REGLA DE L'HÔPITAL
Conocimientos previos
concepto y ejemplos: vídeo y pdf para descargar
Regla de L'Hôpital: Enlace al vídeo
PDF del vídeo: Descargar PDF
¿Qué dice la regla de l'Hôpital? ¿cómo uso la regla de l'hôpital?
La regla de L'Hôpital, es una técnica matemática que se utiliza para evaluar límites indeterminados de la forma o .
PROBLEMAS/ejercicios RESUELTOS: vídeos y pdf para descargar
exámenes de pau de matemáticas aplicadas a las cc. ss. ii
exámenes de pau de matemáticas ii
- Andalucía Junio 2024 (Convocatoria Ordinaria) Ejercicio 2: Enlace al vídeo
PDF del vídeo: Descargar el PDF
Considera la función continua definida por:
f(x)=(xcos(x)-asen(x))/x^3, si x<0; f(x) = bcos(x)-1, si x≥0
Calcula a y b.
- Andalucía Junio 2024 (Convocatoria Ordinaria Examen suplente) Ejercicio 2 Apartado b: Enlace al vídeo
PDF del vídeo: Descargar el PDF
Considera la función definida por , donde f(x) = arctg(x+π) donde arctg denota la función arcotangente.
a) Calcula los intervalos de concavidad y convexidad de f. Estudia y halla, si existen, los puntos de inflexión de f (abscisas donde se obtienen y valores que se alcanzan).
b) Calcula lim(x→-π)〖arctg(x+π)/sen(x)].
PAU Madrid Convocatoria Ordinaria 2024
Ejercicio B2.
Calcule:
- (a) (1.25 puntos) \[ \int_{1}^{e} (x+2)\ln x \, dx. \]
- (b) (1.25 puntos) \[ \lim_{x\to \frac{\pi}{2}} \left(\tan\frac{x}{2}\right)^{\frac{1}{\cos x}}. \]
Solución
B2 (b):
Se desea calcular el límite
\[
L=\lim_{x\to \frac{\pi}{2}} \left(\tan\frac{x}{2}\right)^{\frac{1}{\cos x}}.
\]
Al sustituir \(x=\frac{\pi}{2}\) observamos que:
\(\tan\frac{x}{2}\to\tan\frac{\pi}{4}=1\) y \(\cos x\to \cos\frac{\pi}{2}=0\),
lo que genera la forma indeterminada \(1^\infty\).
Para resolver esta indeterminación, tomamos el logaritmo natural: \[ \ln L=\lim_{x\to \frac{\pi}{2}} \frac{\ln\left(\tan\frac{x}{2}\right)}{\cos x}. \] Al evaluar directamente, tanto el numerador como el denominador tienden a 0; se tiene la forma \(0/0\) y podemos aplicar la regla de L'Hôpital.
Aplicando L'Hôpital: Derivamos el numerador y el denominador con respecto a \(x\).
Derivada del numerador:
Sea \(f(x)=\ln\left(\tan\frac{x}{2}\right)\). Entonces,
\[
f'(x)=\frac{1}{\tan\frac{x}{2}} \cdot \frac{d}{dx}\left(\tan\frac{x}{2}\right).
\]
Recordamos que
\[
\frac{d}{dx}\tan\frac{x}{2}=\frac{1}{2}\sec^2\frac{x}{2}.
\]
Por lo tanto,
\[
f'(x)=\frac{1}{\tan\frac{x}{2}} \cdot \frac{1}{2}\sec^2\frac{x}{2}=\frac{1}{2}\cdot\frac{\sec^2\frac{x}{2}}{\tan\frac{x}{2}}.
\]
Derivada del denominador:
Sea \(g(x)=\cos x\), de donde
\[
g'(x)=-\sin x.
