Limite di funzioni trascendenti

Silvietta911
Ho ancora problemi con i limiti, in questo caso di funzione :!:

In particolare con questo:

$ lim_(x -> -1) (1-cos(x+1))/(x+1)(3(x-1)/(e^(x^2-1)-1)) $

Io ho provato a ricondurmi a limiti notevoli che conosco, ad esempio $ (1-cosx)/x^2 $ o $ (e^x-1)/x $ , usando il metodo del cambio di variabile con $ y=x+1 $ e così via, ma arrivata a un certo punto mi blocco e non so piu' come procedere :(

Spero possiate darmi una mano :oops:

Risposte
Plepp
In $y$, il limite diventa
\[\lim_{y\to 0}\dfrac{1-\cos y}{y}\cdot \dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}=\lim_{y\to 0}\dfrac{1-\cos y}{y}\cdot\dfrac{1+\cos y}{1+\cos y} \cdot\dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}=\lim_{y\to 0}\dfrac{1-\cos^2 y}{y(1+\cos y)}\cdot\dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}=\\
=\lim_{y\to 0}\dfrac{\sin^2 y}{y(1+\cos y)}\cdot\dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}=\lim_{y\to 0}\dfrac{\sin^2 y}{y}\cdot\dfrac{1}{(1+\cos y)}\cdot\dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}
\]
Il secondo fattore tende a $1/2$, ce ne occupiamo dopo.
\[\lim_{y\to 0}\dfrac{\sin^2 y}{y}\cdot\dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}=\lim_{y\to 0}\dfrac{\sin^2 y}{y}\cdot\dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}\cdot\dfrac{y^2-2y}{y^2-2y}=\lim_{y\to 0}\dfrac{\sin^2 y}{y}\cdot\dfrac{y^2-2y}{e^{y^2-2y}-1}\cdot\dfrac{3y}{y^2-2y}\]
Il secondo fattore va a $1$: anche questo lo mettiamo da parte.
\[\lim_{y\to 0}\dfrac{\sin^2 y}{y}\cdot\dfrac{3y}{y^2-2y}=\lim_{y\to 0}\dfrac{3\sin^2 y}{y^2-2y}=\cdots =0\]
Dunque il limite vale $0\cdot 1\cdot 1/2=0$. Se invece sai cosa vuol dire che una funzione è infinitesima di ordine tot, tutto questo bordello di conti lo puoi evitare se osservi che, essendo
\[\lim_{y\to 0}\dfrac{1-\cos y}{y}\cdot \dfrac{3y}{e^{y^2-2y}-1}=3\lim_{y\to 0}\dfrac{1-\cos y}{e^{y^2-2y}-1},\]
il numeratore è infinitesimo di ordine $2$, il denominatore di ordine $1$.

Ciao ;)

Silvietta911
Ti ringrazio molto per la risposta, ma secondo il pdf da cui ho preso il testo, il risultato dovrebbe essere $ 3/2 $ :shock:

walter891
probabilmente c'è un errore nel testo: anche facendo il grafico al pc esce che quel limite deve fare $0$

Noisemaker
il risultato del tuo PDF è corretto
\begin{align}
\lim_{x\to -1} \frac{ 1-\cos(x+1) }{ x+1 }\cdot\frac{3(x-1)}{(e^{x^2-1}-1)}&\stackrel{x+1=t}{=}\lim_{t\to0} \frac{ 1-\cos t }{t}\cdot\frac{3(t-2 )}{(e^{(t-2)t}-1)}=3\cdot\lim_{t\to0} \frac{ 1-\cos t }{t^2}\cdot\frac{ t(t-2 )}{ (e^{(t-2)t}-1)}\\
&=\frac{1}{2}\cdot 3=\frac{3}{2}
\end{align}

Plepp
"Silvietta91":
Ti ringrazio molto per la risposta, ma secondo il pdf da cui ho preso il testo, il risultato dovrebbe essere $ 3/2 $ :shock:

Il limite che ho calcolato io vale zero, e su questo non ci piove. Il fatto è che, da buon baccalà quale sono, ho scambiato un $x+1$ con un $x-1$ facendo il cambio di variabile, quindi il limite che ho calcolato non era il tuo :-D Sorry!

