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No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 1 1
GOVERNO FEDERAL
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
CAMPUS JUAZEIRO/BA COLEG. DE ENG. ELÉTRICA
PROF. PEDRO MACÁRIO DE MOURA
Discente ___________________________________________CPF
Limites e Continuidade
A Importância do Estudo de Limite
O estudo dos limites é fundamental para o entendimento das ideias de derivadas e
integrais. Neste momento, trabalharemos apenas a ideia intuitiva e informal de limite, sem as
definições rigorosas e as demonstrações formais de suas propriedades. A ideia intuitiva de
limite é trabalhada geometricamente por meio de sequências e pela análise do gráfico de uma
função. A noção de limite de uma função, e o uso do deste é de fundamental importância na
compreensão e, consequentemente, no desenvolvimento de grande quantidade de tópicos no
campo das ciências que lidam com a Matemática.
O Cálculo Diferencial e Integral é uma um ramo da matemática, toda ela,
fundamentada no conceito de limite. O conceito de limite de uma função é uma das ideias
fundamentais que distinguem o Cálculo da Álgebra e da Trigonometria. Suponha que um
físico deseje obter quanto vale determinada medida, quando a pressão do ar é zero. Na
verdade é impossível obter o vácuo perfeito. Então um procedimento a ser adotado é
experimentalmente efetuar-se essas medidas com valores cada vez menores de pressão, se os
valores desta medida tendem para um determinado número L, admite-se que no vácuo ela
seria igual ao valor . Se representarmos por x a pressão e à medida que quisermos for dada
por , então podemos representar esse resultado por:
Esta é uma situação em que se aplica o conceito matemático de limites. Tal conceito
é de fundamental importância para o desenvolvimento teórico de derivadas e integrais que
possuem várias aplicações na física, eletricidade, mecânica, economia, psicologia, biologia
engenharia entre outras.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 2 2
Breve Histórico
Uma preocupação já presente, entre os gregos antigos consistia na busca de
procedimentos para encontrar áreas de figuras com diferentes formas. Por meio de
transformações geométricas, relacionando figuras com áreas equivalentes, os gregos
dedicaram-se, principalmente, ao cálculo de áreas de figuras limitadas por segmentos de reta
ou arcos de círculo, pela redução a figuras conhecidas. Quando tratamos do cálculo de áreas
de figuras por curvas, é inevitável recorrer a procedimentos que se utilizem, direta ou
indiretamente, do conceito de limite. Os gregos resolveram o problema de calcular a área do
círculo pela aproximação sucessiva (método de exaustão) de polígonos inscritos com número
cada vez maior de lados, de acordo com a sequência de figuras apresentada a seguir.
Calculando a área de um polígono através de sua decomposição em triângulos
isósceles com vértices no centro do círculo e bases coincidentes com seus lados, a figura
convergia para o círculo circunscrito a todos os elementos da sequência em questão.
Introdução
Usamos a palavra limite no nosso cotidiano para indicar, genericamente, um ponto que
pode ser eventualmente atingido, mas que jamais pode ser ultrapassado.
Exemplos
01. Injetando ininterruptamente ar em um balão de borracha, haverá um momento em que ele
estoura. Isso porque existe o limite de elasticidade da borracha.
02. Um engenheiro ao construir um elevador, estabelece o limite de carga que este suporta.
03. No lançamento de um foguete, os cientistas devem conhecer o limite mínimo de
combustível necessário para que a aeronave entre em órbita.
...
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 3 3
04. Como os avanços na tecnologia resultam na produção de calculadoras cada vez mais
potentes e compactas, o preço das calculadoras atualmente no mercado diminui. Suponha
que meses a partir de agora, o preço de certo modelo seja de
unidade
monetária
a) Qual será o preço daqui a 5 meses? Resposta:
b) De quanto cairá o preço durante o quinto mês? Resposta: .
c) Quando o preço será de 19 u.m. Resposta: Daqui a 4 meses.
d) O que acontecerá com o preço ao longo prazo Resposta: .
05. Supõe-se que a população de uma certa comunidade sertaneja, daqui a anos, será de
milhares.
a) Daqui a 9 anos, qual será a população da comunidade? Resposta:
milhares.
b) De quanto à população crescerá durante o ano? Resposta – habitantes.
c) Ao longo desse tempo, o que acontecerá ao tamanho da população? Resp. Aprox. 20 mil/ha.
PS: É importante ter em mente que o limite pode ser um ponto que nunca é atingido,
mas do qual se pode aproximar tanto quanto se desejar.
PS. Deve-se a Cauchy (1789–1857), matemático francês, a formalização precisa de limite.
Noção Intuitiva de Limite
Problemas Resolvidos
Problema 01 Inicialmente, vamos tomar a função , definida por – e
determinar o valor de , quando os valores de , encontram-se muito próximos de 2.
Solução:
Atribuindo a x uma sequência de valores que se aproximam cada vez mais de 2 pelo lado
esquerdo, é possível determinar os valores de , conforme ilustra na Tabela 1.
Percebe-se que conforme os valores de aproximam-se de 2, os valores de , aproximam-
se de 0.
Por outro lado, atribuindo-se a uma sequência de valores que se aproximam cada vez mais
de 2, pelo lado direito, é possível determinar os valores de , conforme ilustra na Tabela 1.
Novamente, os valores de , aproximam-se de 0, à medida que os valores de
aproximam-se de 2.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 4 4
Valores de
tendendo a 2 pela
esquerda.
Valores de
tendendo a 0 pela
esquerda
1 -1
1,5 -0,5
1,8 -0,2
1,9 -0,1
1,99 -0,01
1,999 -0,001
1,9999 -0,0001
1,99999 -0,00001
1,999999 -0,000001
Valores de
tendendo a 2 pela
direita.
Valores de
tendendo a 0 pela
direita.
3 1
2,5 0,5
2,3 0,3
2,1 0,1
2,01 0,01
2,001 0,001
2,0001 0,0001
2,00001 0,00001
2,000001 0,000001
Tabela 1
Graficamente, usando o software Graphmatica, temos:
Neste caso, escrevemos em linguagem matemática:
0)(lim)(lim)(lim222
xfxfxfxxx
Lê-se: Limites laterais de são iguais ao limite
de quando x tende para 2 e é igual a 0.
Problema 02 Tomemos a função
, suponha que estejamos interessados em saber
de que valor se aproxima quando se aproxima de 3.
Solução: Observe a Tabela 2, atribuamos a x valores menores que 3. Vemos que quanto mais
x se aproxima de 3, mais o valor de se aproxima de 6.
