Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
� Cursos da área de Tecnologia – Cálculo Diferencial e Integral 1 Professores: José Ricardo G. Manzan e Ana Paula A. Lima LIMITE E CONTINUIDADE Nesta apostila estaremos apresentando um conjunto de procedimentos práticos que podem ser adotados para se determinar o limite de uma função. As regras para os cálculos são simples, e a maioria dos limites dos quais precisamos pode ser obtida por substituição, análise gráfica, aproximação numérica,, álgebra ou alguma combinação dessas. Os valores de algumas funções variam continuamente – quanto menor a variação na variável independente, menor a variação da função. Os valores de outras funções podem saltar ou variar de maneira imprevisível, independentemente do modo como se controlam as variáveis. A noção de limite fornece um caminho preciso para distinguir esses comportamentos. Em alguns pontos do texto será feira uma referência à continuidade da função. Apesar do estudo das condições de continuidade de uma função ainda não ter sido realizado, vamos entender uma função contínua como sendo aquela que apresenta, num sistema de coordenadas cartesianas, um gráfico dado por uma linha contínua, em todos os pontos do seu domínio. Vamos apresentar alguns exemplos para ilustrar funções contínuas e descontínuas. A fig. 1 a seguir expressa o gráfico da função é contínua em todos os pontos de seu domínio , . Figura 1 Seja , cujo gráfico está representado a seguir na figura 2. Pode-se notar que esta função apresenta dois pontos de descontinuidade. No ponto onde o valor da função é , diferentemente dos valores que a função apresenta imediatamente à esquerda ou à direita de (valores próximos de zero). Outro ponto de descontinuidade é , onde a função está definida ( ), mas apresenta um “salto” em seu gráfico. Para valores de x imediatamente após o ponto a função tem valores próximos de cinco; para valores de x imediatamente antes de , a função está próxima de 7. Dessa forma pode-se notar que a função não converge para um valor único quando os valores de x se aproximam de 4. Figura 2 A figura 3 a seguir expressa o gráfico da função que é contínua em todos os pontos de seu domínio ( ), no entanto esta função apresenta um ponto de descontinuidade em , devido não estar definida neste ponto. Figura 3 Funções contínuas são aquelas cujos gráficos não são interrompidos. De um modo geral, os pontos de descontinuidade de uma função são aqueles nos quais as funções não estão definidas, onde o gráfico apresenta um salto, ou ainda, naqueles pontos onde há um ponto aberto na linha do gráfico. Após esta breve discussão de continuidade, apresentaremos uma noção intuitiva do limite de uma função, com a idéia de aproximação (convergência) da variável e da função para um determinado valor. Noção intuitiva do limite de uma função Para que exista o limite em um ponto de uma função , ou seja, existe (leia-se: o limite da função no ponto vale ), deve-se observar se os valores da função convergem para valor quando os valores de convergem para . Se houver esta convergência o limite da função estará definido no ponto . Vamos ressaltar alguns pontos importantes sobre existência do limite de uma função: Se o limite em um ponto existe, ele é único, ou seja, a função converge para um mesmo valor quando os valores de convergirem para , pela esquerda ou pela direita do ponto . Se , então Se , então o não está definido. Só tem sentido perguntar sobre o valor do limite em ponto de uma função se ela estiver definida imediatamente antes e após o valor . Veja o exemplo a seguir: Considere a função , cujo gráfico está representado na figura 4. Figura 4 De acordo com a condição de existência do radical, esta função só está definida para valores de x maiores ou iguais a zero . Dessa forma, se desejássemos determinar o limite num certo ponto, essa função deveria estar definida ao redor (à esquerda e à direita) deste ponto. Observe, na tabela 1, o que ocorre para valores de x próximos de zero. Limites laterais Limite no ponto - 0,1 não definida Não está definido Não está definido - 0,01 não definida - 0,001 não definida 0,1 0,31 0,01 0,10 0,001 0,031 0,0001 0,010 0,00001 0,0031 0,000001 0,0010 Tabela 1 Para os limites laterais temos: O valor do limite somente estará definido se a função convergir para um determinado valor. Algumas funções ao se aproximarem de um determinando