Limite fundamentale și forme nedeterminate · nivel M2
Citește regula și exemplul acestei părți, apoi aplică-le în exerciții. Poți reveni oricând la aceeași explicație.
Ce înseamnă o limită
limx→a f(x) = L se citește „limita lui f(x) când x tinde la a este L”. Înseamnă că, dacă luăm x tot mai aproape de a (dar diferit de a), valorile f(x) ajung oricât de aproape de L.
Dacă funcția este definită de ambele părți ale lui a, ne apropiem din stânga, cu x < a (notăm x → a−), și din dreapta, cu x > a (notăm x → a+). Limita există dacă ambele limite laterale există și sunt egale. La capătul domeniului ne apropiem doar din partea unde funcția este definită: de exemplu, pentru √x în 0 venim din dreapta.
Limita nu este neapărat f(a). Funcția poate să nu fie definită în a (pe grafic apare un punct gol) sau poate avea în a altă valoare: limita privește doar ce se întâmplă în jurul lui a.
🧮 De ținut minte
limx→a f(x) = L
x → a−: x < a, tot mai aproape de a
x → a+: x > a, tot mai aproape de a
✏️Exemplu rezolvat, cu alte date
Fie f(x) = x2 + 3xx, definită pentru x ≠ 0. Spre ce se apropie f(x) când x → 0?
1f(0) nu există: la x = 0 numitorul este 0. Ne uităm deci la valori apropiate de 0.
2Din stânga: f(−0,1) = 2,9 și f(−0,01) = 2,99. Din dreapta: f(0,1) = 3,1 și f(0,01) = 3,01.
3Pentru x ≠ 0, x2 + 3x = x(x + 3), deci f(x) = x + 3: graficul este dreapta y = x + 3 fără punctul (0, 3).
4Ambele părți se apropie de 3, deci limx→0 f(x) = 3, deși f(0) nu există.
⚠️ Greșeală frecventă
Greșit: „Limita în a este întotdeauna f(a)”, adică se află mereu înlocuind x = a.
De ce: Înlocuirea merge doar când funcția e continuă în a. Limita descrie valorile din jurul lui a: f(a) poate lipsi sau poate fi alt număr.
📖Deschide toată lecțiaÎnchide lecția completăTeorie, exemple și exerciții rezolvate · pentru recapitulare⌄
Toată lecția pe o pagină
Limite fundamentale și forme nedeterminate · nivel M2: teorie, exemple și exerciții rezolvate
Fiecare parte are o idee mică, un exemplu rezolvat (des cu desen animat), o greșeală de evitat și trei probleme: una directă, una cu o mică variație și una pe care o rezolvi singur.
Ce înseamnă o limită
limx→a f(x) = L se citește „limita lui f(x) când x tinde la a este L”. Înseamnă că, dacă luăm x tot mai aproape de a (dar diferit de a), valorile f(x) ajung oricât de aproape de L.
Dacă funcția este definită de ambele părți ale lui a, ne apropiem din stânga, cu x < a (notăm x → a−), și din dreapta, cu x > a (notăm x → a+). Limita există dacă ambele limite laterale există și sunt egale. La capătul domeniului ne apropiem doar din partea unde funcția este definită: de exemplu, pentru √x în 0 venim din dreapta.
Limita nu este neapărat f(a). Funcția poate să nu fie definită în a (pe grafic apare un punct gol) sau poate avea în a altă valoare: limita privește doar ce se întâmplă în jurul lui a.
limx→a f(x) = L
x → a−: x < a, tot mai aproape de a
x → a+: x > a, tot mai aproape de a
Exemplu rezolvat, cu alte date
Fie f(x) = x2 + 3xx, definită pentru x ≠ 0. Spre ce se apropie f(x) când x → 0?
f(0) nu există: la x = 0 numitorul este 0. Ne uităm deci la valori apropiate de 0.
Din stânga: f(−0,1) = 2,9 și f(−0,01) = 2,99. Din dreapta: f(0,1) = 3,1 și f(0,01) = 3,01.
Pentru x ≠ 0, x2 + 3x = x(x + 3), deci f(x) = x + 3: graficul este dreapta y = x + 3 fără punctul (0, 3).
