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Límites y continuidad

Ejercicios de la regla de L'Hôpital resueltos con respuestas

12 ejercicios de la regla de L'Hôpital con respuestas y soluciones completas, con las formas 0/0, ∞/∞, 0·∞, ∞−∞ y exponenciales como 1^∞ y 0^0.

Límites y continuidad Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x\to a}\frac{f'(x)}{g'(x)}
Ejercicios
12, con respuestas y soluciones completas
Nivel
Cálculo 1 y AP Calculus AB, unidad 4
Necesitas
Las reglas básicas de derivación y los límites al infinito
Idea principal
Comprueba que sea 0/0 o ∞/∞, y luego deriva el numerador y el denominador por separado
Practica con números nuevos
Lección de la regla de L'Hôpital
En esta página
  1. Ejercicios
  2. Respuestas
  3. Soluciones paso a paso
  4. Errores comunes en estos ejercicios
  5. Sigue practicando

Estos ejercicios de la regla de L'Hôpital cubren las siete indeterminaciones: \frac{0}{0}, \frac{\infty}{\infty}, 0\cdot\infty, \infty - \infty, 0^0, 1^\infty e \infty^0. El último ejercicio es una trampa en la que la regla no se aplica. Las respuestas están justo después de la lista, y luego vienen las soluciones completas.

La regla:

\lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x\to a}\frac{f'(x)}{g'(x)} \quad\text{si el primer límite es } \tfrac{0}{0} \text{ o } \tfrac{\infty}{\infty}

Para el enunciado completo y por qué funciona, consulta la página de la regla de L'Hôpital.

Ejercicios

Formas 0/0

  1. \displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{e^{2x} - 1}{\sin x}
  2. \displaystyle\lim_{x\to 1}\frac{\ln x}{x - 1}
  3. \displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{x - \sin x}{x^3}

Formas ∞/∞

  1. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{x^2}{e^x}
  2. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{\ln x}{\sqrt{x}}

Productos y diferencias

  1. \displaystyle\lim_{x\to 0^+} x\ln x
  2. \displaystyle\lim_{x\to\infty} x\sin\!\left(\frac{1}{x}\right)
  3. \displaystyle\lim_{x\to 0}\left(\frac{1}{x} - \frac{1}{e^x - 1}\right)

Formas exponenciales

  1. \displaystyle\lim_{x\to 0^+} x^x
  2. \displaystyle\lim_{x\to\infty} x^{1/x}
  3. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\left(1 + \frac{3}{x}\right)^x

Comprueba antes de empezar

  1. \displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{x^2 + 3}{x + 1}

Respuestas

Ejercicio Respuesta
1 2
2 1
3 \dfrac{1}{6}
4 0
5 0
6 0
7 1
8 \dfrac{1}{2}
9 1
10 1
11 e^3
12 3 (L'Hôpital no se aplica)

Soluciones paso a paso

1. La sustitución da \frac{0}{0}. Deriva numerador y denominador:

\lim_{x\to 0}\frac{2e^{2x}}{\cos x} = \frac{2}{1} = 2

2. La sustitución da \frac{\ln 1}{0} = \frac{0}{0}:

\lim_{x\to 1}\frac{1/x}{1} = 1

3. Cada aplicación sigue dando \frac{0}{0}, así que aplica la regla tres veces:

\lim_{x\to 0}\frac{x - \sin x}{x^3} = \lim_{x\to 0}\frac{1 - \cos x}{3x^2} = \lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{6x} = \lim_{x\to 0}\frac{\cos x}{6} = \frac{1}{6}

4. Es \frac{\infty}{\infty}. Dos aplicaciones:

\lim_{x\to\infty}\frac{2x}{e^x} = \lim_{x\to\infty}\frac{2}{e^x} = 0

Las exponenciales ganan a cualquier potencia de x.

5. De nuevo \frac{\infty}{\infty}:

\lim_{x\to\infty}\frac{1/x}{\frac{1}{2\sqrt{x}}} = \lim_{x\to\infty}\frac{2\sqrt{x}}{x} = \lim_{x\to\infty}\frac{2}{\sqrt{x}} = 0

Los logaritmos pierden frente a cualquier potencia positiva de x.

