. Cálculo de limite lateral assintótico fracionário

49
Exame 2007, 1.ª FaseEscolha múltipla

Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow 2^+}\frac{1}{4-x^2}$?

(A) $0$
(B) $1$
(C) $+\infty$
(D) $-\infty$
Como interpretar. Substituindo o valor numérico ($2^+$), devemos avaliar com atenção o sinal do zero resultante no denominador, dado que $x$ se aproxima do número dois pela direita (valores superiores a 2).
1.º — Análise de sinais no denominador

Sendo $x \to 2^+$, significa que $x$ assume valores ligeiramente maiores do que 2 (por exemplo 2,01).

$$(2^+)^2 = 4^+ \text{ (um valor maior que 4)}$$
$$4 - x^2 \Rightarrow 4 - 4^+ = 0^-$$
2.º — Avaliação final da fração
$$\lim_{x\rightarrow 2^+}\frac{1}{4-x^2} = \frac{1}{0^-} = -\infty$$
Opção correta: (D)

50. Continuidade com fatorização e L'Hôpital sucessivo

50
Teste Intermédio 12.º ano · 15.03.2007Resposta aberta

Considere a função $f$, de domínio $\mathbb{R}$, definida por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{x^2+2x}{x^2+x} & \text{se } x < 0 \\[2mm] 2 & \text{se } x = 0 \\[2mm] \frac{3x^2-x\ln(x+1)}{x^2} & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Utilizando métodos exclusivamente analíticos, averigue se a função $f$ é contínua em $x=0$. Justifique a sua resposta.

Como interpretar. A resposta requer uma análise dos limites laterais. À esquerda, a indeterminação levanta-se por fatorização algébrica simples. À direita, aplicamos fatorização ou sucessivas derivações através da Regra de L'Hôpital.
1.º — Imagem f(0) e Limite à esquerda (fatorização)
$$f(0) = 2$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{x^2+2x}{x^2+x} = \frac{0}{0} \Rightarrow \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{x(x+2)}{x(x+1)} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{x+2}{x+1} = \frac{0+2}{0+1} = 2$$
2.º — Limite à direita e simplificação elementar
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{3x^2-x\ln(x+1)}{x^2} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminação)}$$

Dividindo os dois termos do numerador pelo $x$ do denominador, obtemos um limite notável simplificado:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \left(\frac{3x^2}{x^2} - \frac{x\ln(x+1)}{x^2}\right) = \lim_{x\rightarrow 0^+} \left(3 - \frac{\ln(x+1)}{x}\right)$$

Aplicando o L'Hôpital à fração restante (ou reconhecendo o limite notável $\frac{\ln(x+1)}{x} \to 1$):

$$= 3 - \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{(\ln(x+1))'}{(x)'} = 3 - \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{\frac{1}{x+1}}{1} = 3 - \frac{1}{0+1} = 3 - 1 = 2$$
3.º — Conclusão final
Uma vez que $f(0) = \lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = 2$, podemos concluir justificadamente que a função $f$ é contínua em $x=0$.

51. Limite de quociente com base em representação gráfica

51
Exame 2006, 2.ª FaseEscolha múltipla

De duas funções, $f$ e $g$, sabe-se que:

  • o gráfico de $f$ é uma reta, cuja ordenada na origem é igual a 2;
  • o gráfico de $g$ é uma hipérbole.

Nas figuras em baixo estão representadas parte dessa reta e parte dessa hipérbole. A reta de equação $x=1$ é assíntota do gráfico de $g$.

[Espaço para as imagens dos gráficos de f e g. O de f é uma reta crescente com ordenada na origem 2. O de g é uma hipérbole com assíntota vertical em x=1]

Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow 1^+}\frac{f(x)}{g(x)}$?

(A) $0$
(B) $2$
(C) $+\infty$
(D) $-\infty$
Como interpretar. Avaliamos os limites independentes de $f(x)$ e de $g(x)$ através da leitura do gráfico para $x \to 1^+$.
1.º — Extração de Limites pelo gráfico

Observando a reta $f$, verifica-se que para $x=1$, a função assume um valor constante positivo $k \in ]2, +\infty[$. Logo, $\lim_{x\rightarrow 1^+} f(x) = k > 0$.