Ambele părți se apropie de 3, deci limx→0 f(x) = 3, deși f(0) nu există.
Greșeală frecventă:„Limita în a este întotdeauna f(a)”, adică se află mereu înlocuind x = a.Înlocuirea merge doar când funcția e continuă în a. Limita descrie valorile din jurul lui a: f(a) poate lipsi sau poate fi alt număr.
Înlocuirea directă
Dacă f este continuă în a, limita este chiar f(a): înlocuim x = a. Polinoamele sunt continue peste tot.
La o fracție verificăm întâi numitorul chiar în punctul a. Dacă nu este 0, calculăm separat numărătorul și numitorul și împărțim.
limx→a f(x) = f(a), dacă f e continuă în a
numitorul în a ≠ 0 ⇒ înlocuim direct
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→3x2 + 1x − 1.
Numitorul la x = 3: 3 − 1 = 2 ≠ 0, deci înlocuirea directă este permisă.
Numărătorul: 32 + 1 = 10.
Limita este 102 = 5. Verificare: f(2,99) ≈ 4,995 și f(3,01) ≈ 5,005, foarte aproape de 5.
Greșeală frecventă:„x2 − 2xx − 2 cu x → 4 dă 00, pentru că la numitor apare x − 2.”Numitorul se verifică în punctul cerut: la x = 4, x − 2 = 2 ≠ 0. Înlocuiești direct: 16 − 82 = 4.
Forma 00: diferența de pătrate
Dacă înlocuirea dă 00, încă nu știm limita: 00 este o formă nedeterminată. Când numărătorul și numitorul sunt polinoame care se anulează amândouă în a, ele au un factor comun x − a (la radicali, logaritmi sau exponențiale folosim alte metode, în părțile următoare).
Când numărătorul este o diferență de pătrate, îl descompunem: x2 − a2 = (x − a)(x + a). Simplificăm factorul x − a, ceea ce e permis pentru x ≠ a (exact valorile la care se uită limita), apoi înlocuim în ce a rămas.
x2 − a2 = (x − a)(x + a)
00 ⇒ descompunem, simplificăm, apoi înlocuim
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→5x2 − 25x − 5.
Înlocuirea dă 25 − 255 − 5 = 00: trebuie să transformăm expresia.
x2 − 25 = (x − 5)(x + 5). Pentru x ≠ 5 simplificăm x − 5 și rămâne x + 5.
Când x → 5, x + 5 → 10. Limita este 10, deși expresia inițială nu este definită în 5.
Greșeală frecventă:„00 = 0”, sau „00, deci limita nu există”.00 nu este un rezultat, ci un semnal că trebuie să transformăm expresia. În acest exemplu, polinoamele au factorul comun x − 5, pe care îl simplificăm pentru x ≠ 5. Tabelul arată că valorile se apropie de un număr precis.
Forma 00: trinom și cuburi
Dacă a anulează un polinom, atunci x − a este un factor al lui. La un trinom ax2 + bx + c cu rădăcinile x1 și x2 scriem ax2 + bx + c = a(x − x1)(x − x2).
Pentru cuburi folosim x3 − a3 = (x − a)(x2 + ax + a2). După descompunere simplificăm factorul care produce 00 și înlocuim în ce a rămas.
ax2 + bx + c = a(x − x1)(x − x2)
x3 − a3 = (x − a)(x2 + ax + a2)
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→2x2 + x − 6x − 2.
Înlocuirea dă 4 + 2 − 60 = 00, deci 2 este rădăcină a numărătorului.
Rădăcinile lui x2 + x − 6 sunt 2 și −3, deci x2 + x − 6 = (x − 2)(x + 3).
Simplificăm x − 2 (pentru x ≠ 2) și rămâne x + 3, care tinde la 2 + 3 = 5.
Greșeală frecventă:x2 + x − 6 = (x + 2)(x − 3).Verifică prin înmulțire: (x + 2)(x − 3) = x2 − x − 6. Factorii corecți vin din rădăcini: 2 și −3 dau (x − 2)(x + 3).
Forma 00 cu radical: conjugata
Când în forma 00 apare un radical, nu putem descompune direct. Amplificăm fracția cu conjugata: pentru √A − B folosim √A + B (aceiași termeni, cu semnul din mijloc schimbat).