\]
Aplicando L'Hôpital, tenemos: \[ \ln L=\lim_{x\to \frac{\pi}{2}} \frac{f'(x)}{g'(x)} = \lim_{x\to \frac{\pi}{2}} \frac{\frac{1}{2}\cdot\frac{\sec^2\frac{x}{2}}{\tan\frac{x}{2}}}{-\sin x} = -\frac{1}{2}\lim_{x\to \frac{\pi}{2}} \frac{\sec^2\frac{x}{2}}{\tan\frac{x}{2}\,\sin x}. \]
Evaluamos el límite al sustituir \(x=\frac{\pi}{2}\):
- \( \frac{x}{2}\to\frac{\pi}{4}\), por lo que \(\sec^2\frac{\pi}{4} = \left(\frac{1}{\cos\frac{\pi}{4}}\right)^2 = \left(\frac{1}{\frac{\sqrt{2}}{2}}\right)^2 = 2.\)
- \(\tan\frac{\pi}{4}=1.\)
- \(\sin\frac{\pi}{2}=1.\)
Por lo tanto, \[ \ln L = -\frac{1}{2}\cdot\frac{2}{1\cdot 1} = -1. \]
Finalmente, al aplicar la exponencial: \[ L = e^{-1}. \]
Conclusión: El límite es \[ \lim_{x\to \frac{\pi}{2}} \left(\tan\frac{x}{2}\right)^{\frac{1}{\cos x}} = e^{-1}. \]
EBAU Región de Murcia Junio 2024
Problema 3
Calcule los siguientes límites:
- a) \(\displaystyle \lim_{x\to 0} \frac{\cos(3x)-\cos(2x)}{x^2}\)
- b) \(\displaystyle \lim_{x\to +\infty} \Bigl(\sqrt{x+9} - \sqrt{x-9}\Bigr)\)
- c) \(\displaystyle \lim_{x\to +\infty} \frac{\ln x}{\sqrt{x}}\)
Solución
Apartado a: Cálculo de \(\displaystyle \lim_{x\to 0} \frac{\cos(3x)-\cos(2x)}{x^2}\)
Al sustituir \(x=0\) se obtiene la forma indeterminada \(\frac{0}{0}\), por lo que se aplica L'Hôpital.
Derivamos el numerador y el denominador:
Numerador: \(\displaystyle \frac{d}{dx}[\cos(3x)-\cos(2x)] = -3\sin(3x)+2\sin(2x)\).
Denominador: \(\displaystyle \frac{d}{dx}[x^2] = 2x\).
Así, el límite se transforma en:
\[ \lim_{x\to 0} \frac{-3\sin(3x)+2\sin(2x)}{2x}. \]Al evaluar en \(x=0\) se sigue obteniendo \(\frac{0}{0}\); se aplica L'Hôpital una segunda vez:
Derivamos nuevamente:
Numerador: \(\displaystyle \frac{d}{dx}[-3\sin(3x)+2\sin(2x)] = -9\cos(3x)+4\cos(2x)\).
Denominador: \(\displaystyle \frac{d}{dx}[2x] = 2\).
Entonces:
\[ \lim_{x\to 0} \frac{-9\cos(3x)+4\cos(2x)}{2} = \frac{-9\cos(0)+4\cos(0)}{2} = \frac{-9+4}{2} = -\frac{5}{2}. \]Por lo tanto, \(\displaystyle \lim_{x\to 0} \frac{\cos(3x)-\cos(2x)}{x^2} = -\frac{5}{2}\).
Apartado c: Cálculo de \(\displaystyle \lim_{x\to +\infty} \frac{\ln x}{\sqrt{x}}\)
Al sustituir \(x\to +\infty\) se obtiene la forma indeterminada \(\frac{\infty}{\infty}\). Se aplica L'Hôpital:
Derivada del numerador: \(\displaystyle \frac{d}{dx}(\ln x)=\frac{1}{x}\).
Derivada del denominador: \(\displaystyle \frac{d}{dx}(\sqrt{x})=\frac{1}{2\sqrt{x}}\).