Observando a hipérbole $g$, à direita da assíntota $x=1$, a função aproxima-se de $-\infty$. Logo, $\lim_{x\rightarrow 1^+} g(x) = -\infty$.

2.º — Cálculo do limite do quociente
$$\lim_{x\rightarrow 1^+}\frac{f(x)}{g(x)} = \frac{k}{-\infty} = 0$$
Opção correta: (A)

52. Seleção de modelo matemático de aquecimento/arrefecimento

52
Teste Intermédio 12.º ano · 17.03.2006Resposta aberta

Com o objetivo de estudar as leis do aquecimento e do arrefecimento, realizou-se, num laboratório de Física, a seguinte experiência: aqueceu-se ao lume uma certa quantidade de água, durante cinco minutos; passado este tempo, apagou-se o lume e deixou-se a água a arrefecer. A temperatura da água foi sendo medida, ao longo do decorrer da experiência.

Admita que:

  • neste laboratório, a temperatura ambiente é constante;
  • a temperatura da água, no instante em que começou a ser aquecida, era igual à temperatura ambiente;
  • depois de se ter apagado o lume, a temperatura da água tende, com o passar do tempo, a igualar a temperatura ambiente.

Em resultado da experiência, concluiu-se que a relação entre a temperatura da água e o tempo $t$, contado em minutos, a partir do instante em que se colocou a água ao lume, é modelada por uma, e uma só, das quatro funções $a$, $b$, $c$ e $d$, definidas a seguir:

$$a(t)=\begin{cases}24-2t & \text{se } 0 \le t \le 5 \\[2mm] 24-10e^{-0,04(t-5)} & \text{se } t > 5\end{cases} \quad\quad\quad b(t)=\begin{cases}12(t+2) & \text{se } 0 \le t \le 5 \\[2mm] 24+70e^{-0,04(t-5)} & \text{se } t > 5\end{cases}$$
$$c(t)=\begin{cases}14(t+1) & \text{se } 0 \le t \le 5 \\[2mm] 24+60e^{-0,04(t-5)} & \text{se } t > 5\end{cases} \quad\quad\quad d(t)=\begin{cases}12(t+2) & \text{se } 0 \le t \le 5 \\[2mm] 24+60e^{-0,04(t-5)} & \text{se } t > 5\end{cases}$$

Qual das quatro funções é a correta? Numa pequena composição, explique porque não pode ser nenhuma das outras três, indicando, para cada uma delas, uma razão pela qual a rejeita.

Como interpretar. Avalia-se o modelo físico a nível da monotonia inicial (aquecimento), continuidade no instante $t=5$ (temperatura não dá "saltos" imediatos) e limite assintótico ($t \to +\infty$).
Porquê rejeitar a(t)?

Nos primeiros cinco minutos a água esteve a aquecer, o que significa que a função deve ser crescente. No entanto, $a(t) = 24-2t$ tem declive negativo, pelo que a temperatura diminui de 24 para 14, contradizendo o problema.

Porquê rejeitar b(t)?

A temperatura varia de forma contínua, mas a função $b$ não é contínua em $t=5$. Verificamos que $b(5) = 12(5+2) = 12 \times 7 = 84$, mas o limite para $t \to 5^+$ é $24 + 70e^0 = 94$. Como $84 \neq 94$, não serve.

Porquê rejeitar c(t)?

A temperatura inicial da água é a temperatura ambiente. Como $c(0) = 14(0+1) = 14$, a temperatura ambiente é 14 ºC. No entanto, com o passar do tempo, a água deve voltar a esta temperatura, ou seja, devíamos ter $\lim_{t\to +\infty} c(t) = 14$. O limite resulta em $24 + 60e^{-\infty} = 24$, o que não corresponde à temperatura ambiente inicial.

Conclusão
Por exclusão de partes (e como $d$ garante que o crescimento, a continuidade em $t=5$ onde $d(5)=84$ e $\lim_{t\to 5^+} d(t)=84$, e o limite para infinito é igual a $d(0)=24$), a função correta é a d(t).

