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Limites e continuidade

Limites no infinito: exercícios resolvidos com respostas

12 exercícios de limites no infinito com respostas e resoluções completas: funções racionais, raízes quadradas, exponenciais e assíntotas horizontais.

Limites e continuidade Atualizado 4 min de leitura

Visão geral

\lim_{x\to\infty}\frac{a x^n + \cdots}{b x^n + \cdots} = \frac{a}{b}
Exercícios
12, com respostas e resoluções completas
Nível
Cálculo 1 e AP Calculus AB, unidade 1
Pré-requisitos
Saber que \frac{1}{x^p}\to 0 quando x\to\infty para p > 0
Ideia principal
Divida pela maior potência de x do denominador e deixe os termos pequenos tenderem a 0
Pratique com novos números
Lição de limites no infinito
Nesta página
  1. Exercícios
  2. Respostas
  3. Resoluções passo a passo
  4. Erros comuns nestes exercícios
  5. Continue praticando

Estes exercícios de limites no infinito começam com funções racionais e passam por raízes quadradas, a indeterminação \infty - \infty, exponenciais e assíntotas horizontais. Resolva cada um antes de conferir. As respostas vêm logo depois da lista, seguidas das resoluções completas.

O atalho para funções racionais, em que n é o grau do numerador e m o grau do denominador:

\lim_{x\to\pm\infty}\frac{\text{numerador}}{\text{denominador}} = \begin{cases} 0 & n < m \\ \dfrac{\text{coeficiente dominante do numerador}}{\text{coeficiente dominante do denominador}} & n = m \\ \pm\infty & n > m \end{cases}

Para entender o raciocínio por trás dele, leia o guia de limites no infinito.

Exercícios

Funções racionais

  1. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{3x^2 + 2x}{5x^2 - 1}
  2. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{4x + 1}{x^2 + 3}
  3. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{x^3 - 2}{4x^2 + x}
  4. \displaystyle\lim_{x\to -\infty}\frac{2x^3 - x}{1 - 6x^3}

Raízes quadradas

  1. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{\sqrt{9x^2 + 1}}{2x + 5}
  2. \displaystyle\lim_{x\to -\infty}\frac{\sqrt{9x^2 + 1}}{2x + 5}
  3. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\left(\sqrt{x^2 + 6x} - x\right)

Trigonométricas e exponenciais

  1. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{\sin x}{x}
  2. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{2e^x + 3}{e^x - 1}
  3. \displaystyle\lim_{x\to -\infty}\frac{2e^x + 3}{e^x - 1}
  4. \displaystyle\lim_{x\to\infty}\arctan(x^2)

Assíntotas horizontais

  1. Encontre todas as assíntotas horizontais de f(x) = \dfrac{5x - 2}{\sqrt{x^2 + 4}}.

Respostas

Exercício Resposta
1 \dfrac{3}{5}
2 0
3 \infty
4 -\dfrac{1}{3}
5 \dfrac{3}{2}
6 -\dfrac{3}{2}
7 3
8 0
9 2
10 -3
11 \dfrac{\pi}{2}
12 y = 5 (quando x\to\infty) e y = -5 (quando x\to -\infty)

Resoluções passo a passo

1. Os graus são iguais, então divida o numerador e o denominador por x^2:

\frac{3 + \frac{2}{x}}{5 - \frac{1}{x^2}} \;\to\; \frac{3 + 0}{5 - 0} = \frac{3}{5}

2. O denominador tem grau maior. Divida por x^2:

\frac{\frac{4}{x} + \frac{1}{x^2}}{1 + \frac{3}{x^2}} \;\to\; \frac{0}{1} = 0

3. O numerador tem grau maior. Divida por x^2:

\frac{x - \frac{2}{x^2}}{4 + \frac{1}{x}}

O numerador cresce sem limite enquanto o denominador se aproxima de 4, então o limite é \infty.

4. Graus iguais de novo. Divida por x^3:

\frac{2 - \frac{1}{x^2}}{\frac{1}{x^3} - 6} \;\to\; \frac{2}{-6} = -\frac{1}{3}

O sentido -\infty não muda a resposta aqui, porque todos os termos que sobram continuam tendendo a 0.

