Matemáticas IIFácil2 pts

Límites y continuidad

También trata: Integrales
Castilla y León · 2020 · Julio
Enunciado
a) (1 punto) Calcular lim⁡x→0ex−cos⁡x−xex+sen⁡x−1\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{e^x - \cos x - x}{e^x + \operatorname{sen} x - 1}.

b) (1 punto) Calcular ∫0π2(sen⁡x+cos⁡x) dx\displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}}(\operatorname{sen} x + \cos x)\,dx.
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Resultado
a) lim⁡x→0ex−cos⁡x−xex+sen⁡x−1=0\boxed{\text{a)}\ \lim_{x\to 0}\frac{e^x - \cos x - x}{e^x + \operatorname{sen} x - 1} = 0}b) ∫0π/2(sen⁡x+cos⁡x) dx=2\boxed{\text{b)}\ \int_0^{\pi/2}(\operatorname{sen} x + \cos x)\,dx = 2}
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Estrategia

En a), al sustituir x=0x = 0 sale 00\frac{0}{0}: numerador y denominador son derivables y se anulan en 00, así que aplicamos la regla de L'Hôpital (derivar arriba y abajo por separado) y volvemos a sustituir.

En b) la primitiva es inmediata, −cos⁡x+sen⁡x-\cos x + \operatorname{sen} x, y la integral definida se calcula con la regla de Barrow.
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Desarrollo

a) Sustituyendo x=0x = 0:e0−cos⁡0−0e0+sen⁡0−1=1−1−01+0−1=00\frac{e^0 - \cos 0 - 0}{e^0 + \operatorname{sen} 0 - 1} = \frac{1 - 1 - 0}{1 + 0 - 1} = \frac{0}{0}Indeterminación. Numerador y denominador son derivables cerca de 00, así que aplicamos L'Hôpital:lim⁡x→0ex−cos⁡x−xex+sen⁡x−1=L’Hlim⁡x→0ex+sen⁡x−1ex+cos⁡x=1+0−11+1=02=0\lim_{x\to 0}\frac{e^x - \cos x - x}{e^x + \operatorname{sen} x - 1} \overset{\text{L'H}}{=} \lim_{x\to 0}\frac{e^x + \operatorname{sen} x - 1}{e^x + \cos x} = \frac{1 + 0 - 1}{1 + 1} = \frac{0}{2} = 0Ojo: ahora el denominador vale 2≠02 \neq 0, así que no hay que volver a aplicar L'Hôpital; el límite es 00.

(Comprobación con desarrollos de Taylor: el numerador es (1+x+x22)−(1−x22)−x+⋯=x2+…\left(1 + x + \frac{x^2}{2}\right) - \left(1 - \frac{x^2}{2}\right) - x + \dots = x^2 + \dots y el denominador, (1+x)+x−1+⋯=2x+…(1 + x) + x - 1 + \dots = 2x + \dots; el cociente se comporta como x2→0\frac{x}{2} \to 0 ✓.)

b) Una primitiva de sen⁡x+cos⁡x\operatorname{sen} x + \cos x es F(x)=−cos⁡x+sen⁡xF(x) = -\cos x + \operatorname{sen} x (derivando, F′(x)=sen⁡x+cos⁡xF'(x) = \operatorname{sen} x + \cos x ✓). La función es continua en [0,π2]\left[0, \frac{\pi}{2}\right] y, por la regla de Barrow:∫0π2(sen⁡x+cos⁡x) dx=[−cos⁡x+sen⁡x]0π2=(−cos⁡π2+sen⁡π2)−(−cos⁡0+sen⁡0)\int_0^{\frac{\pi}{2}}(\operatorname{sen} x + \cos x)\,dx = \Bigl[-\cos x + \operatorname{sen} x\Bigr]_0^{\frac{\pi}{2}} = \left(-\cos\frac{\pi}{2} + \operatorname{sen}\frac{\pi}{2}\right) - \left(-\cos 0 + \operatorname{sen} 0\right)=(0+1)−(−1+0)=1+1=2= (0 + 1) - (-1 + 0) = 1 + 1 = 2Como el integrando es positivo en todo el intervalo, el resultado es el área bajo la curva, y tiene sentido que sea positivo.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Después de cada L'Hôpital, sustituye antes de seguir derivando. Aquí, tras la primera aplicación el numerador da 00 pero el denominador da 22: no es indeterminación y el límite es 00. Quien vuelve a derivar por inercia obtiene 20\frac{2}{0} o cualquier otra cosa.

En b) el signo de la primitiva del seno es la trampa clásica: ∫sen⁡x dx=−cos⁡x\int\operatorname{sen} x\,dx = -\cos x.
Paso 1 de 3
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