53. Determinação paramétrica através de limites de Cauchy

53
Exame 2005, Ép. especialEscolha múltipla

Para um certo valor de $k$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $f$ definida por:

$$f(x)=\begin{cases}k+\text{sen } x & \text{se } x \le 0 \\[2mm] \frac{3x+\ln(1+x)}{x} & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $1$
(B) $2$
(C) $3$
(D) $4$
Como interpretar. Para impor a continuidade em $x=0$, temos de calcular o limite lateral à direita (ramo $x > 0$) e igualá-lo ao valor da função no ponto $f(0) = k$.
1.º — Imagem de f(0)
$$f(0) = k + \text{sen } 0 = k + 0 = k$$
2.º — Limite à direita com Regra de L'Hôpital
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{3x+\ln(1+x)}{x} = \frac{0}{0} \Rightarrow \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{\left(3x+\ln(1+x)\right)'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{3+\frac{1}{1+x}}{1} = 3 + \frac{1}{1+0} = 4$$
3.º — Igualdade de continuidade
$$k = 4$$
Opção correta: (D)

54. Limite de modelo de crescimento populacional

54
Exame 2005, 1.ª FaseResposta aberta

Admita que o número de elementos de uma população de aves, $t$ anos após o início de 1970, é dado aproximadamente por:

$$P(t)=5,2\times 10^7\times e^{(N-M)t} \quad (t \ge 0)$$

em que $N$ e $M$ são duas constantes, denominadas, respetivamente, por taxa de natalidade e taxa de mortalidade da população.

Sabendo que $N < M$, calcule $\lim_{t\rightarrow +\infty} P(t)$ e interprete o resultado obtido, no contexto do problema, sem recorrer à calculadora, a não ser para efetuar eventuais cálculos numéricos.

Como interpretar. Avalia-se o sinal do expoente $(N-M)$. Se a mortalidade é superior à natalidade, o expoente será negativo, desencadeando um comportamento exponencial decrescente.
1.º — Análise do Sinal e Limite

Como $N < M$, a diferença $N-M$ é um número estritamente negativo. Logo, quando $t \to +\infty$, a expressão no expoente tenderá para $-\infty$.

$$\lim_{t\rightarrow +\infty} \left(5,2\times 10^7 \times e^{(N-M)t}\right) = 5,2\times 10^7 \times e^{(N-M)\times (+\infty)} = 5,2\times 10^7 \times e^{-\infty}$$
$$= 5,2\times 10^7 \times 0 = 0$$
2.º — Interpretação do Resultado
O limite tender para 0 significa que, como a taxa de natalidade é inferior à taxa de mortalidade, morrem mais aves do que as que nascem, pelo que com o passar do tempo a população de aves diminui até à sua total extinção.

55. Verificação abrangente de continuidade num domínio

55
Exame 2004, Ép. especialResposta aberta

Seja $f$ a função definida, em $\mathbb{R}$, por:

$$f(x)=\begin{cases}\frac{e^x-1}{x} & \text{se } x < 0 \\[2mm] \frac{3x+2}{2x+2} & \text{se } x \ge 0\end{cases}$$

Sem recorrer à calculadora, justifique a seguinte afirmação: «A função $f$ é contínua em $\mathbb{R}$.»

Como interpretar. Para atestar que é contínua em todo o domínio real, precisamos de provar que a função é contínua nos subintervalos dos ramos (onde é definida por frações) e no ponto fronteira em $x=0$.
1.º — Continuidade nos ramos abertos

Para $x \in ]-\infty, 0[$, $f$ é o quociente de duas funções contínuas e o denominador não se anula. Para $x \in ]0, +\infty[$, $f$ também resulta do quociente de funções polinomiais (contínuas) cujo denominador ($2x+2$) só se anula em $x=-1$, que não pertence a este intervalo. Portanto, em ambos os casos, a função é contínua.

2.º — Imagem f(0) e Limite à direita
$$f(0) = \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{3x+2}{2x+2} = \frac{3(0)+2}{2(0)+2} = \frac{2}{2} = 1$$
3.º — Limite à esquerda e Indeterminação
$$\lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{e^x-1}{x} = \frac{0}{0} \Rightarrow \text{(L'Hôpital)} \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{(e^x-1)'}{(x)'} = \lim_{x\rightarrow 0^-} \frac{e^x}{1} = e^0 = 1$$
4.º — Conclusão
Uma vez que a função é contínua à direita e à esquerda de 0 e as fronteiras batem certo ($f(0) = \lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = \lim_{x\rightarrow 0^+} f(x) = 1$), a função é contínua em $x=0$ e, logo, em todo o domínio $\mathbb{R}$.