Matematicamente, representamos esta situação por
Lê-se: limite de quando tende a três pela esquerda é igual a 6.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 5 5
Tomemos agora valores próximos de três, mas maiores que 3. Note que quanto mais x se
aproxima de 3 por valores maiores do que 3, mais se aproxima de 6.
Matematicamente, representamos esta situação por
Lê-se: limite de quando tende a três pela direita é igual a 6.
Valores de
tendendo a 3
pela esquerda.
Valores de
tendendo a 6
pela esquerda
2,5 5,5
2,8 5,8
2,9 5,9
2,99 5,99
2,999 5,999
2,9999 5,9999
... ...
Valores de
tendendo a 3
pela direita.
Valores de
tendendo a 6
pela direita.
3,4 6,4
3,2 6,2
3,1 6,1
3,01 6,01
3,001 6,001
3,0001 6,0001
... ...
Estes limites são chamados limites laterais.
O limite de uma função existe se, e somente se, os limites laterais existirem e forem iguais
Em linguagem matemática devemos ter
Como os limites anteriores são
iguais, podemos dizer que o limite
existe, existe, ou seja, e
, mas a função não é continua, já
que não está definido.
Observe o gráfico ao lado.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 6 6
De acordo com os exemplos apresentados anteriormente, nota-se que a ideia de limite de uma
função , quando tende para , depende somente dos valores de em valores próximos de
, o valor de é irrelevante.
Nota:
Problema 03 O gráfico a seguir representa uma função de em . Determine:
a) b)
c)
d)
e) e)
Solução:
a) b)
c)
d)
e) e)
Problema 04 Um gás (vapor d’água) é mantido à temperatura constante. À medida que o gás
é comprimido, o volume decresce até que atinja uma certa pressão crítica. Além dessa
pressão, o gás assume forma líquida. Observando a figura a seguir, determine:
a)
b)
c)
Solução:
a)
b)
c) O limite não existe, pois
.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 7 7
Continuidade em Aplicações
Nas aplicações, as descontinuidades sinalizam, muitas vezes, a ocorrência de
importantes fenômenos físicos. Por exemplo, a Figura 1 é um gráfico da voltagem versus o
tempo para um cabo subterrâneo que é acidentalmente cortado por uma equipe de trabalho no
instante (A voltagem caiu para zero quando a linha foi cortada.) A Figura 2 mostra o
gráfico de unidades em estoque versus tempo para uma companhia que reabastece o estoque
com unidades quando o estoque cai para unidades. As descontinuidades ocorrem nos
momentos em que acontece o reabastecimento.
Figura 1 Figura 2
Lista de Exercícios
01. Seja a função definida por
. Esboce o gráfico de e calcule
.
02. Dada a função definida por:
. Esboce o gráfico de e calcule
o seu limite quando tende a 1.
03. Um fazendeiro estabelece o preço da saca de café em função da quantidade de sacas
adquiridas pelo comprador através da equação
, em que é o preço em
dólares por saca e é o número de sacas vendidas.
a) Quanto deve pagar, por saca, um comprador que adquirir 100 (cem) sacas?
b) Quanto deve pagar, por saca, um comprador que adquirir 200 (duzentas) sacas?
c) Sabendo que um comprador pagou 54 dólares por saca, quantas sacas comprou?
d) O que acontecerá com o preço de cada saca, em uma compra muito grande (x )?
Respostas:
a) 52 dólares b) 51 dólares c) 50 sacas d) P(x) $ 50 quando x
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 8 8
04. Para estudar a velocidade na qual os animais aprendem, um estudante de psicologia
executou um experimento no qual um rato era enviado repetidamente através de um
labirinto de laboratório. Suponha que o tempo requerido pelo rato para atravessar o
labirinto na enésima tentativa era de aproximadamente
minutos.
a) Para que valores de a função tem significado no contexto do experimento
psicológico? Resposta: Todo inteiro positivo )Z( *
b) Quanto tempo leva para que o rato atravesse o labirinto na terceira tentativa? Resposta: 7
minutos
c) Em qual tentativa o rato atravessou pela primeira vez o labirinto em 4 minutos ou menos?
Resposta: 12a tentativa
d) De acordo com a função f, o que acontecerá com o tempo requerido pelo rato para
atravessar o labirinto à medida que o número de tentativas aumenta? Será o rato um dia
capaz de atravessar o labirinto em menos de 3 minutos?
Resposta: O tempo necessário aproximar-se-á de, mas nunca será menor do que 3 min.
05. O gráfico a seguir representa uma função de em .
Determine:
a) )1(f = b)
)(lim1
xfx
c)
)(lim1
xfx
Resposta: a) 5)1( f b) 3 c) 5
06. Um paciente em um hospital recebe uma dose inicial de 200 miligramas de um
medicamento. A cada 4 horas recebe uma dose adicional de 100 mg. A quantidade f(t) do
medicamento presente na corrente sanguínea após t horas é exibida na figura a seguir.
Determine e interprete:
a) )(lim8
tft
b) )(lim8
tfp
Resposta: a) 150 b) 250 Interpretação: Não
existe limite.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 9 9
07. O gráfico a seguir representa uma função de em
. Determine:
a) )1(f = b)
)(lim1
xfx
c)
)(lim1
xfx
Resposta: a) 4)1( f b) -2 c) 4
08. Se a equação horária de uma partícula é ,16)( 2 ttts determine:
a) A velocidade média no intervalo de tempo [2; 2,1].
b) A velocidade instantânea da partícula no instante t = 2.
09. Considerando que, em um experimento de adubação, a resposta do crescimento de uma
planta em pode ser dada por
em que (em ) é a quantidade de
fertilizante adicionada. O que acontece se crescer indefinidamente? Faça um comentário
que justifique o resultado obtido.
Resposta Interpretação: Se adicionarmos uma quantidade infinita de adubo a altura
máxima da planta tende a 20 cm. Não se faz, necessário uma quantidade . “É perder
dinheiro”.
Propriedades dos Limites
A seguir introduziremos propriedades que podem ser usadas para achar muitos limites
sem utilizar a pesquisa do número que aparece na definição de limite.
(P0) Se 1)(lim Lxfax
e 2)(lim Lxfax
, então .21 LL (Teorema da Unicidade do limite).
(P1) Sejam a e c números reais quaisquer, então ccax
lim isto é o limite de uma constante
é a própria constante.
(P2) Se a, b, m são números reais, então: bmabmxax
)(lim
.
