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Análisis Matemático 66
2024
GUTIERREZ (ÚNICA)
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ANÁLISIS MATEMÁTICO 66 CBC
CÁTEDRA GUTIERREZ (ÚNICA)
7. Sea $f(x)$ una función tal que $\frac{\operatorname{sen}(5 x)}{x} \lt f(x)<\frac{\sqrt{x+4}-2}{x}+\frac{19}{4}$. Calcular $\lim _{x \rightarrow 0} \frac{x f(x)+\operatorname{sen} x}{x}$.
Respuesta
Organicemos un poco la situación. Nosotrxs queremos calcular este límite:
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$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{x f(x)+\operatorname{sen} x}{x}$
Para eso, lo primerísimo que deberíamos saber es qué le está pasando a la función $f(x)$ cuando $x$ tiende a cero. Y de la función $f$ sabemos que cumple que:
$\frac{\operatorname{sen}(5 x)}{x} \lt f(x)<\frac{\sqrt{x+4}-2}{x}+\frac{19}{4}$
Ah, esto tiene mucha pinta a sándwich, no? Pero claro, todo eso que vimos en sucesiones sigue valiendo. Veamos si $f$ nos quedó ensanguchada entre dos funciones que tienen el mismo límite, los hacemos en cálculos auxiliares:
Cálculo auxiliar 1
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{\operatorname{sen}(5 x)}{x} $
Resolvemos esto sin L'Hopital, reescribimos para que nos aparezca el "límite especial" multiplicando y dividiendo por $5$.
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{5}{5} \frac{\operatorname{sen}(5 x)}{x} = 5 \cdot 1 = 5$
Cálculo auxiliar 2
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{\sqrt{x+4}-2}{x}+\frac{19}{4} $
El gran problema de este límite es la primera parte, donde tenemos una indeterminación "cero sobre cero", veamos específicamente eso a dónde tiende:
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{\sqrt{x+4}-2}{x}$
Multiplicamos y dividimos por el conjugado:
$ \lim _{x \rightarrow 0} \frac{\sqrt{x+4}-2}{x} \cdot \frac{\sqrt{x+4}+2}{\sqrt{x+4}+2} = \lim _{x \rightarrow 0} \frac{(\sqrt{x+4}-2)(\sqrt{x+4}+2)}{x(\sqrt{x+4}+2)} = \lim _{x \rightarrow 0} \frac{(x+4)-4}{x(\sqrt{x+4}+2)} = \lim _{x \rightarrow 0} \frac{x}{x(\sqrt{x+4}+2)} $
Simplificamos las $x$ y tomamos límite:
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{1}{1(\sqrt{x+4}+2)} = \frac{1}{4} $
Por lo tanto,
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{\sqrt{x+4}-2}{x}+\frac{19}{4} = \frac{1}{4} + \frac{19}{4} = 5$
Impecable, entonces por el teorema del sándwich podemos afirmar que...
$\lim _{x \rightarrow 0} f(x) = 5$
Ahora si, volvemos a nuestro límite:
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{x f(x)+\operatorname{sen} x}{x}$
¿Y como resolvemos esto? Yo arrancaría distribuyendo esa $x$ del denominador:
$\lim _{x \rightarrow 0} \frac{x f(x)}{x} + \frac{\sin(x)}{x} $
En el primer sumando se nos cancelan las $x$ y nos queda simplemente la $f$ (que sabemos que tiende a $5$ cuando $x$ tiende a $0$. Y a la derecha nos quedó el límite especial! Entonces...
$\lim _{x \rightarrow 0} f(x)+ \frac{\sin(x)}{x} = 5 + 1 = 6$