5. Coloque x^2 em evidência dentro da raiz. Para x > 0, \sqrt{x^2} = x:

\frac{x\sqrt{9 + \frac{1}{x^2}}}{x\left(2 + \frac{5}{x}\right)} = \frac{\sqrt{9 + \frac{1}{x^2}}}{2 + \frac{5}{x}} \;\to\; \frac{3}{2}

6. Mesma função, mas agora x < 0, então \sqrt{x^2} = |x| = -x:

\frac{-x\sqrt{9 + \frac{1}{x^2}}}{x\left(2 + \frac{5}{x}\right)} = -\frac{\sqrt{9 + \frac{1}{x^2}}}{2 + \frac{5}{x}} \;\to\; -\frac{3}{2}

7. É uma indeterminação \infty - \infty. Multiplique pelo conjugado sobre ele mesmo:

\frac{(x^2 + 6x) - x^2}{\sqrt{x^2 + 6x} + x} = \frac{6x}{\sqrt{x^2 + 6x} + x}

Divida o numerador e o denominador por x:

\frac{6}{\sqrt{1 + \frac{6}{x}} + 1} \;\to\; \frac{6}{1 + 1} = 3

8. Use o Teorema do Confronto. Como -1 \le \sin x \le 1, para x > 0:

-\frac{1}{x} \le \frac{\sin x}{x} \le \frac{1}{x}

As duas funções de fora tendem a 0, então o limite é 0.

9. Quando x\to\infty, e^x é o termo dominante. Divida por e^x:

\frac{2 + 3e^{-x}}{1 - e^{-x}} \;\to\; \frac{2 + 0}{1 - 0} = 2

10. Quando x\to -\infty, e^x\to 0, então basta substituir esse valor:

\frac{2(0) + 3}{0 - 1} = -3

11. Quando x\to\infty, x^2\to\infty, e \arctan u\to\frac{\pi}{2} quando u\to\infty. Então o limite é \frac{\pi}{2}.

12. Coloque \sqrt{x^2} = |x| em evidência na raiz: \sqrt{x^2 + 4} = |x|\sqrt{1 + \frac{4}{x^2}}.

Quando x\to\infty, |x| = x:

\frac{5x - 2}{x\sqrt{1 + \frac{4}{x^2}}} = \frac{5 - \frac{2}{x}}{\sqrt{1 + \frac{4}{x^2}}} \;\to\; 5

Quando x\to -\infty, |x| = -x, o que troca o sinal e dá -5. O gráfico tem duas assíntotas horizontais: y = 5 à direita e y = -5 à esquerda.

Erros comuns nestes exercícios

  • Escrever \frac{\infty}{\infty} = 1. No exercício 1, o numerador e o denominador crescem, mas a resposta é \frac{3}{5}. Divida pela maior potência para ver o que realmente acontece.
  • Esquecer que \sqrt{x^2} = |x|. Os exercícios 6 e 12 dão o sinal errado se você tratar \sqrt{x^2} como x quando x é negativo.
  • Escrever \infty - \infty = 0. O exercício 7 parece dar 0, mas o conjugado mostra que o limite é 3.
  • Supor que os dois sentidos dão o mesmo resultado. Os exercícios 9 e 10 usam a mesma função e dão 2 e -3. Exponenciais se comportam de forma muito diferente de cada lado.

Continue praticando

Estes 12 exercícios usam números fixos. Para praticar sem limite, com novos números a cada vez e correção na hora, faça a lição de limites no infinito e depois a prática mista de limites. Se um limite no infinito virar \frac{\infty}{\infty} com exponenciais e logaritmos misturados, os exercícios de regra de L'Hôpital mostram o método mais rápido.

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Limites no infinito

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Perguntas frequentes

Como calcular um limite no infinito?

Divida todos os termos pela maior potência de x do denominador. Termos como \frac{3}{x} e \frac{1}{x^2} tendem a 0, e o que sobra é o limite. Em funções racionais, dá para ir direto à comparação dos graus do numerador e do denominador.

Qual a relação entre limites no infinito e assíntotas horizontais?

Se \lim_{x\to\infty} f(x) = L ou \lim_{x\to -\infty} f(x) = L, então a reta y = L é uma assíntota horizontal. Uma função pode ter duas assíntotas horizontais diferentes, uma de cada lado, como no exercício 12.

Por que o limite muda quando x tende a menos infinito?

Geralmente por causa de uma raiz quadrada ou de uma exponencial. \sqrt{x^2} = |x| é igual a -x para x negativo, e e^x\to 0 quando x\to -\infty, mas cresce sem limite quando x\to\infty. Polinômios e funções racionais sem raízes costumam dar o mesmo limite finito dos dois lados.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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