(P3) Se ,)(lim e )(lim
MxgLxfaxax
então:
a) )]()([lim
MLxgxfax
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 10 10
b) )]()([lim
MLxgxfax
c) 0M que desde M
L=
)(
)(lim
xg
xf
ax
d) n) positivo inteiro p/ ( )(lim
nn
axLxf
e) par n p/ 0 L que desde ,)(lim
nn
axLxf
f) 0 L que desde , .ln)(ln lim
Lxfax
g) )( cosf(x) cos lim
Lax
h) )( f(x)sen lim
Lsenax
i) lim )(
Lxf
axee
Exemplo: Determine o seguinte limite:
)13(lim 2
2 xx
x112.321lim3limlim 2
2
2 2
2
2
3
P
xxx
P
xx
Vemos neste exemplo que o valor de )()(lim
afxfax
Isto na verdade ocorre para todos os polinômios. Enunciando então, formalmente, temos:
Teorema I: Se f é uma função polinomial, então: )()(lim
afxfax
.
Exemplos:
1) Calcule )15(lim 2
2
xx
x512522
2) Calcule
2>xse ,x
2xse 3x, sendo)(lim
22 xf
x .
Solução:Se 623)(lim 22 x
xfx . Por outro lado, 42)(lim2>x 2
2 x +
xf .
Portanto, não existe o limite.
Além deste, temos ainda outros teoremas que nos fornecem resultados úteis para o cálculo de
limites.
Teorema II: Se f é uma função racional, e a pertence ao domínio, então:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 11 11
)()(lim aqxqax
Exemplos:
1) Calcule 76
125lim
2
3
x
xx
x
Solução:
11
73
11
40
736
13235
76
125lim
22
3
x
xx
x
2) Calcular 3 2
5 943lim
xx
x
Solução:
464 9+20-75 =943lim943lim 333
2
5
3 2
5
xxxx
xx
Em resumo:
Sejam f e g funções tais que: 2px
1px
L)x(flim e L)x(flim
então:
1) )(lim)(lim L)]()([lim 21 xgxfLxgxfpxpxpx
, ou seja, o limite da soma é igual a soma
dos limites.
2) )(lim.)(lim 1 xfkLkxfkpxpx
3) )x(glim)x(flim LL)]x(g)x(f[limpxpx
21px
4) )(lim)(lim L)]()([lim 21 xgxfLxgxfpxpxpx
5) 0L que desde ,)x(glim
)x(flim
L
L
)x(g
)x(flim 2
px
px
2
1
px
6) Nn ,)x(flimL)]x(f[limn
px
n
1
n
px
7) par) én que em caso (no 0L que desde ,)x(flimL)x(flim 1npx
n1
n
px
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 12 12
8)
k ,lim kkpx
, ou seja, o limite de uma constante é a própria constante.
9) pxlimpx
10) )x(glim
px
L
1
)x(g
px
px2 )x(flimL)x(flim
L(x)flim ,...,L(x)flim ,L(x)flim Se nnpx
22px
11px
, então
11) n21n21px
L...LL)]x(f...)x(f)x(f[lim
12) n21n21px
L...L.L)]x(f)...x(f).x(f[lim
, 2n,Nn
Exemplos:
1) 24...)8x4(lim 3
2x
2) ) c b,a, ( ,cbpap...)cbxax(lim 22
px
3) 2
3...
1x
1xxlim
23
1x
4)
54x3
1x 2
3...
2x
x2xlim
Lista de Exercícios
1) )1x5xx(lim 23
1x
=
2) )3x4x2x(lim 23
1x
=
3) )1x2x2x4(lim 23
2x
=
4) 5x
4x5xlim
2
2
3x
=
5) 2x
10x7xlim
2
2x
=
6) 3x
3x2xlim
2
3x
=
7) xx
x2x5xx3lim
2
234
0x
=
8) 1x2x
3x4xlim
5
3
1x
=
9) 6x
36xlim
2
6x
=
10) 2x3x
1xlim
2
2
1x
=
11) 2x
32xlim
5
2x
=
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 13 13
12) 27x54x36x10x
27x18x8xlim
234
234
3x
=
13) 4x2
2xlim
2x
=
14) 2x
4xlim
4x
=
15) x42
xlim
0x =
16) x22
xlim
0x =
17) 1x
x32lim
1x
=
18) 11x
xlim
0x =
19) 2x
3x21lim
4x
=
20) 11x5x3
22x3x2lim
2
2
2x
=
Respostas:
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
8 4 - 5 - 26 5 -3 -4 -2
3
1
12 -2
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
80 2 0 4 4 22
4
1
2
3
4
14
5
Limites no Infinito
Introdução:
Consideremos a função f definida por x
xf1
)( e analisemos, mediante uma tabela, o seu
comportamento quando os valores de crescem ilimitadamente através de valores positivos.
x
4
1
3
1
2
1
1 2 3 4 10 100 1.000 10.000 100.000
4 3 2 1
2
1
3
1
4
1
0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001
Pela tabela constatamos que quando cresce ilimitadamente através de valores positivos, os
valores da função se aproximam cada vez mais de 0 (zero). Simbolicamente, representamos
tal fato por: , que se lê: “limite de f de , quando tende a mais infinito, é
igual a zero”.
x
)(xf
x
0)(lim
xfx
x x
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 14 14
Observação: Quando uma variável independente está crescendo ilimitadamente através de
valores positivos, escrevemos: “ ”. Devemos enfatizar que não é um número
real. O símbolo indica, portanto, o comportamento da variável independente .
Consideremos agora, para a mesma função, uma tabela onde os valores da variável
decrescem ilimitadamente através de valores negativos.
x -
4
1 -
3
1 -
2
1
-1 -2 -3 -4 -10 -100 -1.000 -10.000 -100.000
-4 -3 -2 -1 -
2
1 -
3
1 -
4
1
-0,1 -0,01 -0,001 -0,0001 -0,00001
Observando a tabela anterior verificamos que à medida em que os valores de decrescem
ilimitadamente através de valores negativos, os valores da função se aproximam cada vez
mais de 0 (zero). Usando o simbolismo “ ” para indicar os valores de que estão
decrescendo ilimitadamente, representamos simbolicamente o fato acima por um
0)(lim
xfx
, que se lê: “limite de f de , quando tende a menos infinito, é igual a zero.
Pelo gráfico da função x
xf1
)( cujo esboço é
indicado pela figura ao lado, notamos que quando
x cresce ilimitadamente através de valores
positivos ( ), os valores da função )(xf
aproximam-se cada vez mais de 0 (zero). E,
portanto, simbolicamente podemos escrever
ou 01
lim xx
.
