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Leyes de los límites

Sustitución directa en límites: cuándo funciona y qué hacer después

La sustitución directa calcula un límite reemplazando x por el valor. Aprende cuándo funciona, cómo leer el resultado y qué hacer con 0/0 o a/0.

Leyes de los límites Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\lim_{x \to a} f(x) = f(a)
Se aplica a
Cualquier función continua en x = a
Funciona con
Polinomios en todo punto, funciones racionales donde el denominador no se anula, y \sin, \cos, e^x, \ln x, \sqrt{x} en sus dominios
Si obtienes un número
Ese número es el límite
Si obtienes 0/0
Indeterminación: simplifica y vuelve a sustituir
Si obtienes a/0 con a ≠ 0
El límite es infinito o no existe
En esta página
  1. La propiedad de sustitución directa
  2. Cómo leer el resultado
  3. Ejemplos resueltos
  4. Por qué se puede simplificar
  5. Errores comunes

La sustitución directa es el primer paso con cualquier límite: reemplaza x por el valor al que tiende y calcula. Si la función es continua en ese punto, el valor que obtienes es el límite. Si obtienes \frac{0}{0} o un número entre cero, el resultado te dice qué técnica usar a continuación.

La propiedad de sustitución directa

Si f es continua en x = a, entonces

\lim_{x \to a} f(x) = f(a)

En realidad es la definición de continuidad leída al revés. Abarca la mayoría de las funciones que encontrarás: polinomios, funciones racionales (donde el denominador no es cero), raíces, exponenciales, logaritmos y funciones trigonométricas en sus dominios, y cualquier suma, producto, cociente y composición de ellas. Las leyes de los límites son las que lo garantizan.

Cómo leer el resultado

Obtienes Qué significa Siguiente paso
Un número real L El límite es L Terminado
\frac{0}{0} Indeterminación Factoriza, racionaliza o usa la regla de L'Hôpital
\frac{a}{0} con a \ne 0 Asíntota vertical Estudia el signo por cada lado: \pm\infty o no existe
No definido por otro motivo (como \sqrt{-1}) a está fuera del dominio Estudia los límites laterales o el dominio
Gráfica de y = (x² − 1)/(x − 1) con un hueco en x = 1
Sustituir x = 1 da \frac{0}{0}, pero la gráfica se acerca claramente a 2. Tras simplificar, x + 1 da el límite por sustitución.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: sale un número. Los polinomios y las funciones trigonométricas son continuos, así que sustituye:

\lim_{x \to 2} (x^3 - 4x + 1) = 8 - 8 + 1 = 1 \qquad \lim_{x \to \pi} \cos x = -1

Ejemplo 2: una función racional. El denominador en x = 3 vale 2 \ne 0:

\lim_{x \to 3} \frac{x^2 + 1}{x - 1} = \frac{10}{2} = 5

Ejemplo 3: \frac{0}{0}. Sustituir x = 2 en \frac{x^2 - 4}{x - 2} da \frac{0}{0}. Factoriza, simplifica y sustituye en la expresión más sencilla:

\lim_{x \to 2} \frac{(x - 2)(x + 2)}{x - 2} = \lim_{x \to 2} (x + 2) = 4

Ejemplo 4: \frac{0}{0} con una raíz. En \lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{x + 9} - 3}{x}, la sustitución da \frac{0}{0}. Multiplica por el conjugado:

\frac{\sqrt{x+9} - 3}{x} \cdot \frac{\sqrt{x+9} + 3}{\sqrt{x+9} + 3} = \frac{x}{x(\sqrt{x+9} + 3)} = \frac{1}{\sqrt{x+9} + 3}

Ahora sustituye: \frac{1}{3 + 3} = \frac{1}{6}.

Ejemplo 5: un número distinto de cero entre cero. En \lim_{x \to 2} \frac{1}{x - 2}, la sustitución da \frac{1}{0}. Por la derecha el cociente tiende a +\infty y por la izquierda a -\infty, así que el límite bilateral no existe.

Por qué se puede simplificar

Un límite cuando x \to a depende solo de los valores de x cercanos a a, nunca de x = a. Las funciones \frac{x^2-4}{x-2} y x + 2 son iguales para todo x \ne 2, así que tienen el mismo límite en 2. Simplificar cambia la función solo en el único punto que el límite ignora.

Errores comunes

  1. Decir que \frac{0}{0} es cero, uno o "no existe". No es automáticamente ninguna de esas cosas. Significa "sigue trabajando".
  2. Sustituir en una función que no es continua en a. En una función definida por partes, el valor f(a) puede ser distinto del límite. Estudia cada lado.
  3. Detenerse en \frac{a}{0}. Determina el signo por cada lado para decir si la respuesta es \infty, -\infty o si no existe.
  4. Olvidar sustituir después de simplificar. El objetivo de factorizar es llegar a una expresión en la que se pueda sustituir.

Cuando el álgebra se complica, la regla de L'Hôpital resuelve \frac{0}{0} con derivadas. Para un conjunto completo de técnicas, consulta cómo calcular límites.

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Preguntas frecuentes

¿Qué es la sustitución directa en límites?

La sustitución directa consiste en calcular \lim_{x \to a} f(x) evaluando f(a). Da la respuesta correcta siempre que f sea continua en a.

¿Qué significa que la sustitución directa dé 0/0?

\frac{0}{0} es una indeterminación. El límite puede ser cualquier número o no existir, así que hay que factorizar, racionalizar o usar la regla de L'Hôpital.

¿Qué pasa si la sustitución directa da un número dividido entre cero?

Si el numerador tiende a un número distinto de cero y el denominador tiende a 0, la función se dispara. Estudia los límites laterales: son \infty o -\infty, y si son distintos, el límite bilateral no existe.

¿Se puede usar siempre la sustitución directa con polinomios?

Sí. Los polinomios son continuos en todo punto, así que \lim_{x \to a} p(x) = p(a) para todo a real.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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