El límite se transforma en:
\[ \lim_{x\to +\infty} \frac{\frac{1}{x}}{\frac{1}{2\sqrt{x}}} = \lim_{x\to +\infty} \frac{2\sqrt{x}}{x} = \lim_{x\to +\infty} \frac{2}{\sqrt{x}} = 0. \]ABAU Galicia Convocatoria Ordinaria 2024
PREGUNTA 4
Calcule los siguientes límites:
a) \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \frac{\sin x - \ln(1 + x)}{x \sin x}\)
b) \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \frac{e^{\sin x} - e^x}{x^2}\)
Solución apartado a:
Límite: \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \frac{\sin x - \ln(1 + x)}{x \sin x}\)
Paso 1: Evaluar la indeterminación
Sustituyendo \(x = 0\):
\[ \frac{\sin 0 - \ln(1 + 0)}{0 \cdot \sin 0} = \frac{0 - 0}{0} = \frac{0}{0} \quad (\text{Indeterminación}) \]Paso 2: Primera aplicación de L'Hôpital
Derivamos numerador y denominador:
\[ \text{Numerador: } \frac{d}{dx} (\sin x - \ln(1 + x)) = \cos x - \frac{1}{1 + x} \] \[ \text{Denominador: } \frac{d}{dx} (x \sin x) = \sin x + x \cos x \]Nuevo límite:
\[ \displaystyle \lim_{x \to 0} \frac{\sin x - \ln(1 + x)}{x \sin x}=\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - \frac{1}{1 + x}}{\sin x + x \cos x} \]Evaluando en \(x = 0\): \(\frac{1 - 1}{0 + 0} = \frac{0}{0}\) (aplicar L'Hôpital nuevamente).
Paso 3: Segunda aplicación de L'Hôpital
Derivamos numerador y denominador:
\[ \text{Numerador: } \frac{d}{dx} \left(\cos x - \frac{1}{1 + x}\right) = -\sin x + \frac{1}{(1 + x)^2} \] \[ \text{Denominador: } \frac{d}{dx} (\sin x + x \cos x) = \cos x + \cos x - x \sin x = 2\cos x - x \sin x \]Nuevo límite:
\[ \displaystyle \lim_{x \to 0} \frac{\sin x - \ln(1 + x)}{x \sin x}=\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - \frac{1}{1 + x}}{\sin x + x \cos x}=\lim_{x \to 0} \frac{-\sin x + \frac{1}{(1 + x)^2}}{2\cos x - x \sin x} \]Paso 4: Evaluar el resultado
Sustituimos \(x = 0\):
\[ \lim_{x \to 0} \frac{\sin x - \ln(1 + x)}{x \sin x}=\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - \frac{1}{1 + x}}{\sin x + x \cos x}=\lim_{x \to 0} \frac{-\sin x + \frac{1}{(1 + x)^2}}{2\cos x - x \sin x}=\frac{-0 + \frac{1}{1^2}}{2 \cdot 1 - 0} = \frac{1}{2} \]Resultado: \(\boxed{\dfrac{1}{2}}\)
Solución apartado b:
Límite: \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \frac{e^{\sin x} - e^x}{x^2}\)
Paso 1: Evaluar indeterminación
Sustituyendo \(x = 0\):
\[ \frac{e^0 - e^0}{0^2} = \frac{0}{0} \quad (\text{Indeterminación}) \]Paso 2: Primera aplicación de L'Hôpital
Derivamos numerador y denominador:
\[ \text{Numerador: } \frac{d}{dx} \left(e^{\sin x} - e^x\right) = e^{\sin x} \cos x - e^x \] \[ \text{Denominador: } \frac{d}{dx} x^2 = 2x \]Nuevo límite:
\[ \lim_{x \to 0} \frac{e^{\sin x} \cos x - e^x}{2x} \]Evaluando en \(x = 0\): \(\frac{1 \cdot 1 - 1}{0} = \frac{0}{0}\) (aplicar L'Hôpital nuevamente).
Paso 3: Segunda aplicación de L'Hôpital
Derivamos numerador y denominador:
\[ \text{Numerador: } \frac{d}{dx} \left(e^{\sin x} \cos x - e^x\right) = e^{\sin x}(\cos^2 x - \sin x) - e^x \] \[ \text{Denominador: } \frac{d}{dx} 2x = 2 \]Nuevo límite:
\[ \lim_{x \to 0} \frac{e^{\sin x}(\cos^2 x - \sin x) - e^x}{2} \]Paso 4: Evaluar el resultado
Sustituimos \(x = 0\):
\[ \frac{e^0(1^2 - 0) - e^0}{2} = \frac{1(1) - 1}{2} = \frac{0}{2} = 0 \]Resultado: \(\boxed{0}\)
EBAU La Rioja Convocatoria Ordinaria 2024
Problema 4
Considere la función:
\[ f(x) = \frac{\ln x}{\sqrt{x}}, \]definida para todo valor de \(x > 0\).