Analogamente, observando o comportamento da função através do seu gráfico (figura
indicada acima), constatamos que quando x decresce ilimitadamente através de valores
negativos ( ), os valores da função )(xf aproximam-se cada vez mais de 0 (zero).
Simbolicamente, escrevemos:
0)(lim
xfx
ou 01
lim xx
.
x
x
x
x
)(xf
x
x x
x x
x
0)(lim
xfx
x
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 15 15
Exemplos:
1) Observe o gráfico da função
apresentado na Figura a seguir:
Observando o gráfico e as tabelas, vemos que esta função tende para o valor 1, quando x tende
para o infinito. Isto é, quando . Denotamos por
A função
tende para 2 quando x como podemos observar na Figura a
seguir.
Assim, podemos escrever:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 16 16
Propriedades dos Limites no Infinito
Limite de uma função Polinomial
Consideremos a função polinomial 13764)( 23 xxxxP , podemos escrevê-la
na seguinte forma:
32
3
4
13
4
7
4
614)(
xxxxxP
Portanto,
32
3
4
13
4
7
4
61lim)4(lim)(lim
xxxxxP
xxx
Ora, é claro que:
14
13
4
7
4
61lim
32
xxxx
Temos, então:
)4(lim)(lim 3xxPxx
Assim, temos dois casos:
)4(lim)(lim 3xxPxx
e
)4(lim)(lim 3xxPxx
Generalizando, sendo 01
2
2
1
1 ...)( axaxaxaxaxP n
n
n
n
, podemos sempre escrever:
n
nxx
xaxP
lim)(lim
Limite de uma função racional
Dada a função racional )(
)()(
xQ
xPxf , onde P e Q são funções polinomiais em x com:
01
2
2
1
1 ...)( axaxaxaxaxP n
n
n
n
e 01
2
2
1
1 ...)( bxbxbxbxbxQ m
m
m
m
Sendo 0na e .0mb Tem-se então que:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 17 17
mn
xm
n
m
m
n
n
xm
mx
n
nx
x
x
xxx
b
a
xb
xa
xb
xa
xQ
xP
xQ
xPxf
limlim
lim
lim
)(lim
)(lim
)(
)(lim)(lim
Dependendo do valor de n e m , três casos podem ser considerados:
1o)
)(lim xfmn
x
2o) 0)(lim
xfmn
x
3o)
m
n
x b
axfmn
)(lim
Exemplos:
1)
x
x
x
xx
xxx
xxxlim
9
10
9
10lim
4109
115810lim
2
3
2
23
2) 00151
lim1515
lim21012
1196815lim
4
3
24
23
xx
x
xxx
xxx
xxx
3) 5
71lim
5
7
5
7lim
58145
21187lim
3
3
23
23
xxx x
x
xxx
xxx
4) Calcule 1
lim2 x
x
x
Solução:
Para calcularmos este limite, escrevemos 2xx ( ,0x pois )x e então dividimos o
numerador e o denominador, sob o sinal do radical, por .2x
11
1
1lim
1lim
1lim
1lim
222
2
2
2
2
2
2
xxx
x
x
x
x
x
x
x
xxxx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 18 18
5) Calcule xxxx
43lim 2
Solução: Multiplicando, numerador e denominador, por xxx 432 , temos:
xxx
x
xxx
xxx
xxx
xxxxxxxxx
xxxx
43
43lim
43
43lim
43
4343lim43lim
22
22
2
222
Procedendo de modo análogo ao exemplo anterior, vem:
2
3
11
3
143
1
43
lim43
43
lim43lim
2222
2
2
xx
x
x
x
xx
x
x
x
xx
x
xxxxxx
Exercícios
01. Calcule os limites indicados:
a) 43
3lim
2
2
x
xx
x Resposta: 1/3
b) 35
23lim
2
x
x
x Resposta: 0
c) 62
3lim
2
x
x
x Resposta: 0
d) x
x
x
2
34lim Resposta: 2
e) xxx
1lim 2 Resposta: 0
f) xxxx
2lim Resposta: 1
g) xx
1lim
Resposta: 0
h) xx
12lim
Resposta: 2
i) 4lim 2
xxx
Resposta:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 19 19
j) x
xe
lim Resposta: 0
k)
22
1lim
xx Resposta: 1
l)
31
1lim
xx Resposta: 1
m)
x
xe
1
3lim Resposta: 4
n) 1lnlim 2
xx
Resposta:
o) 1lnlim 2
xx
Resposta:
p) 1lim 2
xxx
Resposta: 0
02. Usando as propriedades e os teoremas sobre limites, calcule os limites abaixo:
15limd) 7816
364lim)
43lim b) 723lim)
2x3
2
2
2x
3
2
21
xx
xxc
xxxxa
x
x
32
2
34
32
1
42
2
1
352limh)
)56(
)354(limg)
92
16limf)
276
352lim)
2
1
x
xx
t
tt
s
s
xx
xxe
xt
sx
3 xsex +4
-3< xse 9
sendo f(x)limj)
2343lim)
2
3x
32
2
x
xxix
2> xse2x -4
2 xse x= f(x) sendo ),(lim)
3
2xfk
x
03. Calcule os limites:
2
3x2
2
1
32x5
x-9- xlimd) 344
62x lim)
x2
2x-5 limb)
1-x
23x lim)
xx
xc
a
x
x
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 20 20
04. Considere a função definida por:
1 1
1 4
1 3
)(
2 xsex
xse
xsex
xf , determine:
)(lim (c) )(lim )()(lim)(1x1x1x
xfxfbxfa
05. Considerando as funções definidas nos item a, b e c, encontre os limites abaixo, se
existirem: )(lim )()(lim )()(lim)(
111xfiiixfiixfi
xxx
1 xse x -3
1 xse 13)()
1 xse 1x
1 xse 4)()
2
xxfb
xxfa
1 xse 2-x
1 xse 2
1 xse
)()
2x
xfc
06. Para a função representada graficamente na Figura a seguir, determine, se existir, cada
item abaixo. Caso não exista, justifique.
f(3) e) f(x) d) f(x) c) f(x) b) f(x) ) limlimlimlim3 3 3 0 - xxxx
a
07. Para a função representada graficamente na Figura a seguir, determine, se existir, cada
item abaixo. Caso não exista, justifique.
f(x) h)f(x)g)f)f(-2) f(3) e)f(x) d)f(x) c)f(x) b)f(x) ) limlimlimlimlimlim2 2 1 3 3 3 -- xxxxxx
a
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 21 21
08. Para a função representada graficamente na Figura a seguir, determine, se existir, cada
item abaixo. Caso não exista, justifique.
