lunes, 19 de mayo de 2014

LIMITES DE LA FORMA 0/0

La indeterminación {short description of image}
Para salvar indeterminaciones de este tipo, es posible reducir el cociente planteado a otro cuyo denominador no sea cero factorizando el numerador y/o el denominador, cancelando luego los factores comunes. En otras ocasiones, es posible crear un factor común multiplicando el numerador y el denominador por la expresión conjugada de la que se presenta en uno de ellos.
Ejemplo. Halle {short description of image}
Al sustituir, resulta {short description of image} y {short description of image} lo que genera una indeterminación del tipo {short description of image}.
Sin embargo, como {short description of image} si x ¹ 3, resulta que la función {short description of image} coincide con la función (x + 3) salvo en x = 3.
Como interesa analizar el comportamiento de la función para valores de x próximos a 3 (por izquierda y por derecha), es posible determinar el comportamiento de {short description of image} analizando el de la función (x + 3).
Por lo tanto puede decirse que {short description of image}
   
Nota. Existe algo sospechoso en este ejemplo. Si el 3 no estaba en el dominio antes de simplificar, pero sí lo estaba después de simplificar, la función seguramente ha cambiado.
Al decir {short description of image} mentimos un poco. Lo que en realidad quisimos decir es que esas dos expresiones son iguales en donde están definidas. En realidad {short description of image} y x + 3 son distintas. La diferencia entre ellas es que x = 3 no pertenece al dominio de {short description of image} pero sí al dominio de x + 3. Puesto que {short description of image} ignora cualquier valor que f pueda tomar x = 3, eso no interesa. Desde el punto de vista del límite en 2 esas funciones sí son iguales.
   
Ejemplo. Calcule el valor de {short description of image}.
Al sustituir la variable por 1, tanto el numerador como el denominador se anulan y se genera la indeterminación {short description of image}. Se factorizan el numerador y el denominador y, para x ¹ 1, se simplifican los factores comunes:
   
Ejemplo. Halle el valor de {short description of image}.
Reemplazando la variable por 3 se obtiene la indeterminación {short description of image}. Para resolver este límite, se racionaliza el denominador multiplicando el numerador y el denominador por la expresión conjugada de la del denominador y resulta:
{short description of image}{short description of image}
  
Ejemplo. Determine el límite {short description of image}.
Al sustituir, resulta {short description of image} y {short description of image} lo que genera una indeterminación del tipo {short description of image}.
{short description of image}{short description of image}
Si x ® 3, el denominador tiende a cero. Si x se aproxima a 3 por derecha o por izquierda, en cualquiera de los casos el denominador es positivo por estar elevado al cuadrado. Como el numerador negativo (-1), se concluye que el límite es -¥.
   
Le proponemos resolver algunos ejercicios para que compruebe sus conocimientos.

domingo, 18 de mayo de 2014

LIMITES POR DEFINICIÖN

Límites (definición formal)

Acercándose ...

A veces algo no se puede calcular directamente... ¡pero puedes saber cuál debe de ser el resultado si te vas acercando más y más! A esto lo llamamos el límite de una función.
Por ejemplo, ¿cuál es el valor de (x2-1)/(x-1) cuando x=1?
(12-1)/(1-1) = (1-1)/(1-1) = 0/0
Pero 0/0 es "indeterminado", lo que significa que no podemos calcular su valor. En lugar de calcular con x=1 vamos a acercarnos poco a poco:
x(x2-1)/(x-1)
0.51.50000
0.91.90000
0.991.99000
0.9991.99900
0.99991.99990
0.999991.99999
......
Vemos que cuando x se acerca a 1, (x2-1)/(x-1) se acerca a 2, así que decimos:
El límite de (x2-1)/(x-1) cuando x tiende (o se aproxima) a 1 es 2
Y con símbolos se escribe:

Más formal

Pero no podemos decir que el límite es un cierto valor sólo porque parezca que vamos hacia él. Nos hace falta una definición más formal. Así que vamos a empezar por la idea general

