Matemáticas IIFácilProblema · 2,5 pts

Límites y continuidad

Castilla-La Mancha · 2021 · Julio
Enunciado
a) (1 punto) Calcula razonadamente el siguiente límite: lim⁡x→1x−1ex−1−1\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{x - 1}{e^{x-1} - 1}.

b) (1,5 puntos) Dada la funciónf(x)={exsi x<01x−1si 0≤x≤2xsi x>2,f(x) = \begin{cases} e^x & \text{si } x < 0 \\[4pt] \dfrac{1}{x - 1} & \text{si } 0 \le x \le 2 \\[4pt] x & \text{si } x > 2 \end{cases},estudia su continuidad en x=0x = 0 y en x=2x = 2 e indica el tipo de discontinuidad, si la hubiera.
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Resultado
a) lim⁡x→1x−1ex−1−1=1\boxed{\text{a)}\ \lim_{x \to 1} \frac{x - 1}{e^{x-1} - 1} = 1}b) En x=0 y en x=2: discontinuidad de salto finito\boxed{\text{b)}\ \text{En } x = 0 \text{ y en } x = 2:\ \text{discontinuidad de salto finito}}
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Estrategia

En a) al sustituir x=1x = 1 sale 00\frac{0}{0}, una indeterminación. Como numerador y denominador son derivables y se anulan en x=1x = 1, aplicamos la regla de L'Hôpital: derivamos arriba y abajo por separado y volvemos a calcular el límite.

En b) la función es continua en un punto x0x_0 si existe f(x0)f(x_0), existen los dos límites laterales, coinciden y son iguales a f(x0)f(x_0). En los puntos de unión de los trozos, cada límite lateral se calcula con la expresión del trozo que está a ese lado. Si los laterales existen (finitos) pero son distintos, la discontinuidad es de salto finito.
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Desarrollo

a) Al sustituir: numerador 1−1=01 - 1 = 0 y denominador e0−1=0e^0 - 1 = 0: indeterminación 00\frac{0}{0}. Por L'Hôpital,lim⁡x→1x−1ex−1−1=lim⁡x→1(x−1)′(ex−1−1)′=lim⁡x→11ex−1=1e0=1\lim_{x \to 1} \frac{x - 1}{e^{x-1} - 1} = \lim_{x \to 1} \frac{(x - 1)'}{(e^{x-1} - 1)'} = \lim_{x \to 1} \frac{1}{e^{x-1}} = \frac{1}{e^0} = 1(También se ve con el infinitésimo equivalente et−1∼te^t - 1 \sim t cuando t=x−1→0t = x - 1 \to 0.)

b) Continuidad en x=0x = 0. El valor de la función lo da el segundo trozo (que incluye el 00):f(0)=10−1=−1f(0) = \frac{1}{0 - 1} = -1Límites laterales:lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−ex=e0=1,lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+1x−1=1−1=−1\lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^-} e^x = e^0 = 1, \qquad \lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^+} \frac{1}{x - 1} = \frac{1}{-1} = -1Los dos laterales existen y son finitos, pero son distintos (1≠−11 \neq -1): no existe lim⁡x→0f(x)\lim_{x \to 0} f(x). La función no es continua en x=0x = 0: tiene una discontinuidad de salto finito, de salto ∣−1−1∣=2|{-1} - 1| = 2 (es continua por la derecha, porque f(0)f(0) coincide con el límite por la derecha).

Continuidad en x=2x = 2. De nuevo manda el segundo trozo:f(2)=12−1=1f(2) = \frac{1}{2 - 1} = 1lim⁡x→2−f(x)=lim⁡x→2−1x−1=1,lim⁡x→2+f(x)=lim⁡x→2+x=2\lim_{x \to 2^-} f(x) = \lim_{x \to 2^-} \frac{1}{x - 1} = 1, \qquad \lim_{x \to 2^+} f(x) = \lim_{x \to 2^+} x = 2Otra vez los laterales son finitos y distintos (1≠21 \neq 2): no es continua en x=2x = 2, discontinuidad de salto finito de salto 2−1=12 - 1 = 1 (continua por la izquierda).

Observación: aunque no se pregunta, el trozo 1x−1\frac{1}{x - 1} no está definido en x=1x = 1, que está dentro de [0,2][0, 2]: ahí la función tiene una asíntota vertical (discontinuidad de salto infinito).
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Consejo

Antes de usar L'Hôpital, escribe que el límite es una indeterminación 00\frac{0}{0}: sin esa comprobación el corrector puede no darlo por razonado. Y se derivan numerador y denominador por separado, no el cociente.

En las funciones a trozos, fíjate en qué trozo incluye el punto (aquí el ≤\le del segundo) para calcular f(x0)f(x_0), y nombra el tipo de discontinuidad: «salto finito» si los laterales son finitos y distintos.
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