ponto oscilam muito de valor, não sendo possível verificar sua convergência para um valor específico. Veja o exemplo da função , que não está definida no ponto mas pode assumir valores de x que próximos de zero. Observa-se que para valores de x próximos de zero, os valores da função oscilam entre e (mínimo e máximo valor para o seno), e não convergem para um valor específico. O gráfico dessa função está representado na figura abaixo. Devido a esse comportamento, de não convergir para um determinado valor, o limite da função não está definido no ponto zero. Procedimentos para se determinar o limite de uma função No texto a seguir você irá encontrar alguns procedimentos úteis no cálculo de limites. Ficando atento a essas dicas torna-se mais fácil encontrar, caso exista, o valor do limite da função. Para uma função definida no ponto (existe ) e ao redor dele, caso a função apresente a mesma expressão matemática imediatamente antes e imediatamente após , então o limite da função no ponto equivale ao valor numérico da função: . Exemplo: Seja a função . A tabela 2 na próxima página ilustra o comportamento desta função para valores de x próximos de 2. Limites laterais Limite no ponto 1,99 6,98 1,999 6,998 1,9999 6,9998 1,99999 6,99998 2,01 7,02 2,001 7,002 2,0001 7,0002 2,00001 7,00002 Tabela 2 Com a convergência dos valores de x para 2 observa-se a conseqüente convergência dos valores da função para 7. Assim existe o limite da função quando x se aproxima de 2 e este limite vale 7. Assim: Nos casos que a função estiver definida ao redor de , mas apresentar expressões matemáticas distintas à esquerda e à direita deste ponto, independentemente da função estar ou não definida em , ou seja, existindo ou não , é necessário se calcular os limites laterais ao ponto para verificar se eles são iguais: Se , então Se , então o não está definido. Exemplos: A) Seja a função . Observe, nos dados da tabela 3, como a função se comporta para valores de x próximos de 2. Limites laterais Limite no ponto 1,99 4,96 1,999 4,996 1,9999 4,9996 1,99999 4,99996 2,01 4,95 2,001 4,995 2,0001 4,9995 2,00001 4,99996 Tabela 3 Mesmo apresentando expressões diferentes na vizinhança de , observa-se uma convergência da função para valores próximos de 5 quando os valores de x convergem para 2 . Então, como os limites laterais são iguais, o limite no ponto está definido. Temos: Nota: É interessante ressaltar que apesar desta função estar definida para o ponto , pois , para o cálculo dos limites este valor não produz nenhuma influência, uma vez que os limites são determinados para valores de x próximos de 2, mas não iguais a 2. B) Considere a função . Observe na tabela 4 como esta função se comporta para valores de x próximos de 1. Limites laterais Limite no ponto 0,99 0,99 0,999 0,999 0,9999 0,9999 0,99999 0,99999 1,01 0,980 1,001 0,99801,0001 0,99980 1,00001 0,99998 1,000001 0,999998 Tabela 4 A função anterior não está definida para , ou seja, não existe . No entanto, quando os valores de x convergem para 1 , tanto para valores à esquerda quanto para valores à direita de , a função apresenta convergência para 1 . Como os limites laterais estão definidos e apresentam mesmo valor, o limite no ponto está definido. Tem-se: C) Seja a função . A tabela 5 na página seguinte mostra o comportamento da função para valores de x próximos de 1. Limites laterais Limite no ponto 0,99 0,492 Não está definido o 0,999 0,4992 0,9999 0,49992 0,99999 0,499992 1,01 51 1,001 501 1,0001 5.001 1,00001 50.000 1,000001 500.001 1,0000001 5.000.000 Tabela 5 Ainda que a função esteja definida para , o limite no ponto não está definido. Pela tabela é possível notar que para valores de x próximos a 1 pela esquerda, os valores da função convergem para , enquanto para valores de x próximos a 1 pela direita a função apresenta valores positivos, numericamente cada vez maiores, tendendo ao infinito.Dessa forma os limites laterais estão definidos, mas o limite no ponto não existe. Temos: Quando numerador e o denominador de uma função estiverem convergindo para zero, temos uma indeterminação matemática. Nestes problemas o limite, caso ele exista, pode ser calculado através de uma função equivalente . Para se encontrar esta função equivalente iremos utilizar processos de fatoração e racionalização e simplificação de expressões, e determinaremos o através do limite da função . Assim, se