límites y continuidad

INGIENERIA INDUSTRIAL EDUARDO OROZCO MORALESSEMESTRE II/2013 CALCULO I

Límites y Continuidad 1. Límite de una función en un punto. Propiedades.

A) LIMITE EN UN PUNTO.

A1) Límite finito:

Se dice que la función y = f(x) tiene por límite l cuando x tiende hacia a, y se representa por

Es decir, que si fijamos un entorno de l de radio , podemos encontrar un entorno de a de radio , que depende de , de modo que para cualquier valor de x que esté en el entorno E(a,) exceptuando el

propio a, se tiene que su imagen f(a) está en el entorno E(l,)

A2) Límite infinito: (A partir de ahora usaremos la notación matemática para hacer más corta la definición).

B) PROPIEDADES DE LOS LÍMITES.

B1) siempre que no aparezca la indeterminación .

B2) con .

B3) siempre y cuando no aparezca la indeterminación .

B4) siempre y cuando no aparezcan las indeterminaciones e .

B5) con , siempre y cuando tengan sentido las potencias que aparecen.


B6) siempre y cuando tengan sentido las potencias que aparecen y

no nos encontremos con indeterminaciones de los tipos .

LIMITES LATERALES.

C1) Límite por la

izquierda:

C2) Límite por la

derecha:

TEOREMA: Existe el límite si y solo si existen los limites laterales (por la derecha y por la izquierda) y ambos coinciden. (Demostración inmediata).

TEOREMA: Si existe el límite, éste es único. (Demostración inmediata).

Todo lo dicho anteriormente es también válido si consideramos que el límite vale en lugar de 1.


2. Límites en el infinito. Asíntotas de una curva.

A) LIMITES EN EL INFINITO.

A1) Límite finito .

A2) Límite infinito .

Todo lo

referente a las propiedades de los límites vistas en la pregunta anterior es válido si escribimos en lugar de a. Hay casos que parecen indeterminaciones y no lo son realmente.


B) ASÍNTOTAS DE UNA CURVA.

B1) Asíntotas verticales .

Se dice que y = f(x) tiene una asíntota vertical en x=a si o alguno (o ambos) de los límites laterales vale . Es decir, puede haber asíntota vertical por la derecha, por la izquierda o por ambos lados. La posición de la curva respecto a la asíntota dependerá del signo de los límites

laterales. Como ejemplo, determinar la asíntota vertical y su posición con respecto a la gráfica de la función.

Asíntota vertical

B2) Asíntotas horizontales .

Se dice que y = f(x) tiene una asíntota horizontal en y=b si . La asíntota puede aparecer

cuando La posición de la gráfica de la función respecto a la


asíntota vertical se determina estudiando si el signo de f(x) - b es positivo o negativo cuando . Como ejemplo, determinar la asíntota horizontal y su posición con respecto a la gráfica de la función

B3) Asíntotas oblicuas . Dada la función y = f(x), si se verifica que

a) b) c)

entonces se dice que y = mx + h es una asíntota oblicua de dicha función para . La asíntota

puede aparecer cuando Para estudiar la posición de la gráfica de la función con respecto a la asíntota basta estudiar el signo de f(x)-(mx + h). Como ejemplo, determinar la asíntota oblicua y su posición con respecto a la gráfica de la función


3. Cálculo de límites. A) INDETERMINACIÓN En la mayoría de los casos basta con efectuar las operaciones indicadas. Ejemplo.-

En otros casos, sobre todo en aquellos en que aparecen radicales, basta con multiplicar y dividir por la expresión radical conjugada. Ejemplo.-

B) INDETERMINACIÓN En la mayoría de los casos basta con efectuar las operaciones indicadas. Ejemplo.-

INDETERMINACIÓN Cuando solo aparecen funciones racionales, basta con descomponer factorialmente el numerador y el denominador. Ejemplo.-

En aquellos casos en que aparecen funciones irracionales (radicales), basta con multiplicar y dividir por la expresión radical conjugada. Ejemplo.-


D) INDETERMINACIÓN En la mayoría de los casos basta con dividir el numerador y denominador por la mayor potencia de x del denominador. Ejemplos.-

E) INDETERMINACIONES - - Para determinar estos límites tendremos en cuenta que:

de donde resulta que:

Pudiendo aparecer otras indeterminaciones, que resolveremos por los métodos anteriores o por métodos que aprenderemos en temas posteriores.