De español a matemáticas

Vamos a decirlo primero en español:
"f(x) se acerca a un límite cuando x se acerca a un valor"
Si llamamos "L" al límite, y "a" al valor al que se acerca x, podemos decir
"f(x) se acerca a L cuando x se acerca a a"

Calculando "cerca"

A ver cuál es una manera matemática de decir "cerca" ... ¿a lo mejor restar un valor de otro?
Ejemplo 1: 4.01 - 4 = 0.01 
Ejemplo 2: 3.8 - 4 = -0.2 
Hmmm... ¿cerca negativamente? Eso no tiene mucho sentido... lo que nos hace falta es "no me importa si es negativo o positivo, sólo quiero saber la distancia". La solución es usar el valor absoluto.
"Qué tan cerca" = |a-b|
Ejemplo 1: |4.01-4| = 0.01 
Ejemplo 2: |3.8-4| = 0.2 
Y si |a-b| es pequeño sabremos que está cerca, así que escribimos:
"|f(x)-L| es pequeño cuando |x-a| es pequeño"
Y esta animación muestra lo que pasa con la función
f(x) = (x2 - 1) / (x-1)

  • cuando x se acerca a a=1,
  • f(x) se acerca a L=2
Así que
  • |f(x)-2| es pequeño
  • cuando |x-1| es pequeño.

Delta y epsilon

Pero "pequeño" es español, no "matemático".
Tenemos que elegir dos valores para ser más pequeños que ellos:
para que |x-a| sea más pequeño que él
para que |f(x)-L| sea más pequeño que él
(Nota: estas dos letras griegas, δ llamada "delta" y ε llamada "epsilon", se suelen
usar para esto, de aquí sale la frase "delta-epsilon")
Y tenemos:
"|f(x)-L|<cuando |x-a|<"
¡Y esto lo dice todo! Así que si entiendes esto entenderás los límites...
... pero para ser absolutamente preciso necesitamos poner estas tres condiciones:
1)2)3)
se cumple para todos los >0 existe y es >0no es exactamente igual que a significa 0<|x-a|
Y así queda:
"para cada>0, hay un >0 que cumple que |f(x)-L|<cuando 0<|x-a|<"
Esta es la definición formal. Pero la esencia es que cuando x se acerca a a entonces f(x) se acerca a L.

Cómo se usa en una demostración

Para usar esta definición en una prueba, tenemos que ir
De:A:
0<|x-a|<|f(x)-L|<
Normalmente esto significa encontrar una fórmula para  (en términos de ) que funcione.
¿Cómo la encontramos? ¡Adivina y comprueba!
  1. Juega y manipula hasta que encuentres una fórmula que podría funcionar
  2. Ponla a prueba para ver si de verdad funciona.

Ejemplo: vamos a intentar probar que

Cómo vamos de:
(Nota: a=3, y L=10)
0<|x-3|<a|(2x+4)-10|<

Paso 1: juega con el límite hasta que encuentres una fórmula que podría funcionar


Empieza con:|(2x+4)-10|<
Simplifica:|2x-6|<
Saca el 2:2|x-3|<
Pasa el 2 al otro lado:|x-3|</2
Aquí podemos adivinar que =/2 puede funcionar

Paso 2: comprueba a ver si la fórmula funciona.


Entonces, ¿ cómo vamos de 0<|x-3|< a |(2x+4)-10|<? A ver...
Empieza con:0<|x-3|<
Sustituye :0<|x-3|</2
Pasa el 2 al otro lado:0<2|x-3|<
Pon el 2 dentro:0<|2x-6|<
Saca un "10"0<|(2x+4)-10|<
¡Sí! Podemos ir de 0<|x-3|< a |(2x+4)-10|< eligiendo =/2
Así que sí se cumple que siempre hay un , entonces es verdad que:
"para cada , existe un  que cumple que |f(x)-L|<cuando 0<|x-a|<"
Y así hemos demostrado que

Conclusión

Esta demostración ha sido bastante simple, espero que explique esas palabras tan extrañas "existe un... ", y que hayas aprendido una buena manera de intentar este tipo de demostraciones