é equivalente a para todo e , temos: Exemplo: Seja a função . Para essa função, fatorando o numerador e o denominador, colocando os termos comuns em evidência e simplificando a expressão obtemos o seguinte: Assim, as funções e são equivalentes para valores de . A tabela 6 mostra o comportamento da função ao redor do ponto Limites laterais Limite no ponto 1,9 1,20333333 1,99 1,32003333 1,999 1,33200033 1,9999 1,33320000 1,99999 1,33332000 1,999999 1,33333200 2,1 1,47000000 2,01 1,34670000 2,001 1,33466700 2,0001 1,33346667 2,00001 1,33334667 2,000001 1,33333467 Tabela 6 Para a função não é possível calcular diretamente , uma vez que o denominador e o numerador da função convergem para zero. Utilizando-se a função equivalente podemos determinar o limite da função . Temos: Então: A figura 9 mostra o gráfico da função , equivalente ao gráfico de , exceto em . Nota: Há uma dúvida muito comum ao se utilizar este artifício para se determinar o valor de um limite, devido ao fato que na função seja permitido substituir e a função não estar definida neste ponto. Porém, através da convergência da função apresentada na tabela 6, verifica-se facilmente que os limites das funções são iguais. LIMITES NO INFINITO Nos limites de funções onde a variável converge para o infinito há uma simplificação possível se utilizar em boa parte dos casos. Nas funções polinomiais, ou funções racionais com divisão de polinômios, basta analisar o limite da função através dos termos de maior expoente. Esta simplificação é possível porque para valores de x numericamente grandes os termos de maior expoente tornam-se muito mais significativos que os demais. Veja um exemplo: A tabela 7 abaixo mostra o comportamento da função para valores de x que vão se tornando, numericamente, cada vez maiores. 10 300.000 -10.000 20 290.020 20 9.600.000 -80.000 40 9.520.040 50 937.500.000 -1.250.000 100 936.250.100 100 30.000.000.000 -10.000.000 200 29.990.000.200 200 960.000.000.000 -80.000.000 400 959.920.000.400 -10 -300.000 10.000 -20 -290.020 -40 -307.200.000 640.000 -80 -306.560.080 -80 -9.830.400.000 5.120.000 -160 -9.825.280.160 -120 -74.649.600.000 17.280.000 -240 -74.632.320.240 -200 -960.000.000.000 80.000.000 -400 -959.920.000.400 Tabela 7 Nota-se que quanto maiores numericamente forem os valores de x, mais próxima a função estará do valor do termo . Assim, para o cálculo de um limite com bastaria verificar o comportamento do termo . Assim, temos: Exemplos: a) b) c) d) e) Quando a função não estiver definida em , e apresentar a mesma expressão ao redor desse ponto, deve-se calcular os limites laterais para se verificar se eles são iguais. Este tipo de cálculo é muito comum na determinação de limites onde somente o denominador converge para zero, tornando-se necessário um estudo do sinal do denominador. Exemplo: Seja a função . A tabela 8 mostra o comportamento da função para valores de x próximos de 0. Limites laterais Limite no ponto 0,01 -10.000 0,001 -1.000.000 0,0001 -100.000.000 0,00001 -10.000.000.000 -0,01 -10.000 -0,001 -1.000.000 -0,0001 -100.000.000 -0,00001 -10.000.000.000 Tabela 8 Para valores de x próximos de 0, nota-se que a função não converge para um valor específico, no entanto os valores da função tornam-se cada vez maiores numericamente e apresentam sempre sinal negativo. Dessa forma podemos entender que quando os valores de x convergem para zero a função tende a valores infinitos negativos ( ) e ainda, que o limite da função está definido no ponto zero. Assim: A figura abaixo mostra o gráfico desta função. Vamos agora analisar expressões indeterminadas. Costuma-se dizer que as expressões: . Sejam f e g funções tais . Nada se pode afirmar, a priori, sobre o limite do quociente . Dependendo das funções f e g ele pode assumir qualquer valor real ou não existir. Exprimimos isso, dizendo que 0/0 é um símbolo de indeterminação. Exemplo: 1) Conferindo temos: Neste caso, fatora-se o numerador e o denominador fazendo-se a seguir as simplificações possíveis, pois temos uma forma indeterminada: 2) Nestes casos, temos uma indeterminação do tipo . 2.1) Vamos dividir o numerador e o denominador por x e depois aplicar as propriedades de limites. 