)(limj) f(-3) i)h)f(1) f(2)g) )(limf)
)(lim e) )(limd) )(lim) )(lim b) )(lim)
12
22333
xfxf
xfxfxfcxfxfa
xx
xxxxx
09. Calcule os seguintes limites laterais:
9
lim)f 36
6lim)e
4
2lim)
4
lim)c 2
lim)b 4
2lim)
23
26
22
422
2
x
x
x
x
x
xd
x
x
x
x
x
xa
xxx
xxx
10. Calcule o )(lim2
xfx
sendo:
2 x se 5
2 xse 2
4
)(
2
x
x
xf
RESPOSTAS: 1) a)-13 b) 425 c) –1 d) 15 e) 0 f) –23 g) –64 h) 34
5
i) 6 j) 1 k ) não existe 2) a) 1 b) 4 c)3 d)2 3) a) 17/2 b)
1/64 c) 1 d)3 4) 2)(lim logo 2)(lim;2)(lim)111
xfxfxfaxxx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 22 22
5) )(lim existe não logo 3)(lim;0)(lim)111
xfxfxfaxxx
2)(lim logo 2)(lim ;2)(lim)111
xfxfxfbxxx
1)(limlogo1)(lim;1)(lim)111
xfxfxfcxxx
6) a) 3 b) 2 c) 4 d) não existe e) 3
7) a) 2 b) -2 c) não existe d) 3 e) 1 f) -3 g) -1 g) -1
08) a) + b) - c) não existe d) - e) -
f) não existe g) não existe h) 1,5 i) 0 j) não existe
09) f) e) d) -c) b) )a
10) 4)(lim2
xfx
FUNÇÕES CONTÍNUAS
1. Introdução:
Sejam f e g funções de gráficos:
Observe que f e g se comportam de maneira diferente no ponto p. Enquanto a função g
apresenta um salto a outra não.
Ao calcular o limite da função f, observamos que o valor deste limite, quando x tende para p
é igual ao valor da função quando x é igual a p, isto é:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 23 23
Por exemplo, se e p = 2, temos que:
As funções que se comportam desta forma em um ponto qualquer de seu domínio são ditas
contínuas nesse ponto.
2. Definição:
Dizemos que uma função f é contínua em um ponto p se forem verificados as três condições
abaixo:
(i) )( pf
(ii) )(lim)(lim :é isto ),(lim xfxfxfpxpxpx
(iii) f(p))(lim
xfpx
Observação: quando pelo menos uma das três condições não for verificada dizemos que f é
descontínua em .px
Exemplos:
1) Verifique se a função xxxf 352)( é contínua em .4x
Solução: Analisaremos uma a uma as três condições:
12343542)4( f
12343542)352(lim)(lim4
xxxfxpx
)4()(lim4
fxfx
Portanto, como )4()(lim4
fxfx
a função é contínua em
2) Verifique se a função 2
|2|)(
xxf é contínua em .2x
Solução: Primeiramente, lembramos que:
)()(lim pfxfpx
4)( 2 xxf
)()2(042)4(lim)(lim 22
2pffxxf
xpx
.4x
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 24 24
2se,2
2
2se,2
2
2
|2|
xx
xx
x
A seguir, analisaremos uma a uma as três condições:
02
0
2
22)2(
f .
Para verificar a existência do limite, devemos calcular os limites laterais:
02
0
2
22
2
2lim
2
|2|lim)(lim
222
xxxf
xxx
e
02
0
2
22
2
2lim
2
|2|lim)(lim
222
xxxf
xxx
Como )(lim)(lim22
xfxfxx
)(lim2
xfx
e 0)(lim2
xfx
.
)2()(lim2
fxfx
. Portanto, como )2()(lim2
fxfx
a função é contínua em .2x
3) Verifique se a função
3,3
3,2
3,1
)(
2
xsex
xse
xsex
xf é contínua em .3x
Solução: Analisaremos uma a uma as três condições:
2)3( f .
Para verificar a existência do limite, devemos calcular os limites laterais:
81913)1(lim)(lim 22
33
xxf
xx e 033)3(lim)(lim
33
xxf
xx
Como )(lim)(lim33
xfxfxx
não existe )(lim3
xfx
e, portanto a função dada não é contínua
em .3x
4) Verifique se a função
2,3
2,2)(
2 xsexx
xsexxf é contínua em .2x
Solução: Analisaremos uma a uma as três condições:
422)2( f .
Para verificar a existência do limite, devemos calcular os limites laterais:
422)2(lim)(lim22
xxfxx
e
264232)3(lim)(lim 22
22
xxxf
xx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 25 25
Como )(lim)(lim22
xfxfxx
não existe )(lim2
xfx
e, portanto a função dada é descontínua
em .2x
Mostramos a seguir um esboço do gráfico de f e
podemos constatar que o mesmo tem um “salto”
em .2x
5) A função 1
1)(
2
x
xxf não é contínua no
ponto ,1x pois a função dada não é definida no ponto especificado. Graficamente,
temos:
6) A função
1,1
1,1
1
)(
2
xse
xsex
x
xg também não é contínua no ponto ,1x pois:
1)1( g .
Limites laterais:
211)1(lim)1(
)1()1(lim
1
)1(lim)(lim
11
2
11
x
x
xx
x
xxg
xxxx
e
211)1(lim)1(
)1()1(lim
1
)1(lim)(lim
11
2
11
x
x
xx
x
xxg
xxxx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 26 26
Como )(lim)(lim11
xgxgxx
)(lim1
xgx
e 2)(lim1
xgx
.
)2(12)(lim1
gxgx
Portanto, como não foi satisfeita a terceira condição, a função dada não é contínua no ponto
especificado, como confirma o gráfico a seguir:
7) Verificar os possíveis pontos de descontinuidade da função
3,92
30,2
0,4
)( 2
xsex
xsexx
xsex
xf .
Solução: Da definição de f, os prováveis pontos de descontinuidade são 0x e .3x
Pelo esboço do gráfico de f, verificamos as condições de continuidade para o ponto ,0x
assim:
.000002)0( 2 f
Limites laterais:
0)4(lim)(lim00
xxfxx
e 0)2(lim)(lim 2
00
xxxf
xx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 27 27
Como )(lim)(lim00
xfxfxx
)(lim0
xfx
e 0)(lim0
xfx
.