Silvietta911
"Noisemaker":
il risultato del tuo PDF è corretto
\begin{align}
\lim_{x\to -1} \frac{ 1-\cos(x+1) }{ x+1 }\cdot\frac{3(x-1)}{(e^{x^2-1}-1)}&\stackrel{x+1=t}{=}\lim_{t\to0} \frac{ 1-\cos t }{t}\cdot\frac{3(t-2 )}{(e^{(t-2)t}-1)}=3\cdot\lim_{t\to0} \frac{ 1-\cos t }{t^2}\cdot\frac{ t(t-2 )}{ (e^{(t-2)t}-1)}\\
&=\frac{1}{2}\cdot 3=\frac{3}{2}
\end{align}


Ho capito!! Grazie mille :D

Silvietta911
Grazie anche ai vostri suggerimenti riesco ad andare abbastanza spedita nella risoluzione dei limiti :!: Ho però difficoltà con questi due limiti, gli unici che non mi riportano fino ad ora!!

1) $ lim_(x -> 1) ((x-1)(cospix))/sin(pix) $

Ho provato ad applicare subito De L'Hospital e mi viene fuori $ (1(-sinx)pi)/(cos(pix)pi $ $ -> (-sinpix)/cos(pix) =0/1=+oo $ mentre il risultato dovrebbe essere $ 1/pi $ , ma non capisco proprio dove sbaglio :cry:

2) $ lim_(x -> 0) (e^(2x)-1-2x)/(sin^2x) $ dove ho cercato di usare i limiti notevoli, scrivendo $ (e^(2x)-1)/(2x) . (2x)/(sin^2x)-(2x)/(sin^2x) $ ma ritorno sempre a una forma indeterminata $ 0/0 $ e non ne esco fuori, anche provando ad usare De L'Hospital :?

Grazie a chi mi aiuterà :)

Plepp
Il primo limite lo puoi risolvere prima cambiando variabile, ponendo $y=x-1$, e poi usando qualche formula della trigonometria (che non ricordo e mai lo farò :-D ).

Il secondo si dovrebbe poter risolvere con De l'Hopital. Altrimenti, se lo conosci, "San Taylor" risolve tutto :-D

Ciao ;)

Noisemaker
per risolvere il primo limite, posto $x-1=t, x=t+1$ essendo per $x\to1,$ $t\to0,$ il limite diviene:
\begin{align}
\lim_{x\to1}\frac{(x-1)\cos\pi x}{\sin\pi x}\stackrel{x-1=t}{=}
\lim_{t\to0}\frac{t \cos\left[\pi (t+1)\right]}{\sin\left[\pi (t+1)\right]};
\end{align}
a questo punto è utile ricodare le formule di addizione del seno e del coseno:
\begin{align}
\sin (\alpha + \beta)&=\sin \alpha \cos\beta + \cos\alpha\sin \beta, \\
\cos(\alpha + \beta)&=\cos\alpha \cos\beta - \sin \alpha \sin \beta,
\end{align}
ovvero nel tuo caso:
\begin{align}
\sin\left[\pi (t+1)\right]&=\sin\left(\pi t+\pi)\right) =\sin\pi t \cos\pi + \cos\pi t\sin\pi =-\sin\pi t,\\
\cos\left[\pi (t+1)\right]&= \cos\left(\pi t+t \right) =\cos\pi t\cos t - \sin \pi t \sin t =-\cos\pi t;
\end{align}
e dunque il limite risulta
\begin{align}
\lim_{x\to1}\frac{(x-1)\cos\pi x}{\sin\pi x}&\stackrel{x-1=t}{=}
\lim_{t\to0}\frac{t \cos\left[\pi (t+1)\right]}{\sin\left[\pi (t+1)\right]}=\lim_{t\to0}\frac{t \left(-\cos\pi t\right)}{ \left(-\sin\pi t\right)} =\lim_{t\to0}\frac{t \cdot\cos\pi t }{ \sin\pi t } \\
&=\lim_{t\to0}\frac{t\pi}{ \sin\pi t } \cdot\frac{\cos\pi t}{\pi} =1\cdot\frac{1}{\pi} =\frac{1}{\pi}.
\end{align}
NOTA:
nella tua soluzione, hai applicato De L'Hopital in modo errato: infatti hai applicato male la regola di derivazione del prodotto; più correttamente sarebbe:
\begin{align}
\lim_{x\to1}\frac{(x-1)\cos\pi x}{\sin\pi x}&\stackrel{\bf(H)}{=}\lim_{x\to1}\frac{\cos\pi x-\pi(x-1)\sin \pi x}{\pi\cos\pi x} =\frac{-1-0}{\pi(-1)}=\frac{1}{\pi}.
\end{align}
Per quanto riguarda il secondo, senza chiamare in causa gli sviluppi di Taylor (che se ne fossi stata a conoscenza non avresti avuto dubbi su come calcoalre quel limite), puoi come hai giustamente osservato applicare la regola di De L'Hopital:
\begin{align}
\lim_{x\to0}\frac{e^{2x}-1-2x}{\sin^2 x}&\stackrel{\bf (H)}{=}\lim_{x\to0}\frac{2e^{2x}-2}{2\sin x\cos x} =\lim_{x\to0}\frac{ e^{2x}-1}{ \sin x\cos x} =\lim_{x\to0}\frac{ e^{2x}-1}{2x}\cdot\frac{2x}{ \sin x\cos x}\\
& =\lim_{x\to0}\frac{ e^{2x}-1}{2x}\cdot\frac{ x}{ \sin x }\cdot\frac{2 }{ \cos x}=1\cdot1\cdot 2=2.
\end{align}