2.2) , dividimos o numerador e o denominador pela maior potência de x, que neste caso é PROPRIEDADES DOS LIMITES INFINITOS LIMITES FUNDAMENTAIS Os limites fundamentais consistem em proposições específicas a casos particulares, a saber, indeterminações do tipo , e . Proposição 1: é igual a 1. Aplicações: a) Para resolvermos este limite, utilizaremos alguns recursos básicos. . Portanto, b) Neste caso, não necessitaremos do recurso da substituição como no caso anterior. Veja: Proposição 2: , onde e é o número irracional neperiano cujo valor aproximado é 2,718281828459... Aplicações: a) Demonstre que Em primeiro lugar vamos provar . De fato fazendo temos que quando . Logo, . Da mesma forma podemos deduzir que . Portanto . b) Determinar . Temos que: Proposição 3: . REGRA DE L’ HOSPITAL A Regra de L’ Hospital é um método para a resolução de indeterminações do tipo . Sejam f e g funções deriváveis num intervalo aberto I, exceto possivelmente, em um ponto . Suponhamos que para todo em I. Exemplo: Este limite tem a forma indeterminada 0/0. Vamos conhecer o processo pela qual a Regra de L’Hospital é resolvida, quando você se deparar com osímbolo , significa que estamos derivando esta função, esse é nosso próximo conteúdo, estaremos só aprendendo neste ponto como derivamos polinômios, para resolvermos o limite. REGRAS DE DERIVAÇÂO: Derivada de uma constante: Se c é uma constante e para todo x, então . Regra de potência: Se n é um número inteiro positivo e , então . Derivada do produto de uma constante por uma função: Sejam f uma função, c uma constante e g a função definida por . Se existe, então . Vamos praticar, derive as funções a seguir: a) b) c) d) e) f) g) h) Agora que já praticamos como derivar, vamos voltar ao nosso exemplo de limite e resolver aplicando a regra de l’ hospital: A Regra de L’Hospital permite resolver muitos limites que tornam formas indeterminadas, e para isso, basta aplicar as regras de derivação, não se esquecendo que a derivada da soma de um número finito de funções é igual á soma de suas derivadas, se estas existirem. Exemplos: a) b) ATIVIDADES DE FIXAÇÃO Dado o gráfico das funções a seguir, determine seus limites: a) b) c) d) Construa o gráfico e analise a continuidade das seguintes funções: a) b) c) d) Determine, se existirem, os valores de , nos quais a função f(x) não é contínua. a) �� EMBED Equation.DSMT4 c) b) Calcule os limites: a) b) c) d) e) f) g) h) i) Calcular os limites: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) l) m) n) o) Calcular os limites, se existir: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) l) m) n) o) p) 7) Calcule os limites aplicando os limites fundamentais. a) c) b) REFERENCIAL DE RESPOSTAS 1) a) c) b) d) 2) a) b) c) d) 3) a) Neste caso temos os pontos que não pertencem ao domínio da função: x = 3 e x = -7. b) Neste caso a função não é contínua em ,pois esses pontos não pertencem ao domínio da função. c) Temos que em x = -1 a função não é contínua porque não existe . 4) a) 17 b) 14 c) d) 0 e) f) g) 0 h) i) 5) a) 0 b) c) d) -3 e) 1 f) g) 1 h) i) j) l) (0 m) n) o) 6) a) b) c) d) -13 e) -7 f) -1 g) h) i) 0 j) l) m) n) o) 0 p) 4 7) a) 9 b) 4/3 c) Limite lateral à esquerda Limite lateral à direita � �EMBED Equation.3��� � � EMBED Equation.DSMT4 ��� � � � � � È contínua se x < 1 e se x > 1, e descontínua em x = 1. � A função é contínua para todos os reais. � Analisando o gráfico visualiza-se uma função contínua em todo o seu domínio, ou seja, em todo o conjunto dos números reais. � A visualização gráfica mostra que a função não é contínua em x = -2 . �PAGE � �PAGE �1� _1240604252.unknown _1240742252.unknown _1271231613.unknown _1271268385.unknown _1271273287.unknown _1271276440.unknown _1271480802.unknown _1271481192.unknown _1271481962.unknown _1271482268.unknown _1271482569.unknown _1271482804.unknown _1271482921.unknown _1271482637.unknown _1271482367.unknown _1271482096.unknown _1271482190.unknown _1271482023.unknown _1271481752.unknown _1271481905.unknown _1271481947.unknown _1271481481.unknown _1271481519.unknown _1271481708.unknown _1271481241.unknown _1271480914.unknown _1271480989.unknown _1271480829.unknown _1271277198.unknown _1271277446.unknown _1271480772.unknown _1271480787.unknown _1271277602.unknown _1271277695.unknown _1271277733.unknown _1271277640.unknown _1271277519.unknown _1271277252.unknown _1271277374.unknown _1271277264.unknown _1271277211.unknown _1271276868.unknown _1271276994.unknown _1271277167.unknown _1271276947.unknown _1271276572.unknown _1271276655.unknown _1271276497.unknown _1271274121.unknown _1271274259.unknown _1271274295.unknown _1271276134.unknown _1271274314.unknown _1271274282.unknown _1271274221.unknown _1271274241.unknown _1271274152.unknown _1271273420.unknown _1271273489.unknown _1271274110.unknown _1271273461.unknown _1271273355.unknown _1271273383.unknown _1271273328.unknown _1271269480.unknown _1271273110.unknown _1271273192.unknown _1271273243.unknown _1271273147.unknown _1271272619.unknown _1271272977.unknown _1271269546.unknown _1271272560.unknown _1271269531.unknown _1271268521.unknown _1271269357.unknown _1271269399.unknown _1271269200.unknown _1271269234.unknown _1271269257.unknown _1271268661.unknown _1271268446.unknown _1271268485.unknown _1271268418.unknown _1271249258.unknown _1271253742.unknown _1271265948.unknown _1271266048.unknown _1271266535.unknown _1271266595.unknown _1271266739.unknown _1271266506.unknown _1271265999.unknown _1271253895.unknown _1271254172.unknown _1271254279.unknown _1271254318.unknown _1271254243.unknown _1271254070.unknown _1271253827.unknown _1271251831.unknown _1271253171.unknown _1271253691.unknown _1271252856.unknown _1271251581.unknown _1271251778.unknown _1271249425.unknown _1271249483.unknown _1271232312.unknown _1271232430.unknown _1271233096.unknown _1271233145.unknown _1271232620.unknown _1271232357.unknown _1271232407.unknown _1271232337.unknown _1271232085.unknown _1271232245.unknown _1271232283.unknown _1271232222.unknown _1271231983.unknown _1271232059.unknown _1271231637.unknown _1271188982.unknown _1271229317.unknown _1271229857.unknown _1271231477.unknown _1271231496.unknown _1271230304.unknown _1271229603.unknown _1271229630.unknown _1271229347.unknown _1271189818.unknown _1271229106.unknown _1271229292.unknown _1271190188.unknown _1271189156.unknown _1271189468.unknown _1271189029.unknown _1271178737.unknown _1271187455.unknown _1271188329.unknown _1271188508.unknown _1271188213.unknown _1271187119.unknown _1271187401.unknown _1271180406.unknown _1255866781.unknown _1255866943.unknown _1240742799.unknown _1240743858.unknown _1240607605.unknown _1240737127.unknown _1240739817.unknown _1240740882.unknown _1240741458.unknown _1240740807.unknown _1240737180.unknown _1240739080.unknown _1240739733.unknown _1240607929.unknown _1240608380.unknown _1240608745.unknown_1240736724.unknown _1240736763.unknown _1240608837.unknown _1240609644.unknown _1240610057.unknown _1240609410.unknown _1240608822.unknown _1240608450.unknown _1240608572.unknown _1240608733.unknown _1240608564.unknown _1240608400.unknown _1240608200.unknown _1240608208.unknown _1240608335.unknown _1240607978.unknown _1240608110.unknown _1240607853.unknown _1240607882.unknown _1240607802.unknown _1240606454.unknown _1240606900.unknown _1240607288.unknown _1240607549.unknown _1240607576.unknown _1240607273.unknown _1240606871.unknown _1240606886.unknown _1240606467.unknown _1240605218.unknown _1240606007.unknown _1240606133.unknown _1240606207.unknown _1240605705.unknown _1240605007.unknown _1240605104.unknown _1240604978.unknown _1223202356.unknown _1240601882.unknown _1240603873.unknown _1240603965.unknown _1240604246.unknown _1240602273.unknown _1240602307.unknown _1240602109.unknown _1240602100.unknown _1240601701.unknown _1240601815.unknown _1240601829.unknown _1240601719.unknown _1240600923.unknown _1240601080.unknown _1240601657.unknown _1240601679.unknown _1240601058.unknown _1223207086.unknown _1240599200.unknown _1240600835.unknown _1240599255.unknown _1223207305.unknown _1240599168.unknown _1223207420.unknown _1223207233.unknown _1223205988.unknown _1223206307.unknown _1223205971.unknown _1223205852.unknown _1223205939.unknown _1223189842.unknown _1223196279.unknown _1223198895.unknown _1223201664.unknown _1223201818.unknown _1223199782.unknown _1223199810.unknown _1223199119.unknown _1223196317.unknown _1223198418.unknown _1223198471.unknown _1223197648.unknown _1223196296.unknown _1223195088.unknown _1223195604.unknown _1223196205.unknown _1223195554.unknown _1223195572.unknown _1223192645.unknown _1223195030.unknown _1223191102.unknown _1223190642.unknown _1222528930.unknown _1223132388.unknown _1223133787.unknown _1222528944.unknown _1223132261.unknown _1222525280.unknown _1222526873.unknown _1222528302.unknown _1222526191.unknown _1222526237.unknown _1222526092.unknown _1222525034.unknown _1222525264.unknown _1222525265.unknown _1222524927.unknown _1079722904.unknown
Compartilhar