)0()(lim0
fxfx
Logo, como )0()(lim0
fxfx
a função é contínua em .0x
Da mesma forma, pelo esboço do gráfico de f, verificamos as condições de continuidade para
o ponto ,3x assim:
.396332)3( 2 f
Limites laterais:
396332)2(lim)(lim 22
33
xxxf
xx
e
396932)92(lim)(lim33
xxfxx
Como )(lim)(lim33
xfxfxx
)(lim3
xfx
e 3)(lim3
xfx
.
)3()(lim3
fxfx
Logo, como )3()(lim3
fxfx
a função é contínua em .3x
Portanto, uma vez que nos pontos de provável descontinuidade, verificamos que a função f é
continua, concluímos que f é contínua para todo x real, e vemos que seu gráfico não tem
qualquer tipo de salto ou interrupção.
LISTA DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS PARA A REVISÃO DOS CONCEITOS
1) Verifique se as funções são contínuas nos pontos especificados:
a) 5 xem 2x
x3)x(f
b) 4 xem
4x
1)x(f
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 28 28
c) 0 xem e1)x(f x
1
d)
-1 xse 3x,
1- xem 1 xse ,1
-1 xse ,1
23
)(
2
x
xx
xf
e) 2 xem 2 xse ,2x
2 xse 6,-7x)(
2
xf f) 3em32)( 2 xxxf
g) 1. xem 1
1)(
xxf h) 4 xem
4 xse2x -10
4 xse 2
4 xse 103
)(
x
xf
2) Determine o valor de a para que as seguintes funções sejam contínuas no ponto indicado:
a) 2 xem
2 xse a,
2 xse ,2
65
)(
2
x
xx
xf b) 4 xem
4 xse a,3x
4 xse ,4
2
)(
x
x
xf
c) 0 xem
0 xse a,43x
0 xse ,22
)(2
x
x
x
xf
Respostas:
1)
a b c d e f g h
sim não não não sim sim não Sim
2)
a b c
a = -1
4
47a
4
2a
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 29 29
3) Verifique se as funções abaixo são contínuas nos pontos indicados, e justifique sua
resposta.
a)
2,
2,4
2,2
)(
2 se xx
se x
xsex
xf b)
xsex
xsexxf
1,1
1,12)(
c)
0,2
0,5
0,23
)(
x se
xse
xsex
xf d)
65,3
51,2
1,1
xsex
x sex
xsex
f(x)
4) A função
2,2
21,1
1,1
)(
2
x se
xse x
x sex
xf possui algum ponto de descontinuidade? Quais?
Justifique.
5) Verifique se as seguintes funções possuem algum ponto de descontinuidade e justifique
sua resposta.
a) 3)( xxf b)1
23)(
x
xxf c)
2
2)(
2
x
xxxf
d)
2 xse 1,
2xse,2
2
)(
2
x
xx
xf e)
5xse 2,
5xse,3)(
xxf f)
1xse x,-3
1xse2,2x-)(
2xxf
6) Indique onde cada uma das funções abaixo é descontínua e justifique sua resposta.
a)
2
2)(
2
x
xxxf b)
0xse1,
0xse,1
)( 2xxf c)
2xse1,
2xse,2
2
)(
2
x
xx
xf
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 30 30
7) Determine o valor de m para que cada função abaixo seja contínua no ponto dado.
a) 3 xem
3 x se m,
3 xse ,3
9
)(
2
x
x
xf b) 0 xem
0 x se m,
0 xse,3)(
2
x
xx
xf
8) Verifique se as funções abaixo são contínuas, justificando sua resposta.
a)
1xse 2x,
1xse,1)(
2xxf b)
1xse 2,x
1xse,2)(
2xxf
9) Explique porque f(x) não é contínua em x.
a) 3 x em3
5)(
xxf b) 2 xem
2 x se 5,
2 xse,2
4
)(
2
x
x
xf
c) 1 xem
1 xse ,
1 x se 3,
1 xse 2,x
)(
x
xf d) 3xem3
9)(
2
x
xxf
10) A figura a seguir mostra o gráfico de uma função f. Em quais valores de x a função é
descontínua? Por quê?
LISTA DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS PARA A REVISÃO DOS CONCEITOS -
CALCULE
1) x2
x3senlim
0x
2) x4
xsenlim
0x
3) x3
x2tglim
0x
11) xsen
xsentgxlim
20x
12) xsenxcos
x2coslim
4
πx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 31 31
4) x3sen
x4senlim
0x
5) x5tg
x3tglim
0x
6) x
xcos1lim
0x
7) xsen.x
xcos1lim
0x
8) 20x x
xsec1lim
9) x
xsentgxlim
0x
10) tgx1
xcosxsenlim
4
πx
13) xsenx
xsenxlim
0x
14) x3senx
x2senxlim
0x
15) x4sen
x3cosx5coslim
0x
16) xsen
x2senx3senlim
0x
17) x
asen)axsen(lim
0x
18) x
acos)axcos(lim
0x
19) xπ
2
xsen1
limπx
20) 20x x3
x2cos1lim
Respostas:
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
2
3
4
1
3
2
3
4
5
3
0
2
1
2
1
2
2
2
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0 2 0
4
1
0 1 a cos a sen
0
3
2
21) Calcule os seguintes limites:
a) xtg
x lim
0 x b)
2xsen lim
0 xx c)
xsenx 5
4xsen lim
0 d)
3
hsen lim
0 hh
e) 2
2
0
cos-1 lim
x
x
x f)
1 cos
x- lim
2
2
0 xx g)
xx cos1
senxx lim
0
Resposta: a) 1 b) 2 c) 4/5 d) 1/3 e) 1 f) 1
g) 2
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 32 32
LISTA DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS PARA A REVISÃO DOS CONCEITOS
1) Mostre que:
a) 12
4
0)31(lim ex x
x
b) 2x
1
0xe)x21(lim
c)
33
1x
1
0xee
3
x1lim
d) 7
4x
1
0xe
7
x41lim
e)
e
1e)x1(lim 1x
1
0x
f) π
1x
1
0xe
π
x1lim
2) Calcule os seguintes limites:
a)
2
n
11 lim
n
n b)
n
31 lim
n
n
c)
x1
x lim
x
x
d) x
51 lim
1
x
x e)
xsen
xsenx
1
1 lim
Resposta: a) e b) e3 c) e
-1 d) e
5
e) e
3) Calcule os limites abaixo:
a)
x 1
ln 2 xlim Fazer x+ 1 = u
x+1
b)
x 2
ln 3 xlim Fazer x+ 2 = u
x+2
c) x
x 0
2 1lim
x
d)
senx
x 0
e 1lim
senx
e) x 0
sen5xlim
tg4x f)
x2
cos xlim
x2
g) 2
x 0
ln 1 xlim
x
h)
3
x 1
ln xlim
x 1
i) cossec x
x 0lim 1+senx ( Fazer sen x = u)
j) 2 x 0
1 cos xlim
x
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 33 33
k) 3 x 0
tgx senxlim
x
l)
1
x 4
x 4
1+xlim
5
m) x
x x 0
10 1lim
5 1
(dividir por x Num. e Den.) n)
x
x
2lim 1+
x
Resposta: a) 1 b) 1 c) 1/ e
2log d) 1 e) 5/4 f) 1
g) 2
h) 3 i) e j) 1/2 k) 1/2 l) 5 e m) 1/ 5log
n) e2
ASSÍNTOTAS HORIZONTAIS E VERTICAIS
(Texto adaptado de: Elaine Cristina Ferruzzi & Devanil Antonio Francisco)
1. INTRODUÇÃO
Em aplicações práticas, encontramos com muita freqüência gráficos que se aproximam de
uma reta a medida que x cresce ( x + ) ou decresce (x ). Veja as Figuras a seguir:
Essas retas são chamadas assíntotas.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 34 34
Traçaremos com facilidade um esboço do gráfico de uma função se conhecermos as assíntotas
horizontais e verticais do gráfico, caso elas existam.