Silvietta911
La stanchezza mi ha fatto sbagliare le derivate! Vi ringrazio come al solito per la tempestività nelle risposte e la competenza..ora mi esercito un pò con de l'Hopital! :)

Silvietta911
Nella sessione di oggi ho avuto problemi con 3 limiti su tutti quelli che ho fatto :shock: Ve li elenco:

1) $ lim_(x -> pi/2) (2x-pi)tanx $

dove ho provato a scriverla così $ tanx/(1/(2x-pi)) $ in modo da poter applicare de l'Hopital ma mi perdo nelle derivazioni, il risultato è $ -2 $.

2) $ lim_(x -> 0) (1+sinx)^(2/x) $

dove ho portato l'esponente davanti $ (2/x)log(1+sinx) $ e l'ho riportato a limite notevole $ (log (1+sinx))/sinx (2/x) sinx $ e come risultato mi viene 2 mentre dovrebbe riportare 1

3) $ lim_(x -> +oo) x-ln(1+e^x+x^2) $

dove ho raccolto la $ e^x $ all'interno del logaritmo e mi riporta $ x-xlne $ e quindi $ x-x $ ma con $ x->+oo $ non so se sia un forma indeterminata o riporti semplicemente 0

Grazie mille :-) :smt023

Noisemaker
"Silvietta91":

1) $ lim_(x -> pi/2) (2x-pi)tanx $

dove ho provato a scriverla così $ tanx/(1/(2x-pi)) $ in modo da poter applicare de l'Hopital ma mi perdo nelle derivazioni, il risultato è $ -2 $.

in questo caso è più semplice considerare la sostituzione $x-\pi/2=t, x=\pi/2+t,$ e cosiderare il limite:
\begin{align}
\lim_{t\to0}\left[2\left(\frac{\pi}{2}+t\right)-\pi\right]\tan\left(\frac{\pi}{2}+t\right)=-\lim_{t\to0}2t \cot t=-\lim_{t\to0}2t \cdot\frac{\cos t}{\sin t}=-\lim_{t\to0}2\cos t \cdot\frac{t}{\sin t}=-2
\end{align}
"Silvietta91":

2) $ lim_(x -> 0) (1+sinx)^(2/x) $

dove ho portato l'esponente davanti $ (2/x)log(1+sinx) $ e l'ho riportato a limite notevole $ (log (1+sinx))/sinx (2/x) sinx $ e come risultato mi viene 2 mentre dovrebbe riportare 1

\quello che hai fatto è corretto ma quando applichi quella proprietà dei logaritmi, in realtà stai operando con un esponenziale:
\begin{align}
\lim_{x\to0} (1+\sin x)^{\frac{2}{x}}=e^{\left(\frac{2}{x}\right)\ln\left(1+\sin x \right)} =...[\mbox{per i tuoi ragionamenti}]...=e^2
\end{align}



"Silvietta91":

