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Propriedades dos limites

Regra de L'Hôpital: fórmula, condições e exemplos resolvidos

A regra de L'Hôpital calcula limites 0/0 e ∞/∞ derivando o numerador e o denominador. As condições exatas, exemplos e outras indeterminações.

Propriedades dos limites Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\lim_{x \to a} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to a} \frac{f'(x)}{g'(x)}
Aplica-se a
Limites com indeterminação do tipo \frac{0}{0} ou \frac{\pm\infty}{\pm\infty}
Em palavras
Derive o numerador e o denominador separadamente e calcule o limite de novo
Também exige
Que o novo limite \lim \frac{f'(x)}{g'(x)} exista ou seja \pm\infty
Vale para
x \to a, limites laterais e x \to \pm\infty
Outras indeterminações
0 \cdot \infty, \infty - \infty, 1^\infty, 0^0, \infty^0 depois de reescrever
Nesta página
  1. A regra e suas condições
  2. Exemplos resolvidos
  3. Outras indeterminações
  4. Erros comuns

A regra de L'Hôpital calcula limites de frações que resultam em \frac{0}{0} ou \frac{\infty}{\infty}. Em vez da fração original, você calcula o limite da derivada do numerador sobre a derivada do denominador. Muitas vezes é o caminho mais rápido para um limite que a álgebra não simplifica com facilidade.

A regra e suas condições

Suponha que f e g sejam diferenciáveis em um intervalo aberto em torno de a (exceto possivelmente em a) e que g'(x) \ne 0 ali para x \ne a. Se

\lim_{x \to a} f(x) = \lim_{x \to a} g(x) = 0 \quad \text{ou} \quad \lim_{x \to a} f(x) = \pm\infty,\ \lim_{x \to a} g(x) = \pm\infty

então

\lim_{x \to a} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to a} \frac{f'(x)}{g'(x)}

desde que o limite da direita exista ou seja \pm\infty. O mesmo vale para limites laterais e para x \to \infty ou x \to -\infty.

Se o limite da direita não existe, a regra não diz nada. O limite original ainda pode existir.

Gráfico de y = sin(x)/x se aproximando de 1 em x = 0
Em x = 0 a fração é \frac{0}{0}. A regra de L'Hôpital dá \lim_{x \to 0} \frac{\cos x}{1} = 1, de acordo com o gráfico.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: \frac{0}{0}. Em x = 0, \frac{\sin x}{x} é \frac{0}{0}:

\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\cos x}{1} = 1

(A própria derivada de \sin x é demonstrada usando esse limite, então em um curso com demonstrações você usaria o Teorema do Confronto. Para fazer contas, o atalho serve.)

Exemplo 2: aplicando a regra duas vezes. Cada passo ainda é \frac{0}{0} até o último:

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

Exemplo 3: \frac{\infty}{\infty}. Quando x \to \infty, tanto \ln x quanto x crescem sem limite:

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

Logo x cresce mais rápido que \ln x.

Exemplo 4: 0 \cdot \infty. Reescreva o produto como uma fração primeiro. Quando x \to 0^+, x \ln x tem a forma 0 \cdot (-\infty):

\lim_{x \to 0^+} x \ln x = \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

Outras indeterminações

Forma Como reescrever
0 \cdot \infty Escreva fg como \frac{f}{1/g} ou \frac{g}{1/f}
\infty - \infty Junte em uma única fração (denominador comum ou conjugado)
1^\infty, 0^0, \infty^0 Faça y = f^g, tome \ln y = g \ln f, encontre esse limite e depois tome a exponencial

Por exemplo, com y = \left(1 + \frac{1}{x}\right)^x você obtém \ln y = \frac{\ln(1 + 1/x)}{1/x}, que é \frac{0}{0} quando x \to \infty. A regra dá \ln y \to 1, então y \to e.

Erros comuns

  1. Usar a regra quando a forma não é indeterminada. \lim_{x \to 0} \frac{x + 1}{x + 2} = \frac{1}{2} por substituição direta. Derivar daria, erradamente, 1.
  2. Usar a regra do quociente. Derive f e g separadamente. Não calcule a derivada de \frac{f}{g} com a regra do quociente.
  3. Pular a reescrita. A regra só se aplica a uma fração. Transforme produtos, diferenças e potências em uma fração primeiro.
  4. Não verificar a forma de novo. Antes de cada nova aplicação, confirme que o novo limite ainda é \frac{0}{0} ou \frac{\infty}{\infty}.

Para mais exemplos, incluindo limites no infinito e indeterminações com expoente, leia o guia completo da regra de L'Hôpital.

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Perguntas frequentes

Quando posso usar a regra de L'Hôpital?

Quando a substituição direta dá \frac{0}{0} ou \frac{\pm\infty}{\pm\infty}, f e g são diferenciáveis perto do ponto, g'(x) \ne 0 perto dele e o limite de \frac{f'}{g'} existe ou é infinito.

A regra de L'Hôpital é a mesma coisa que a regra do quociente?

Não. A regra de L'Hôpital toma a derivada do numerador e a derivada do denominador separadamente. A regra do quociente calcula a derivada da fração inteira e não tem nada a ver com esse limite.

Posso usar a regra de L'Hôpital mais de uma vez?

Sim. Se o novo limite ainda é \frac{0}{0} ou \frac{\infty}{\infty}, aplique a regra de novo. Verifique a forma antes de cada aplicação.

Como usar a regra de L'Hôpital na indeterminação 1 elevado a infinito?

Tome o logaritmo natural para transformar a potência em um produto, reescreva esse produto como uma fração, aplique a regra e depois tome a exponencial do resultado.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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