En el caso de la indeterminación podemos aplicar con mayor facilidad la siguiente igualdad:

Aplicar la igualdad

Anterior a la resolución del siguiente límite:

LIMITES

DE FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS . En algunos casos podemos utilizar un límite muy conocido, que es:


Aplica lo anterior para resolver los siguientes límites:

(Usa la fórmula del sen(x/2))

En los casos anteriores puede ocurrir que aplicando lo dicho anteriormente no podamos resolver la i determinación. Estos casos, al igual que en el apartado E), se resolverán en los temas siguientes

aplicando la Regla de L'Hôpital.

Función continúa en un punto y en un intervalo .

Diremos que la función y = f(x) es continua en x = a si:

a. Existe f(a), es decir, f(x) está definida en x=a.

b. Existe el .

c. Ambos valores coinciden, es decir .

Si tenemos en cuenta la definición de límite, podemos obtener la siguiente definición equivalente:

Diremos que y = f(x) es continua en el (a,b) si es continua en cada uno de los puntos del intervalo abierto (a,b).

Diremos que y = f(x) es continua por la derecha en x=a si .

Diremos que y = f(x) es continua por la izquierda en x=a si .

Diremos que y = f(x) es continua en el [a,b] si:

a. y = f(x) es continua en el intervalo abierto (a,b).

b. y = f(x) es continua por la derecha en x=a.

c. y = f(x) es continua por la izquierda en x=b.


TEOREMA: Si y = f(x) es continua en x = a existe el . (La demostración es inmediata) Sin embargo, el teorema recíproco no es cierto en general. Como ejemplo comprobarlo para:

TEOREMA DE CONSERVACIÓN DEL SIGNO

Sea y=f(x) una función continua en x=a siendo f(a) distinto de 0 existe un entorno de x=a en el que los valores de f(x) tienen el mismo signo que f(a).

Demostración: Supongamos que f(a)>0 (si fuese negativo, se razonaría de modo similar).

Tomemos . Por la continuidad de y=f(x) en x=a se tiene que:

Es decir:

Por lo tanto: f(x)>0. (Como se quería demostrar)

TEOREMA DE ACOTACIÓN DE LA FUNCIÓN

Si y = f(x) es continua en x = a y = f(x) está acotada en un cierto entorno de x = a.

Demostración:

Tomemos . Por la continuidad de y = f(x) en x = a se tiene que:

De modo que es un intervalo acotado, por lo tanto y=f(x) está acotada en el

entorno de x=a.

5. Operaciones con funciones continuas .

Sean f(x) y g(x) dos funciones continuas en x=a, se tiene entonces que:

a. es continua en x=a.


b. es continua en x=a.

c. es continua en x=a si .

d. es continua en x=a suponiendo que f(a)>0 (para que tenga sentido la potencia).

TEOREMA: Si f(x) es continua en x=a y g(x) es continua en y=f(a) es continua en x=a.

Demostración:

De lo dicho anteriormente resulta que:

6. Discontinuidades .

Se dice que una función y = f(x) es discontinua en x = a si no es continua en dicho valor de x, es decir, no cumple alguna de las tres condiciones de continuidad.

TIPOS DE DISCONTINUIDADES

A) Evitable: Cuando existe el pero no coincide con el valor de f(a) por una de estas dos razones, son distintos los valores o no existe f(a).

B) De salto: Cuando existe el límite por la derecha y por la izquierda (siendo ambos finitos) pero no coinciden.

C) Asintótica: Cuando alguno de los límites laterales (o ambos) no es finito. Puede ser asintótica por la derecha, por la izquierda o por ambos lados.

D) Esencial: Cuando no existe alguno de los límites laterales (o ambos). Puede serlo por la derecha, por la izquierda o por ambos lados.


Si y = f(x) tiene una discontinuidad evitable en x = a, llamaremos verdadero valor de la función en

x=a al . Dicho valor es el que convierte a la función en continua.

Si y = f(x) tiene una discontinuidad de salto en x=a, llamaremos salto de la función en x=a al

valor .

Estudiar, como aplicación de lo anterior, la continuidad y discontinuidades de las funciones elementales vistas en el capítulo anterior y de las funciones definidas a trozos.

Función continúa


Discontinuidad evitable

Se dice cuando la función no existe en ese punto de estudio pero el limite si


Discontinuidad evitable

Primera especie


Segunda especie

Se define así basta que uno de sus límites laterales de como resultado menos infinito

También se afirma que pueda tener asíntota vertical.

límites y continuidad

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