Produsul (√A − B)(√A + B) = A − B2 nu mai conține radical. Apare factorul care se anulează; îl simplificăm, iar conjugata rămâne în cealaltă parte a fracției. Apoi înlocuim.
(√A − B)(√A + B) = A − B2
conjugata lui √A − B este √A + B
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→1√x + 3 − 2x − 1.
Înlocuirea dă √4 − 20 = 00.
Amplificăm cu √x + 3 + 2: la numărător rămâne (x + 3) − 4 = x − 1.
Simplificăm x − 1 și rămâne 1√x + 3 + 2, care tinde la 12 + 2 = 14.
Greșeală frecventă:Amplifici cu aceeași expresie, √x + 3 − 2, sau scrii (√x + 3)2 = (x + 3)2.Conjugata are semnul schimbat, √x + 3 + 2, iar un radical la pătrat dă exact ce e sub el: (√x + 3)2 = x + 3.
Limite la infinit: grade egale sau grad mai mic
La x → +∞ sau x → −∞ nu înlocuim: ∞ nu este un număr. Contează doar termenii cu puterea cea mai mare (termenii dominanți); ceilalți devin neglijabili.
Grade egale: limita este raportul coeficienților dominanți. Numitorul are gradul mai mare: împărțind la puterea lui, numărătorul tinde la 0, deci limita este 0.
Dacă limx→+∞ f(x) = L, un număr, dreapta y = L este asimptotă orizontală spre +∞: graficul se lipește de ea.
grade egale: raportul coeficienților dominanți
grad mai mic sus: 0
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→+∞9x2 + 13x2 − x.
Numărătorul și numitorul au gradul 2: forma ∞∞.
Împărțim fiecare termen la x2: 9 + 1x23 − 1x, iar 1x2 → 0 și 1x → 0.
Limita este 93 = 3. Dreapta y = 3 este asimptotă orizontală spre +∞.
Greșeală frecventă:„∞∞ = 1”, pentru că sus și jos e infinit.Infinitul nu se simplifică: 2x2x2 → 2, dar x2x → +∞. Rezultatul îl dau gradele și coeficienții dominanți.
Grad mai mare sus: limita e ±∞
Când numărătorul are gradul mai mare, raportul se poartă ca raportul termenilor dominanți, de exemplu x34x2 = x4, care crește nelimitat.
Semnul îl dau coeficienții și direcția: la x → −∞, o putere impară a lui x este negativă, iar una pară este pozitivă.
x3ax2 = xa
x → −∞ ⇒ x3 → −∞, x2 → +∞
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→+∞x3 + 14x2 − 1.
Termenii dominanți: x34x2 = x4.
x4 crește nelimitat când x → +∞.
Limita este +∞; nu există asimptotă orizontală spre +∞.
Greșeală frecventă:La x → −∞ scrii (−∞)3 = +∞.O putere impară păstrează semnul: (−10)3 = −1000. Doar puterile pare ale unui număr negativ sunt pozitive.
Limite laterale și asimptota verticală
Dacă numitorul tinde la 0, iar numărătorul la un număr nenul, raportul crește nelimitat în valoare absolută: limita este +∞ sau −∞. Nu e o formă nedeterminată; trebuie doar stabilit semnul.
Semnul îl aflăm separat la stânga (x → a−, x < a) și la dreapta (x → a+, x > a), din semnul numărătorului și al numitorului. Dacă limitele laterale diferă, limita în a nu există.
Dacă o limită laterală în a este +∞ sau −∞, dreapta x = a este asimptotă verticală. Când numitorul este un pătrat, semnul lui este același de ambele părți.
număr ≠ 0 împărțit la ceva care tinde la 0 ⇒ ±∞
limitele laterale diferite ⇒ limita nu există
o limită laterală infinită în a ⇒ x = a asimptotă verticală
Exemplu rezolvat, cu alte date
Află limitele laterale ale lui 2x − 3 în 3.
Numărătorul 2 este pozitiv.
La stânga, x − 3 < 0 și tinde la 0: raportul tinde la −∞.
La dreapta, x − 3 > 0: raportul tinde la +∞. Limita în 3 nu există, iar x = 3 este asimptotă verticală.