6. Es 0\cdot(-\infty). Pasa x al denominador como \frac{1}{x} para obtener \frac{-\infty}{\infty}:

\lim_{x\to 0^+}\frac{\ln x}{1/x} = \lim_{x\to 0^+}\frac{1/x}{-1/x^2} = \lim_{x\to 0^+}(-x) = 0

7. Es \infty\cdot 0. Reescribe como \frac{\sin(1/x)}{1/x}, que es \frac{0}{0}. Sea t = \frac{1}{x}, así que t\to 0^+:

\lim_{t\to 0^+}\frac{\sin t}{t} = \lim_{t\to 0^+}\frac{\cos t}{1} = 1

8. Es \infty - \infty. Combina en una sola fracción:

\frac{1}{x} - \frac{1}{e^x - 1} = \frac{e^x - 1 - x}{x(e^x - 1)}

Eso es \frac{0}{0}. Deriva, y sigue siendo \frac{0}{0}, así que deriva otra vez:

\lim_{x\to 0}\frac{e^x - 1}{e^x - 1 + xe^x} = \lim_{x\to 0}\frac{e^x}{2e^x + xe^x} = \frac{1}{2}

9. Es 0^0. Llama L al límite y toma logaritmos. El ejercicio 6 ya calculó este límite:

\ln L = \lim_{x\to 0^+} x\ln x = 0 \quad\Rightarrow\quad L = e^0 = 1

10. Es \infty^0. Toma logaritmos:

\ln L = \lim_{x\to\infty}\frac{\ln x}{x} = \lim_{x\to\infty}\frac{1/x}{1} = 0 \quad\Rightarrow\quad L = 1

11. Es 1^\infty. Toma logaritmos y escribe el producto como una fracción \frac{0}{0}:

\ln L = \lim_{x\to\infty} x\ln\!\left(1 + \frac{3}{x}\right) = \lim_{x\to\infty}\frac{\ln\left(1 + \frac{3}{x}\right)}{1/x}

Deriva el numerador, \frac{1}{1 + 3/x}\cdot\left(-\frac{3}{x^2}\right), y el denominador, -\frac{1}{x^2}:

\ln L = \lim_{x\to\infty}\frac{3}{1 + \frac{3}{x}} = 3 \quad\Rightarrow\quad L = e^3

12. Sustituye primero: \frac{0 + 3}{0 + 1} = 3. Es un número real, así que el límite es 3 y has terminado. Usar L'Hôpital aquí daría \frac{2x}{1}\to 0, que es incorrecto, porque la regla solo funciona con indeterminaciones.

Errores comunes en estos ejercicios

  • Usar la regla del cociente. L'Hôpital significa \frac{f'}{g'}, no \left(\frac{f}{g}\right)'. Deriva el numerador y el denominador cada uno por su lado.
  • Saltarse la comprobación. El ejercicio 12 muestra lo que pasa: la regla da una respuesta incorrecta cuando la forma no es indeterminada.
  • Olvidar deshacer el logaritmo. En los ejercicios 9 a 11 hallas primero \ln L. La respuesta del ejercicio 11 es e^3, no 3.
  • Aplicar la regla directamente a un producto. En el ejercicio 6 debes reescribir x\ln x como fracción antes de derivar.

Sigue practicando

Estos 12 ejercicios usan números fijos. Para practicar sin límite con límites nuevos cada vez y corrección al instante, prueba la lección de la regla de L'Hôpital. Para más ejemplos resueltos y el razonamiento detrás de cada indeterminación, lee la guía de la regla de L'Hôpital. Para repasar primero los métodos algebraicos, vuelve a los ejercicios de cálculo de límites.

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Preguntas frecuentes

¿Cuándo se puede usar la regla de L'Hôpital?

Solo cuando la sustitución directa da \frac{0}{0} o \frac{\infty}{\infty}, y el numerador y el denominador son derivables cerca del punto. Las demás indeterminaciones hay que reescribirlas primero en una de estas dos formas.

¿Se puede usar la regla de L'Hôpital más de una vez?

Sí, siempre que el nuevo límite siga siendo \frac{0}{0} o \frac{\infty}{\infty}. El ejercicio 3 de abajo necesita tres aplicaciones. Comprueba la forma antes de cada una, porque en cuanto deja de ser indeterminada debes sustituir.

¿Cómo se usa la regla de L'Hôpital con 1 elevado a infinito?

Llama L al límite y toma el logaritmo natural: \ln L = \lim g(x)\ln f(x). Eso convierte la potencia en un producto, que reescribes como fracción y resuelves con L'Hôpital. Después L = e^{\ln L}. El ejercicio 11 lo muestra y da e^3.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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