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Encontrando límites algebraicamente - sustitución directa

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Cómo Encontrar Límites Algebraicamente por Sustitución Directa

Esta lección explica cómo encontrar límites algebraicamente mediante sustitución directa, identificando cuándo el método funciona y resolviendo ejemplos con funciones polinomiales, racionales y radicales paso a paso.

¿Qué es la sustitución directa en límites?

La sustitución directa es el método más sencillo y rápido para calcular un límite. Consiste en tomar la función \( f(x) \) y reemplazar la variable \( x \) directamente por el valor \( a \) al que tiende, es decir, evaluar \( \lim_{x \to a} f(x) = f(a) \). Cuando la función es continua en \( x = a \), este resultado coincide exactamente con el valor del límite, sin necesidad de tablas de valores ni de analizar la gráfica de la función.

¿Cuándo se puede usar la sustitución directa?

Este método funciona siempre que la función sea continua en el punto \( x = a \). Esto ocurre en los siguientes casos comunes:

  • Funciones polinomiales, para cualquier valor de \( a \), ya que son continuas en todos los números reales.
  • Funciones racionales \( \dfrac{p(x)}{q(x)} \), siempre que \( q(a) \ne 0 \).
  • Funciones radicales, siempre que el valor resultante dentro de la raíz sea válido en el dominio (por ejemplo, no negativo si es raíz cuadrada).
  • Funciones trigonométricas, exponenciales y logarítmicas dentro de su dominio natural.

Este tema es la base de la continuidad, ya que la definición formal de continuidad establece precisamente que \( \lim_{x \to a} f(x) = f(a) \).

Pasos para resolver un límite por sustitución directa

  1. Identifica el valor \( a \) al que tiende \( x \).
  2. Sustituye \( x = a \) directamente en la expresión de la función.
  3. Simplifica la expresión numérica resultante.
  4. Si obtienes un número real definido, ese es el valor del límite.
  5. Si obtienes una forma como \( \dfrac{0}{0} \), la sustitución directa no es suficiente y se necesita otra técnica.

Ejemplo 1: función polinomial

Calcula \( \lim_{x \to 2} (x^2 - 3x + 4) \).

Sustituyendo \( x = 2 \): \( (2)^2 - 3(2) + 4 = 4 - 6 + 4 = 2 \). Por lo tanto, \( \lim_{x \to 2} (x^2 - 3x + 4) = 2 \).

Grafica de f de x igual a x al cuadrado menos 3x mas 4, con el punto en x igual a 2 marcado Plot of y = x**2 - 3*x + 4 for x in [-1, 5] -1 0 1 2 3 4 5 5 10 15 x f(x) x = 2
Gráfica de \( f(x) = x^2 - 3x + 4 \), mostrando el valor de la función en \( x = 2 \).

Ejemplo 2: función racional

Calcula \( \lim_{x \to 3} \dfrac{x^2 - 9}{x - 5} \).

Como el denominador no se anula en \( x = 3 \) (ya que \( 3 - 5 = -2 \ne 0 \)), se puede sustituir directamente: \( \dfrac{(3)^2 - 9}{3 - 5} = \dfrac{0}{-2} = 0 \). Entonces \( \lim_{x \to 3} \dfrac{x^2 - 9}{x - 5} = 0 \).

Ejemplo 3: función radical

Calcula \( \lim_{x \to 4} \sqrt{x + 5} \).

Sustituyendo \( x = 4 \): \( \sqrt{4 + 5} = \sqrt{9} = 3 \). Como el valor dentro de la raíz es positivo, la sustitución es válida y \( \lim_{x \to 4} \sqrt{x + 5} = 3 \).

Cuando la sustitución directa no funciona

Si al sustituir obtienes una forma indeterminada, como \( \dfrac{0}{0} \), la sustitución directa por sí sola no da el valor del límite. En esos casos necesitas técnicas adicionales, como factorización o racionalización, que se explican en la lección encontrando límites algebraicamente cuando la sustitución directa no es posible.

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