2. Assíntota Vertical
Dizemos que a reta ax é uma assíntota vertical do gráfico de f, se pelo menos uma das
afirmações seguintes for verdadeira:
)(lim)( )(lim)()(lim)( )(lim)(
xfivxfiiixfiixfiaxaxaxax
3. Assíntota Horizontal
Dizemos que a reta by é uma assíntota horizontal do gráfico de f, se pelo menos uma das
afirmações seguintes for verdadeira:
bxfiibxfixx
)(lim)( )(lim)(
Exemplos:
1) Seja a função 3
5)(
xxf . Encontre a equação das assíntotas horizontais e verticais,
se elas existirem.
Solução: Primeiramente devemos observar o domínio da função.
Verificamos, facilmente que }.3{)( fD Sendo assim, vamos calcular: )3(
5lim
3 xx .
Para calcular o limite da função quando x tende a 3 devemos calcular os limites laterais,
assim:
Para calcular )3(
5lim
3 xx, fazemos com 0h , assim temos:
51
lim5)(
5lim
)33(
5lim
)3(
5lim
0003 hhhx hhhx
,3 hx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 35 35
Por outro lado, para calcular )3(
5lim
3 xx, fazemos ,3 hx com 0h , assim temos:
51
lim55
lim)33(
5lim
)3(
5lim
0003 hhhx hhhx
Desta forma, temos:
)(lim)(lim33
xfexfxx
Logo, 3x é uma Assíntota Vertical da função dada, pois são válidas as afirmações (i) e (iv).
Agora, vamos determinar a assíntota horizontal, se esta existir.
Para determinar a assíntota horizontal, basta fazer:
05
lim3
5lim)(lim
xxxf
xxx
Logo, 0y é a assíntota horizontal.
O gráfico da função em estudo está apresentado na figura a seguir:
2)
3) Considere a função 2)2(
43)(
xxf . Encontre a equação das assíntotas horizontais
e/ou verticais, se elas existirem.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 36 36
Solução:
Primeiramente devemos observar o domínio da função. Verificamos facilmente que
}.2{)( fD
Sendo assim, vamos calcular 22 )2(
43lim
xx.
Para calcular o limite da função quando x tende a 2 (dois) devemos calcular os limites laterais,
assim:
Para calcular 2
2 )2(
43lim
xx, fazemos hx 2 , com ,0h vamos a:
34
lim3 lim4
3 lim)(
43 lim
)22(
43 lim
)2(
43 lim
200 20 20 20 22 hhhhx hhhhhx
Agora para calcular 2
2 )2(
43lim
xx, fazemos hx 2 , com 0h , vamos a:
34
lim3 lim4
3 lim)22(
43 lim
)2(
43 lim
200 20 20 22 hhhx hhhhx
Assim, temos:
)(lim2
xfx
e )(lim2
xfx
Logo 2x é uma Assíntota Vertical da função dada.
Agora vamos encontrar a assíntota horizontal, se esta existir:
Para encontrar a assíntota horizontal, basta calcular 2 )2(
43 lim
xx, ou seja:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 37 37
3034
lim3 lim44
43 lim
)2(
43 lim
2 2 2
xxxx xxxx
Logo, 3y é a assíntota horizontal.
O gráfico da função em estudo está apresentado na figura a seguir:
LISTA DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS PARA A REVISÃO DOS CONCEITOS
1) Escreva a equação das assíntotas das funções abaixo e faça um esboço do gráfico da
função dada.
a) 2
5
xy b)
1-x
12x y
c)
x
2 y d)
1)-(x
2 y
2 e)
2-x
3 1- y
2) Encontre as assíntotas horizontais e verticais das funções abaixo e construa um esboço de
cada gráfico.
a) 2
13)(
x
xxf b)
32)(
2xxf c)
1
35)(
x
xxf d)
1
3)(x
xf
e)
2
1)(
2
x
xf f) 4
4)(
xxf g)
2
3)(
xxf h)
4.3
1)(
xxxf
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 38 38
3) Sabe-se que sob temperatura constante, o volume de certa massa de um gás perfeito é
função da pressão a que o mesmo está submetido. E a lei dessa função é dada pelo
gráfico da figura a seguir;
Representada por ,P
KV onde K é uma constante que depende da massa e da temperatura
do gás.
a) Com respeito à função ,P
KV 0P (não tem sentido físico considerar a pressão P nula
ou negativa), o que se pode dizer de V quando P diminuir, tendendo para zero? Resposta:
Aumenta, tendendo a mais infinito.
b) Para a mesma função, o que acontece com o volume V quando a pressão P cresce,
tornando-se muito grande, isto é, quando P tende para infinito? Resposta: Diminui,
tendendo a zero.
4) Considere uma lente delgada convergente de distância focal f (nas lentes convergentes,
0f ). Seja e o eixo principal dessa lente. Seja P um objeto situado em e e P’ a
imagem correspondente. As abscissas p e p’ de P e P’ respectivamente, tomadas em
relação ao centro ótico o da lente, se relacionam através da equação de Gauss:
,1
'
11
fpp dessa equação tiramos que: ,'
fp
pfp
onde f é uma constante que depende
da lente. Construa o gráfico de p’ em função de p.