Greșeală frecventă:„Numitorul tinde la 0, deci limita este +∞”, fără să te uiți la semne.Semnul contează: 2x − 3 este negativ la stânga lui 3 (x − 3 < 0) și pozitiv la dreapta. Fiecare parte se studiază separat.
Limitele fundamentale ale lui ex și ln
Două limite de forma 00 se folosesc ca formule: eu − 1u → 1 și ln(1 + u)u → 1 când u → 0.
Dacă punctul nu e 0, facem o schimbare de variabilă: de exemplu, la x → 1 punem u = x − 1, iar u → 0. Dacă raportul e întors, ca xex − 1, limita este tot 1.
Limita este (12) · 1 = 12. Tabelul confirmă: valorile se strâng în jurul lui 0,5.
Greșeală frecventă:ex − 1x → 0, pentru că sus și jos totul tinde la 0.00 este nedeterminare. Pentru x mic, ex − 1 este aproape egal cu x (e0,01 − 1 ≈ 0,01005), deci raportul se apropie de 1, nu de 0.
Limitele fundamentale cu u = ax
Dacă în funcție apare ax, avem nevoie de ax și la numitor: înmulțim și împărțim cu a. Așa eax − 1x tinde la a; la fel ln(1 + ax)x. Atenție la semn: ln(1 − 2x) = ln(1 + u) cu u = −2x.
Într-un raport de două astfel de expresii împărțim sus și jos la x și facem raportul limitelor.
eax − 1x → a
ln(1 + ax)x → a
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→0e4x − 1x.
Scriem e4x − 1x = [e4x − 14x] · 4.
Cu u = 4x → 0, primul factor tinde la 1.
Limita este 1 · 4 = 4.
Greșeală frecventă:e7x − 1x → 1, ca la formula fundamentală.Formula cere același u sus și jos: e7x − 17x → 1. Cu x la numitor, rezultatul se înmulțește cu 7, deci limita este 7.
Raport de limite fundamentale și parametri
Când sus și jos apar două expresii de tipul eu − 1, ln(1 + u), împărțim și numărătorul, și numitorul la x. Fiecare parte tinde la un număr, iar limita este raportul lor.
Dacă apare un parametru a, calculăm întâi limita în funcție de a, de exemplu eax − 1x → a, apoi punem condiția din enunț și rezolvăm ecuația.
împărțim sus și jos la x
eax − 1x → a
ln(1 + ax)x → a
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→0ln(1 + 4x)e2x − 1.
Împărțim numărătorul și numitorul la x, operație permisă pentru x ≠ 0.
ln(1 + 4x)x → 4, iar e2x − 1x → 2.
Limita este 42 = 2.
Greșeală frecventă:Simplifici „ln” cu „e”, sau x-ul din exponent cu cel de la numitor.Funcțiile nu se simplifică între ele. Doar după împărțirea la x fiecare parte devine o limită fundamentală, cu limita ei.
Funcția dată: simplificăm ex
Când enunțul dă f, o înlocuim întâi în expresie. ex nu este niciodată 0, deci îl putem scoate factor comun și simplifica.
După simplificare rămâne de obicei o fracție de polinoame: la un punct finit simplificăm factorul care produce 00, iar la +∞ comparăm gradele.
ex > 0 pentru orice x
ex · Aex · B = AB
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→+∞ex(2x + 1)ex · x.
ex ≠ 0 se simplifică.
Rămâne 2x + 1x = 2 + 1x.
1x → 0, deci limita este 2.
Greșeală frecventă:ex + ex·x2 = ex · x2.Primul termen înseamnă ex · 1: ex + ex·x2 = ex(1 + x2). Fără 1 pierzi un termen.
Regula lui l'Hôpital
Regula se aplică doar în cazurile 00 sau ∞∞. Dacă f și g sunt derivabile lângă a, g′(x) ≠ 0 lângă a și limita lui f′(x)g′(x) există, atunci lim f(x)g(x) = lim f′(x)g′(x).
Derivăm separat numărătorul și numitorul; nu derivăm fracția ca pe un cât. Dacă după derivare obținem tot 00 sau ∞∞, putem aplica regula încă o dată.