56. L'Hôpital em fração logarítmica para achar o parâmetro

56
Exame 2004, 1.ª FaseEscolha múltipla

Para um certo valor de $k$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $g$ definida por:

$$g(x)=\begin{cases}k+\cos x & \text{se } x \le 0 \\[2mm] \frac{\ln(1+x)}{x} & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $-1$
(B) $0$
(C) $1$
(D) $2$
Como interpretar. O limite lateral quando $x \to 0^+$ levanta uma indeterminação simples que se desfaz derivando numerador e denominador. O valor daí resultante tem que bater certo com a imagem em $g(0)$.
1.º — Imagem g(0)
$$g(0) = k + \cos(0) = k + 1$$
2.º — Limite à direita
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{\ln(1+x)}{x} = \frac{0}{0} \Rightarrow \lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{\frac{1}{1+x}}{1} = \frac{1}{1+0} = 1$$
3.º — Equação para continuidade
$$k + 1 = 1 \Leftrightarrow k = 0$$
Opção correta: (B)

57. Limite do inverso de uma função assimptótica

57
Exame 2004, 1.ª FaseEscolha múltipla

Na figura em baixo está parte da representação gráfica de uma função $f$, positiva, cujo gráfico é simétrico relativamente ao eixo $Oy$, da qual a reta de equação $y=0$ é assíntota.

[Espaço para o gráfico da função f: uma curva positiva e simétrica tipo campânula onde os extremos tendem para y=0]

Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow +\infty} \frac{1}{f(x)}$?

(A) $0$
(B) $1$
(C) $+\infty$
(D) $-\infty$
Como interpretar. Uma vez que o gráfico apresenta $y=0$ como assíntota horizontal e os valores da função são todos positivos (gráfico acima de $Ox$), sabemos que $\lim_{x\to+\infty} f(x) = 0^+$.
Cálculo do Limite Quociente
$$\lim_{x\rightarrow +\infty} \frac{1}{f(x)} = \frac{1}{0^+} = +\infty$$
Opção correta: (C)

58. Indeterminações fracionárias evidentes

58
Exame 2003, 1.ª fase 2.ª chamadaEscolha múltipla

Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow 0^+}\frac{\log_2 x}{e^x-1}$?

(A) $0$
(B) $1$
(C) $-\infty$
(D) $+\infty$
Como interpretar. Trata-se de uma substituição direta onde o numerador tende para o infinito e o denominador para um zero positivo, sem envolver indeterminações L'Hôpital do tipo 0/0.
Cálculo direto por substituição

Avaliamos os limites separadamente:

$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \log_2 x = -\infty$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} (e^x-1) = e^0 - 1 = 1^+ - 1 = 0^+$$

Fazendo a divisão direta de um número infinitamente negativo por um número quase zero positivo:

$$\frac{-\infty}{0^+} = -\infty$$
Opção correta: (C)

59. Continuidade e Modelo de Arrefecimento em patamares

59
Exame 2001, Prova para militaresResposta aberta

A Sofia preparou um pudim, para servir como sobremesa ao jantar. Depois de o ter confecionado, a Sofia colocou o pudim a arrefecer, na bancada da cozinha. Uma hora depois, colocou-o no frigorífico, para ficar bem frio.

Admita que a temperatura do pudim, em graus centígrados, $t$ minutos depois de ter sido colocado na bancada, é dada, para um certo valor de $A$, por:

$$f(t)=\begin{cases}20+80\times 2^{-0,05t} & \text{se } 0 < t < 60 \\[2mm] 6+A\times 2^{-0,05(t-60)} & \text{se } t \ge 60\end{cases}$$

Atendendo a que a função é contínua, mostre que $A=24$ utilizando métodos exclusivamente analíticos.