(a) (0,5 p.) Calcule \(\lim_{x \to +\infty} f(x)\).
(b) (1,5 p.) Calcule la integral indefinida \( \int f(x) dx \).
(c) (0,5 p.) Determine el valor de \(a > 0\) para el cual se cumple que:
\[ \int_1^a f(x) dx = 4. \]Solución
Apartado (a): Cálculo del límite cuando \(x \to +\infty\).
Tenemos la función:
\[ f(x) = \frac{\ln(x)}{\sqrt{x}}, \]El límite es de la forma \( \frac{\infty}{\infty} \), por lo que podemos aplicar la regla de L'Hopital. Derivamos numerador y denominador:
\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{\sqrt{x}} = \lim_{x \to +\infty} \frac{1/x}{1/(2\sqrt{x})} = \lim_{x \to +\infty} \frac{2\sqrt{x}}{x} = \lim_{x \to +\infty} \frac{2}{\sqrt{x}} = 0. \]Por lo tanto, \( \lim_{x \to +\infty} f(x) = 0 \).
EBAU Castilla y León Convocatoria Ordinaria 2024
Problema E8
Calcular:
(a) \[ \lim_{x\to 0} \frac{x\,(e^x-1)}{\cos x-1} \] (1 punto)
(b) \[ \int_{0}^{2} e^{-x}(x-1)\,dx \] (1 punto)
Solución
Paso 1: Verificación de la forma indeterminada
Al evaluar la función en \(x=0\):
- Numerador: \(x(e^x-1) \to 0\cdot (1-1) = 0\).
- Denominador: \(\cos x-1 \to 1-1 = 0\).
Obtenemos la forma indeterminada \( \frac{0}{0} \), lo que permite aplicar L'Hôpital.
Paso 2: Primera aplicación de L'Hôpital
Sea \[ f(x)=x(e^x-1) \quad \text{y} \quad g(x)=\cos x-1. \]
Diferenciamos ambos:
- \(f'(x)=\frac{d}{dx}\bigl[x(e^x-1)\bigr] = (e^x-1) + x\cdot e^x\).
- \(g'(x)=\frac{d}{dx}[\cos x-1] = -\sin x\).
El límite se transforma en: \[ \lim_{x\to 0}\frac{f'(x)}{g'(x)}=\lim_{x\to 0}\frac{e^x-1+x\,e^x}{-\sin x}. \]
Evaluando en \(x=0\):
- Numerador: \(e^0-1+0\cdot e^0= 1-1+0=0\).
- Denominador: \(-\sin 0=0\).
La forma sigue siendo \(0/0\), por lo que aplicamos L'Hôpital nuevamente.
Paso 3: Segunda aplicación de L'Hôpital
Diferenciamos nuevamente el numerador y el denominador:
- Derivamos el numerador \(f'(x)= e^x-1+xe^x\): \[ f''(x)=\frac{d}{dx}\left[e^x-1+xe^x\right]= e^x+e^x+xe^x= 2e^x+xe^x. \]
- Derivamos el denominador \(g'(x)=-\sin x\): \[ g''(x)= -\cos x. \]
Entonces, el límite se convierte en: \[ \lim_{x\to 0}\frac{f''(x)}{g''(x)}=\lim_{x\to 0}\frac{2e^x+xe^x}{-\cos x}. \]
Evaluamos en \(x=0\):
- Numerador: \(2e^0+0\cdot e^0=2\).
- Denominador: \(-\cos 0 = -1\).
Así, el límite es: \[ \frac{2}{-1}=-2. \]
Conclusión:
Aplicando L'Hôpital dos veces, se concluye que:
\[ \lim_{x\to 0}\frac{x(e^x-1)}{\cos x-1}=-2. \]