3) $ lim_(x -> +oo) x-ln(1+e^x+x^2) $

dove ho raccolto la $ e^x $ all'interno del logaritmo e mi riporta $ x-xlne $ e quindi $ x-x $ ma con $ x->+oo $ non so se sia un forma indeterminata o riporti semplicemente 0


\begin{align}
\lim_{x\to+\infty} x-\ln(1+e^x+x^2)&=\lim_{x\to+\infty} x-\ln\left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}+1\right)=\lim_{x\to+\infty} x-\frac{\ln\left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}+1\right)}{\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}}\cdot\left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}\right)\\
&=0-1(0+0)=0
\end{align}

Silvietta911
"Noisemaker":
[quote="Silvietta91"]
1) $ lim_(x -> pi/2) (2x-pi)tanx $

dove ho provato a scriverla così $ tanx/(1/(2x-pi)) $ in modo da poter applicare de l'Hopital ma mi perdo nelle derivazioni, il risultato è $ -2 $.

in questo caso è più semplice considerare la sostituzione $x-\pi/2=t, x=\pi/2+t,$ e cosiderare il limite:
\begin{align}
\lim_{t\to0}\left[2\left(\frac{\pi}{2}+t\right)-\pi\right]\tan\left(\frac{\pi}{2}+t\right)=-\lim_{t\to0}2t \cot t=-\lim_{t\to0}2t \cdot\frac{\cos t}{\sin t}=-\lim_{t\to0}2\cos t \cdot\frac{t}{\sin t}=-2
\end{align}
[/quote]

Qui è tutto chiaro tranne il segno negativo davanti al limite... come c'è finito? :shock: :oops:

"Noisemaker":
[quote="Silvietta91"]
2) $ lim_(x -> 0) (1+sinx)^(2/x) $

dove ho portato l'esponente davanti $ (2/x)log(1+sinx) $ e l'ho riportato a limite notevole $ (log (1+sinx))/sinx (2/x) sinx $ e come risultato mi viene 2 mentre dovrebbe riportare 1

\quello che hai fatto è corretto ma quando applichi quella proprietà dei logaritmi, in realtà stai operando con un esponenziale:
\begin{align}
\lim_{x\to0} (1+\sin x)^{\frac{2}{x}}=e^{\left(\frac{2}{x}\right)\ln\left(1+\sin x \right)} =...[\mbox{per i tuoi ragionamenti}]...=e^2
\end{align}
[/quote]

Qui sarebbe perfetto perchè è esattamente quello che ho fatto :-) il problema è che il risultato non è $ e^2 $ ma $ 1 $ :cry:

"Noisemaker":
[quote="Silvietta91"]
3) $ lim_(x -> +oo) x-ln(1+e^x+x^2) $

dove ho raccolto la $ e^x $ all'interno del logaritmo e mi riporta $ x-xlne $ e quindi $ x-x $ ma con $ x->+oo $ non so se sia un forma indeterminata o riporti semplicemente 0


\begin{align}
\lim_{x\to+\infty} x-\ln(1+e^x+x^2)&=\lim_{x\to+\infty} x-\ln\left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}+1\right)=\lim_{x\to+\infty} x-\frac{\ln\left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}+1\right)}{\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}}\cdot\left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}\right)\\
&=0-1(0+0)=0
\end{align}[/quote]

Qui ho un pò più di difficoltà! Cos'è successo a $ e^x $ nel secondo passaggio? Se hai raccolto perchè non c'è fuori dalla parentesi? E perchè alla fine hai sostituito $ 0 $ alla $ x $ se la $ x->oo $ :?:

Grazie per la disponibilità e scusa per l'interrogatorio :oops:

Noisemaker
per la prima domanda, il segno meno è usicto dalla relazione
\[\tan\left(\frac{\pi}{2}+t\right) =-\cot t;\]
per la seconda, se il limite è quello il risultato non può che essere $e^2;$
per la terza ho dimenticato io qualche pezzo scrivendo ....
\begin{align}
\lim_{x\to+\infty} x-\ln(1+e^x+x^2)&=\lim_{x\to+\infty} x-\ln\left[e^x\left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}+1\right)\right]=\lim_{x\to+\infty} x-\ln e^x-\ln \left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}+1\right) =\\
&=-\lim_{x\to+\infty} \ln \left(\frac{1}{e^x}+\frac{x^2}{e^x}+1\right)=0.
\end{align}

Silvietta911
Ok, tutto chiaro!! Grazie!! :)

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