Derivatele folosite cel mai des: (xn)′ = nxn−1, (ex)′ = ex, (ln x)′ = 1x, (√x)′ = 12√x, iar o constantă are derivata 0. La Bac, derivata funcției date apare adesea calculată chiar la punctul a).
00 sau ∞∞: lim fg = lim f′g′
(xn)′ = nxn−1, (ex)′ = ex, (ln x)′ = 1x
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→1ln xx2 − 1.
Înlocuirea dă ln 11 − 1 = 00, deci regula se poate aplica.
Greșeală frecventă:Aplici regula la limx→1x + 1x și obții 11 = 1.Înlocuirea dă 21 = 2, nu 00 sau ∞∞, deci regula nu se aplică, iar limita corectă este 2. Verifică întâi forma.
Recapitulare: alegi singur metoda
La o cerință nouă nu ghicești metoda: citești încotro merge x, apoi înlocuiești ca să vezi forma. Forma îți alege metoda.
Un număr: acesta e răspunsul. Număr nenul împărțit la 0: studiezi semnele la stânga și la dreapta. 00 sau ∞∞: descompui, amplifici cu conjugata, compari gradele, folosești o limită fundamentală sau regula lui l'Hôpital, cu derivata dată în enunț.
Înlocuim f: f(x) − ln x = x2 − 2x + 1 = (x − 1)2, deci expresia este (x − 1)2x2 − 1.
La x = 1 avem 00. Descompunem x2 − 1 = (x − 1)(x + 1) și simplificăm x − 1.
Rămâne x − 1x + 1, care tinde la 02 = 0.
Greșeală frecventă:Te oprești la 00 și scrii că limita nu există.00 cere o transformare; singură, această formă nu spune dacă limita există. Dacă limitele laterale există și diferă, limita nu există. Ea poate lipsi și când valorile oscilează fără să se apropie de un rezultat. În exercițiile de aici, transformarea sau compararea limitelor laterale justifică răspunsul.
Limita cu sinus (extra, nu intră în programa M2)
Programa M2 nu cere limite cu funcții trigonometrice; partea aceasta e pentru cine vrea mai mult și poate fi sărită la pregătirea pentru Bac.
sin uu → 1 când u → 0, cu unghiul în radiani. Dacă apare sin(ax), avem nevoie de ax la numitor: sin(ax)x → a. Un produs dintre ceva care tinde la 0 și ceva mărginit, ca sin(1x), tinde la 0.
sin uu → 1
sin(ax)x → a
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→0sin(4x)2x.
Scriem sin(4x)2x = [sin(4x)4x] · 42.
Primul factor tinde la 1.
Limita este 42 = 2.
Greșeală frecventă:sin(7x)x → 1.Formula cere același argument sus și jos: sin(7x)7x → 1, deci sin(7x)x → 7.
1 − cos x: o identitate, apoi sinusul (extra, nu intră în programa M2)
Programa M2 nu cere limite cu funcții trigonometrice; partea aceasta e pentru cine vrea mai mult și poate fi sărită la pregătirea pentru Bac.
1 − cos x = 2sin2(x2). Scriem x2 = 4(x2)2, ca să apară pătratul lui sin(x2)x2, care tinde la 1.
1 − cos x = 2sin2(x2)
Exemplu rezolvat, cu alte date
Calculează limx→01 − cos 2xx2.
1 − cos 2x = 2sin2x.
2sin2xx2 = 2 · (sin xx)2.
Limita este 2 · 1 = 2.
Greșeală frecventă:1 − cos x = sin2x.Identitatea corectă este 1 − cos x = 2sin2(x2); sin2x este 1 − cos2x, altă expresie.
Exemplu de nivel Bac · rezolvat complet
Model rezolvat pas cu pas · limită fundamentală exponențială
Calculați limx→0e2x − 1x.
Pasul 1 — recunoaștem forma apropiată de formula limu→0eu − 1u = 1.
Pasul 2 — alegem schimbarea de variabilă: u = 2x, iar u → 0 când x → 0.
Pasul 3 — avem nevoie de 2x la numitor, dar avem doar x.
Pasul 4 — rescriem: e2x − 1x = [e2x − 12x]·2.
Pasul 5 — aplicăm limita fundamentală: primul factor tinde la 1.