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Propriedades dos limites

Substituição direta em limites: quando funciona e o que fazer depois

A substituição direta calcula um limite trocando x pelo valor. Saiba quando funciona, como ler o resultado e o que fazer com 0/0 ou a/0.

Propriedades dos limites Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\lim_{x \to a} f(x) = f(a)
Aplica-se a
Qualquer função contínua em x = a
Funciona para
Polinômios em todo ponto, funções racionais onde o denominador não se anula, e \sin, \cos, e^x, \ln x, \sqrt{x} em seus domínios
Se der um número
Esse número é o limite
Se der 0/0
Indeterminação: simplifique e substitua de novo
Se der a/0 com a ≠ 0
O limite é infinito ou não existe
Nesta página
  1. A propriedade da substituição direta
  2. Como ler o resultado
  3. Exemplos resolvidos
  4. Por que cancelar é permitido
  5. Erros comuns

A substituição direta é o primeiro passo em qualquer limite: troque x pelo valor de que ele se aproxima e faça a conta. Se a função é contínua ali, o valor obtido é o limite. Se você obtém \frac{0}{0} ou um número sobre zero, o resultado indica qual técnica usar em seguida.

A propriedade da substituição direta

Se f é contínua em x = a, então

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

Isso é, na verdade, a definição de continuidade lida ao contrário. Ela cobre a maioria das funções que você encontra: polinômios, funções racionais (onde o denominador não é zero), raízes, exponenciais, logaritmos e funções trigonométricas em seus domínios, além de quaisquer somas, produtos, quocientes e composições delas. São as propriedades dos limites que garantem isso.

Como ler o resultado

Você obtém O que significa Próximo passo
Um número real L O limite é L Pronto
\frac{0}{0} Forma indeterminada Fatorar, racionalizar ou usar a regra de L'Hôpital
\frac{a}{0} com a \ne 0 Assíntota vertical Verificar o sinal de cada lado: \pm\infty ou não existe
Indefinido por outro motivo (como \sqrt{-1}) a está fora do domínio Olhar os limites laterais ou o domínio
Gráfico de y = (x² − 1)/(x − 1) com um buraco em x = 1
Substituir x = 1 dá \frac{0}{0}, mas o gráfico claramente se aproxima de 2. Depois de cancelar, x + 1 dá o limite por substituição.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: sai um número. Polinômios e funções trigonométricas são contínuos, então substitua:

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

Exemplo 2: uma função racional. O denominador em x = 3 vale 2 \ne 0:

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

Exemplo 3: \frac{0}{0}. Substituir x = 2 em \frac{x^2 - 4}{x - 2} dá \frac{0}{0}. Fatore, cancele e substitua na expressão mais simples:

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

Exemplo 4: \frac{0}{0} com raiz. Para \lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{x + 9} - 3}{x}, a substituição dá \frac{0}{0}. Multiplique pelo 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}

Agora substitua: \frac{1}{3 + 3} = \frac{1}{6}.

Exemplo 5: um número diferente de zero sobre zero. Para \lim_{x \to 2} \frac{1}{x - 2}, a substituição dá \frac{1}{0}. Pela direita o quociente vai para +\infty e pela esquerda para -\infty, então o limite bilateral não existe.

Por que cancelar é permitido

Um limite com x \to a depende apenas dos valores de x próximos de a, nunca de x = a em si. As funções \frac{x^2-4}{x-2} e x + 2 são iguais para todo x \ne 2, então têm o mesmo limite em 2. Cancelar altera a função apenas no único ponto que o limite ignora.

Erros comuns

  1. Dizer que \frac{0}{0} é zero, um ou "não existe". Não é nada disso automaticamente. Significa "continue trabalhando".
  2. Substituir numa função que não é contínua em a. Numa função definida por partes, o valor f(a) pode ser diferente do limite. Verifique cada lado.
  3. Parar em \frac{a}{0}. Determine o sinal de cada lado para dizer se a resposta é \infty, -\infty ou não existe.
  4. Esquecer de substituir depois de simplificar. O objetivo de fatorar é justamente chegar a uma expressão em que dê para substituir.

Quando a álgebra fica complicada, a regra de L'Hôpital resolve \frac{0}{0} com derivadas. Para o conjunto completo de técnicas, veja como calcular limites.

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Substituição direta

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Perguntas frequentes

O que é a substituição direta em limites?

Substituição direta é calcular \lim_{x \to a} f(x) calculando f(a). Ela dá a resposta correta sempre que f é contínua em a.

O que significa quando a substituição direta dá 0/0?

\frac{0}{0} é uma forma indeterminada. O limite pode ser qualquer número ou pode não existir, então é preciso fatorar, racionalizar ou usar a regra de L'Hôpital.

E se a substituição direta der um número dividido por zero?

Se o numerador tende a um número diferente de zero e o denominador tende a 0, a função explode. Verifique os limites laterais: eles são \infty ou -\infty, e se forem diferentes o limite bilateral não existe.

Sempre dá para usar substituição direta em polinômios?

Sim. Polinômios são contínuos em todo ponto, então \lim_{x \to a} p(x) = p(a) para todo a real.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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