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MATEMÁTICA I LIMITE Profa. Dra. Amanda L. P. M. Perticarrari amanda.perticarrari@unesp.br Parte 1 •Limites •Definição de vizinhança e limite •Limites laterais •Limite de função real com uma variável real •Teorema da existência do limite Parte 2 •Limite de funções elementares (polinomiais, potência, n-ésima raiz, exponencial, logarítmica e trigonométrica) •Propriedades de limites •Indeterminações LIMITE DE UMA FUNÇÃO No cálculo e em suas aplicações, é comum estudar o comportamento de uma função 𝑦 = 𝑓 𝑥 quando 𝑥 está numa vizinhança de um valor 𝑎, mesmo que 𝑎 ∉ 𝐷𝑓. Sejam 𝑎 ∈ ℝ e 𝛿 > 0 (suficientemente pequeno). • Dizemos que x está na vizinhança (próximo) de a se 𝑥 − 𝑎 < 𝛿 . • O valor a é dito limite da variável x. • Notação: 𝑥 → 𝑎 . Exemplo. 0,999… ≅ 1 ⇒ 0,999… ⟶ 1 então, 1 − 0,999… < 𝛿 DEFINIÇÃO DE VIZINHANÇA E LIMITE 𝑎 − 𝛿 𝑎 + 𝛿 No caso de uma variável real x, a aproximação do número 𝑎 pode ser feita de duas maneiras: à direita e à esquerda. • Limite à direita de 𝒂 (valores maiores que 𝒂). • Limite à esquerda de 𝒂 (valores menores que 𝒂). DEFINIÇÃO DE VIZINHANÇA E LIMITE Notação. 𝑥 ⟶ 𝑎+ Notação. 𝑥 ⟶ 𝑎− Exemplo 1. Seja a função 𝑓 𝑥 = −𝑥 + 4 definida para todo 𝑥 ∈ ℝ. • Analisemos o comportamento de 𝑓 𝑥 quando 𝑥 assume valores próximos de 2, porém diferentes de 2. LIMITE DE FUNÇÃO REAL COM UMA VARIÁVEL REAL 𝒙 𝒇 𝒙 𝒙 𝒇 𝒙 1 3,00 3 1,00 1,5 2,50 2,5 1,50 1,7 2,30 2,3 1,70 1,9 2,10 2,10 1,90 1,99 2,01 2,01 1,99 LIMITE DE FUNÇÃO REAL COM UMA VARIÁVEL REAL Note que na função 𝑓 𝑥 = −𝑥 + 4, ✓ quanto mais aproximamos 𝑥 do valor 2 as diferenças 𝑥 − 2 e 𝑓 𝑥 − 𝐿 se tornam suficientemente pequenas. ✓ Neste caso, lim 𝑥→2 𝑓 𝑥 = 𝑓 2 ⇒ lim 𝑥→2 −𝑥 + 4 = 2 𝑦 𝑥 Se a variável 𝒙 se aproxima de 𝒂 e os valores 𝑦 = 𝑓 𝑥 se aproximam de um valor real 𝑳, dizemos que: a função 𝑦 = 𝑓 𝑥 tem limite 𝑳 ou “tende a” 𝑳, quando 𝑥 tende para 𝑎. Notação: lim 𝑥→𝑎 𝑓 𝑥 = 𝐿 Note que, dado 𝜖 > 0, existe 𝛿 > 0 tal que 𝑥 − 𝑎 < 𝛿 e 𝑥 ≠ 𝑥0 ⇒ 𝑓 𝑥 − 𝐿 < 𝜖 𝑎 𝐿 𝑓 𝑥1 𝑥1 𝑦 = 𝑓 𝑥𝑦 𝑥 LIMITE DE FUNÇÃO REAL COM UMA VARIÁVEL REAL TEOREMA DA EXISTÊNCIA DO LIMITE Dada uma função 𝑦 = 𝑓 𝑥 , dizemos que existe o limite de 𝑓 𝑥 quando 𝑥 tende ao ponto 𝑎 , se existirem e forem iguais os limites laterais à direita e a esquerda de 𝑎, isto é: lim 𝑥→𝑎 𝑓 𝑥 = 𝐿 ⟺ lim 𝑥→𝑎+ 𝑓 𝑥 = 𝐿 lim 𝑥→𝑎− 𝑓 𝑥 = 𝐿 Exemplo 2. Considere a função 𝑓(𝑥) = 2𝑥 + 3. Determine, caso exista, lim 𝑥→0 𝑓 𝑥 . LIMITE DE FUNÇÃO lim 𝑥→0− 𝑓 𝑥 = lim 𝑥→0− 2𝑥 + 3 = 3 lim 𝑥→0+ 𝑓 𝑥 = lim 𝑥→0+ 2𝑥 + 3 = 3 Portanto lim 𝑥→0 𝑓 𝑥 = 3 𝑥 𝑦 Exemplo 3. Considere a função 𝑓 𝑥 = ቊ 2, se 𝑥 ≤ 0 𝑥2 + 1, se 𝑥 > 0 Determine, caso exista, lim 𝑥→0 𝑓 𝑥 . LIMITE DE FUNÇÃO lim 𝑥→0− 𝑓 𝑥 = lim 𝑥→0− 2 = 2 lim 𝑥→0+ 𝑓 𝑥 = lim 𝑥→0+ 𝑥2 + 1 = 1 Uma vez que lim 𝑥→0− 𝑓 𝑥 = 2 ≠ 1 = lim 𝑥→0+ 𝑓 𝑥 temos que ∄ lim 𝑥→0 𝑓 𝑥 Parte 1 •Limites •Definição de vizinhança e limite •Limites laterais •Limite de função real com uma variável real •Teorema da existência do limite Parte 2 •Limite de funções elementares (polinomiais, potência, n-ésima raiz, exponencial, logarítmica e trigonométrica) •Propriedades de limites •Indeterminações Se 𝑚, 𝑎 𝜖 ℝ, então lim 𝑥→𝑎 𝑚𝑥 + 𝑏 = 𝑚 ∙ 𝑎 + 𝑏 • Portanto, para calcular o limite da função linear, 𝑓(𝑥) = 𝑚𝑥 + 𝑏, quando 𝑥 → 𝑎, basta substituir a variável 𝑥 pelo valor aproximado 𝑎. • Observações: a) Fixando 𝒎 = 𝒄 uma constante e 𝒃 = 𝟎 temos: lim 𝑥→𝑎 𝑐𝑥 + 0 = lim 𝑥→𝑎 𝑐𝑥 = 𝑐 ∙ 𝑎 ⇒ lim 𝑥→𝑎 𝑐𝑥 = 𝑐 ∙ 𝑎 b) Fixando 𝒎 = 𝟎 e 𝒃 = 𝒌, 𝒌 é uma constante, temos: lim 𝑥→𝑎 0𝑥 + 𝑘 = lim 𝑥→𝑎 𝑘 = 𝑘 ⇒ lim 𝑥→𝑎 𝑘 = 𝑘 “o limite da constante é a própria constante”. LIMITE DAS FUNÇÕES ELEMENTARES Se 𝑛 𝜖 ℕ, então lim 𝑥→𝑎 𝑓 𝑥 𝑛 = 𝑓 𝑎 𝑛 • Exemplo 4. a) Seja 𝑓 𝑥 = 𝑥2, quando 𝑥 → 3 temos que: lim 𝑥→3 𝑥2 = 32 = 9 b) Seja 𝑓 𝑥 = 3𝑥−1 3 125 , quando 𝑥 → 2 temos que : lim 𝑥→2 3𝑥−1 3 125 = 3∙2−1 3 125 = 1 LIMITE DA POTÊNCIA Dada a função 𝑦 = 𝑛 𝑓 𝑥 , se 𝑛 é par e 𝑓 𝑎 > 0, ou 𝑛 é ímpar, então: lim 𝑥→𝑎 𝑛 𝑓 𝑥 = 𝑛 𝑓 𝑎 • Exemplo 5. a) Seja 𝑓 𝑥 = 𝑥2 + 5, quando 𝑥 → −2 temos que: lim 𝑥 →−2 𝑥2 + 5 = −2 2 + 5 = 4 + 5 = 9 = 3 b) Seja 𝑓 𝑥 = 3 3𝑥2 − 1, quando 𝑥 → 0 temos que : lim 𝑥 → 0 3 3𝑥2 − 1 = 3 3 ∙ 02 − 1 = 3 −1 = −1 LIMITE DA N-ÉSIMA RAIZ Seja 𝑏 ∈ ℝ+ e 𝑏 ≠ 1, então: lim 𝑥→𝑎 𝑏𝑓 𝑥 = 𝑏𝑓 𝑎 • Em particular, se 𝑏 = 𝑒 = 2,71…, temos: lim 𝑥→𝑎 𝑒𝑓 𝑥 = 𝑒𝑓 𝑎 • Exemplo 6. a) Seja 𝑓 𝑥 = 23𝑥−1, quando 𝑥 → 1 temos que: lim 𝑥 → 1 23𝑥−1 = 23∙1−1 = 23−1 = 22 = 4 b) Seja 𝑓 𝑥 = 𝑒3𝑥−1, quando 𝑥 → 1 3 temos que : lim 𝑥 →1/3 𝑒3𝑥−1 = 𝑒3∙ 1 3 −1 = 𝑒1−1 = 𝑒0 = 1 LIMITE DA EXPONENCIAL Seja 𝑏 ∈ ℝ+ e 𝑏 ≠ 1, então, se 𝑓 𝑥 > 0: lim 𝑥→𝑎 log𝑏 𝑓 𝑥 = log𝑏 𝑓 𝑎 , 𝑓 𝑎 > 0 • Em particular, se a base 𝑏 = 𝑒 = 2,71… (n. de Euler), temos: lim 𝑥→𝑎 ln 𝑓 𝑥 = ln 𝑓 𝑎 , 𝑓 𝑎 > 0 • Exemplo 7. a) Seja 𝑓 𝑥 = log 𝑥2, quando 𝑥 → 10 temos que: lim 𝑥 → 10 log 𝑥2 = log 10 2 = log 10 = 1 b) Seja 𝑓 𝑥 = ln 5𝑥 − 4 , quando 𝑥 → 1 temos que : lim 𝑥 → 1 ln 5𝑥 − 4 = ln 5 ∙ 1 − 4 = ln 1 = 0 LIMITE DO LOGARITMO Função Seno: lim 𝑥→𝑎 sen 𝑓 𝑥 = sen 𝑓 𝑎 Função Cosseno: lim 𝑥→𝑎 cos 𝑓 𝑥 = cos 𝑓 𝑎 Função Tangente: lim 𝑥→𝑎 tg 𝑓 𝑥 = tg 𝑓 𝑎 , com 𝑓 𝑎 ≠ 𝜋 2 + 𝑘𝜋 LIMITE DAS TRIGONOMÉTRICAS Para o polinômio de grau 𝑛, 𝑛 ∈ ℕ, dado por: 𝑝𝑛 𝑥 = 𝑎𝑛𝑥 𝑛 + 𝑎𝑛−1𝑥 𝑛−1 +⋯+ 𝑎2𝑥 2 + 𝑎1𝑥 + 𝑎0 temos que: lim 𝑥→𝑎 𝑝𝑛 𝑥 = 𝑝𝑛 𝑎 LIMITE DE POLINÔMIOS PROPRIEDADES DE LIMITES LIMITE DA SOMA E DIFERENÇA lim 𝑥→𝑎 𝑓 ± 𝑔 𝑥 = lim 𝑥→𝑎 𝑓 𝑥 ± lim 𝑥→𝑎 𝑔 𝑥 LIMITE DO PRODUTO lim 𝑥→𝑎 𝑓 ∙ 𝑔 𝑥 = lim 𝑥→𝑎 𝑓 𝑥 ∙ lim 𝑥→𝑎 𝑔 𝑥 LIMITE DO QUOCIENTE lim 𝑥→𝑎 𝑓 𝑔 𝑥 = lim 𝑥→𝑎 𝑓 𝑥 lim 𝑥→𝑎 𝑔 𝑥 , lim 𝑥→𝑎 𝑔 𝑥 ≠ 0 INDETERMINAÇÕES Calcule o limite da função 𝑓 𝑥 = 2𝑥−2 𝑥−1 quando 𝑥 → 1. Solução: lim 𝑥→1 2𝑥 − 2 𝑥 − 1 = lim 𝑥→1 2 𝑥 − 1 𝑥 − 1 = 2 Para tratar as indeterminações, pode-se mani- pular algebricamente e simplificar as expressões eliminando as indeterminações. 3ª. LISTA DE EXERCÍCIOS
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