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 39 39
5) Seja i a corrente variando em função do tempo t, num circuito elétrico onde temos a
descarga de um capacitor C e uma resistência R.
Sabe-se que: .0RC
t
eIi
a) Determine a corrente inicial para t = 0.
b) Estude a variação da corrente quando t cresce indefinidamente.
c) Faça um esboço da corrente em função do tempo.
d) 6) Faça o esboço do gráfico da função f definida por
0|,|
0,1
)(
xsex
xsexxf . A seguir
determine:
a) O domínio da função. Resposta: Dom(f) =
b) A imagem da função. Resposta: Im(f) = [0, +[ = {y / y 0}
c) A função é crescente ou decrescente? Resposta: A função é decrescente
d) A função dada possui ponto de mínimo? Qual é esse ponto? Apresente as suas
coordenadas? Resposta: Sim, a função possui 1 (um) ponto de mínimo global em (0, 0)
Solução: Usando o software de manipulação algébrica Maple
, temos:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 40 40
Definição de Limite Formal de Limite
Seja f(x) definida em um intervalo aberto I, contendo a, exceto possivelmente no próprio a.
Dizemos que o limite de f(x) quando x aproxima-se de a é L, e escrevemos:
Lxfax
)(lim
se para todo ,0 existe um ,0 tal que )( Lxf sempre que . 0 ax
Dando a definição acima de uma forma que não contenha o símbolo de valor absoluto:
(i) equivale a axa e ax .
(ii) equivale a .)( LxfL
A figura a seguir representa graficamente as desigualdades (i) e (ii) em uma reta real.
Reformulando a definição de limites, teremos:
significa que, para todo ,0 existe um tal que se x está no intervalo aberto
),( aa e ax , então f(x) está no intervalo aberto ).,( LL Veja a figura a seguir.
0 ax
)( Lxf
Lxfax
)( lim
0
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 41 41
2. A definição formal de Limite
A definição formal de limite é dado a seguir.
Definição: Diremos que L é o limite de uma função f, quando xx0 se, para todo > 0 existe
> 0 tal que
0 < |x - x0| < |f(x) - L| <
Observação: Tomamos 0 < |x - x0| < (|x - x0| 0) para fazer ênfase que na análise do limite
o ponto x = x0 não interessa.
Para entender a definição de Limite, façamos a seguinte interpretação: Por estamos
denotando um número pequeno qualquer, portanto |f(x) – L| < quer dizer que f(x) está
próximo de L. Nestas condições, o limite de f quando x xo é igual a L se existe um
intervalo que contenha a xo, que faça que a imagem de todo ponto deste intervalo continue
estando próximo de L, isto é que faça que |f(x) – L| < . Dai o fato que deve existir um
número > 0, pois o intervalo em questão será ]xo – , xo + [.
Exemplos:
1) Mostre que o limite da função f(x) = 3x – 1 é igual a L = 2 quando x 1.
Solução: Neste caso é simples conferir que .2)(lim1
xfx
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 42 42
Provaremos que para todo > 0, é possível encontrar > 0, satisfazendo
0 < |x - 1| < |f(x) – 2| <
Para mostrar que existe > 0, satisfazendo a propriedade acima, consideramos primeiro a
desigualdade
|f(x) – 2| = |3x – 1 – 2| = |3x – 3| = 3|x – 1| <
Por uma simples inspeção, concluímos que podemos tomar = /3, portanto
0 < |x - 1| < /3 |f(x) – 2| <
2) Usando a definição de limite, prove que:
213x lim1
x
Para esta prova devemos mostrar que, > 0, > 0, tal que:
2)13( x sempre que 1 0 x
O exame da desigualdade envolvendo proporciona uma chave para escolha de .
As seguintes desigualdades são equivalentes:
3 1 13 )1(3 33( 2)13(
xxxxx
A última desigualdade nos sugere a escolha do . Fazendo ,3
vem que:
2)13( x sempre que 1 0 x
Portanto,
213x lim1
x
.
3) Usando a definição de limite, prove que:
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 43 43
16 lim 2
4
x
x
Mostre que, dado > 0, > 0, tal que:
16 2x sempre que 4 0 x
Da desigualdade envolvendo , temos.
4 .4 16 2 xxx
Necessitamos agora substituir 4 x por um valor constante. Neste caso, vamos supor:
0 < ≤ 1, e então, de 4 0 x , seguem as seguintes desigualdades equivalentes:
9 4 x 75 x 314114 xx
Logo,
9 4 x
Escolhendo ,1,9
min
temos que se 4 x então:
9 9
9 4 .4 16 2
xxx
Portanto,
16 lim 2
4
x
x
4) Mostre que .31
1lim
3
1
x
x
x
Solução: Pela definição, temos que provar que para todo > 0, é possível encontrar > 0,
satisfazendo
0 < |x - 1| < |f(x) – 3| <
De acordo com a definição, dado > 0 devemos encontrar > 0 que verifique a desigualdade
acima. Portanto nosso ponto de partida será a desigualdade
No reino do espírito, busque clareza; no mundo material, busque utilidade. Leibniz 44 44
2123131
1 223
xxxxxx
x
x
Note que para x próximo de 1, a expressão acima está próximo de zero. Para descrever isto
em termos de desigualdades, necessitamos estimar o termo |x + 2|. Para isto suporemos que |x
– 1| < 1, desta forma teremos que
|x – 1| < 1 -1 < x – 1 < 1 2 < x + 2 < 4
Desta forma,
142131
13
xxx
x
x
Finalmente, tomando = /4, encontramos
0 < |x - 1| < /4 |f(x) – 3| <
Como é simples verificar. Note que a igualdade acima é válida se = min {/4, 1}.
LISTA DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS PARA A REVISÃO DOS CONCEITOS
1) Prove o limite 1073x lim1
x
. Utilize: = 0,5
2) Prove o limite 21
1x lim
2
1
xx
. Utilize: = 0,75
3) Prove o limite 3
1
x-2
1 lim
5
x
. Utilize: = 0,75
BIBLIOGRAFIA
HUGHES-HALLET, Débora [et al]. Cálculo e Aplicações. São Paulo: Edgar Blucher, 1999.
LEITHOULD, Louis. O Cálculo com Geometria Analítica. Vol. 1, 3ª ed. São Paulo: Harbra,
1994.
THOMAS, George B. [et al]. Cálculo, Vol. 1. 12ª ed. São Paulo: Pearson Education do
Brasil, 2012.
TAN, Soo Tang. Matemática Aplicada à Administração e Economia. São Paulo: Cengage,
2015.