Como interpretar. Se a temperatura transita de forma contínua do balcão para o frigorífico após uma hora ($t=60$), o limite à esquerda tem de igualar a avaliação da função em $t=60$.
1.º — Limite à esquerda (antes de ir para o frigorífico)
$$\lim_{t\rightarrow 60^-} f(t) = \lim_{t\rightarrow 60^-} \left(20+80\times 2^{-0,05t}\right) = 20 + 80\times 2^{-0,05(60)} = 20 + 80\times 2^{-3}$$
$$= 20 + 80\times \frac{1}{2^3} = 20 + \frac{80}{8} = 20 + 10 = 30$$
2.º — Imagem da função no momento exato f(60)
$$f(60) = 6 + A\times 2^{-0,05(60-60)} = 6 + A\times 2^0 = 6 + A\times 1 = 6 + A$$
3.º — Garantir a Continuidade
$$f(60) = \lim_{t\rightarrow 60^-} f(t) \Leftrightarrow 6 + A = 30 \Leftrightarrow A = 30 - 6 \Leftrightarrow A = 24$$
Fica assim demonstrado analiticamente que $A=24$.

60. Continuidade básica com logaritmo na origem

60
Exame 2001, 2.ª FaseEscolha múltipla

Para um certo valor de $k$, é contínua em $\mathbb{R}$ a função $f$ definida por:

$$f(x)=\begin{cases}0 & \text{se } x \le 0 \\[2mm] \ln(x+k) & \text{se } x > 0\end{cases}$$

Qual é o valor de $k$?

(A) $-1$
(B) $0$
(C) $1$
(D) $2$
Como interpretar. Como a função é contínua em todo o domínio, os limites na origem devem igualar a imagem da função que no ramo esquerdo obriga a ser 0.
Igualar Limite e Imagem
$$f(0) = \lim_{x\rightarrow 0^-} f(x) = 0$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \ln(x+k) = \ln(0+k) = \ln k$$
$$\ln k = 0 \Leftrightarrow k = e^0 \Leftrightarrow k = 1$$
Opção correta: (C)

61. Limite imediato trigonométrico não indeterminado

61
Exame 2001, Prova modeloEscolha múltipla

Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow 0^+} \frac{\ln x}{\text{sen } x}$?

(A) $-\infty$
(B) $0$
(C) $1$
(D) $+\infty$
Como interpretar. Ao contrário do que sucede na maioria das vezes, isto não levanta uma indeterminação 0/0. Resolve-se de forma expedita substituindo pelos limites notáveis do comportamento gráfico.
Avaliação das assíntotas laterais
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \ln x = -\infty$$
$$\lim_{x\rightarrow 0^+} \text{sen } x = 0^+$$

Fazendo a divisão direta de uma variável infinitamente grande e negativa por uma variável quase-nula (positiva):

$$\frac{-\infty}{0^+} = -\infty$$
Opção correta: (A)

62. Análise gráfica comparativa de funções num ponto de encontro

62
Exame 1999, 1.ª fase 2.ª chamada (prog. antigo)Escolha múltipla

Na figura ao lado está representada parte dos gráficos de duas funções $f$ e $g$, contínuas em $\mathbb{R}$. O gráfico de $f$ interseta o eixo $Ox$ no ponto de abcissa 3.

[Espaço para o gráfico das funções f e g; o gráfico de f decresce e passa na abcissa 3 cruzando o eixo; o gráfico de g é uma reta estritamente positiva em x=3]

Qual é o valor de $\lim_{x\rightarrow 3^-} \frac{g(x)}{f(x)}$?

(A) $0$
(B) $1$
(C) $-\infty$
(D) $+\infty$
Como interpretar. Avaliamos os limites independentes de $f(x)$ e de $g(x)$ através da leitura do gráfico para $x \to 3^-$.
Extração gráfica dos Limites

Observando o gráfico, antes de $x=3$ (limite pela esquerda), a reta $g(x)$ tem uma cota positiva, ou seja, $\lim_{x\rightarrow 3^-} g(x) = k \in \mathbb{R}^+$.

Para $x \to 3^-$, a função $f$ encontra-se acima do eixo do $Ox$ a decrescer em direção a zero, ou seja, aproxima-se de 0 por valores positivos: $\lim_{x\rightarrow 3^-} f(x) = 0^+$.

Cálculo do quociente
$$\lim_{x\rightarrow 3^-} \frac{g(x)}{f(x)} = \frac{k}{0^+} = +\infty$$
Opção correta: (D)