Enunciado

Encontre o limite dado interpretando a expressão como uma derivada apropriada:

(a)   lim x → 0 ⁡ l n ⁡ ( 1 + 3 x ) x

(b) lim x → 0 ⁡ l n ⁡ ( 1 - 5 x ) x

Passo 1

Por definição, a derivada trata-se de um limite, e pode ser dada pela seguinte fórmula:

lim x → 0 ⁡ f ⁡ t + x - f t x

No caso desse exercício, vamos separar o nosso limite em uma função, e calcular a derivada dessa função, e será exatamente a mesma coisa que calcular o limite naquele ponto (o ponto de tendência do limite).

Como fazemos isso?

Separando o limite assim:

lim x → 0 ⁡ f ⁡ t + x - f t x = f ' ( x + t )

Agora, podemos calcular as derivadas.

Passo 2

  1. lim x → 0 ⁡ l n ⁡ ( 1 + 3 x ) x
  2. Vamos chamar t = 1 e x = 3 x .

    Então, sabemos que f x + t = l n ⁡ ( 1 + 3 x ) e f t = f 1 = ln ⁡ 1 = 0 .

    Aplicando o limite:

    lim x → 0 ⁡ f ⁡ t + x - f t x = lim x → 0 ⁡ ln ⁡ 1 + 3 x - ln ⁡ 1 x

    Como f x + t = ln ⁡ 1 + 3 x , sua derivada será:

    f ' x + t = 3 1 + 3 x

    Aplicando a derivada em x → 0

    f ' ( 0 ) = 3 1 + 3 . 0 = 3

    Então, podemos dizer que:

    lim x → 0 ⁡ ln ⁡ 1 + 3 x - ln ⁡ 1 x = f ' ( 0 ) = 3

    Passo 3

  3. lim x → 0 ⁡ l n ⁡ ( 1 - 5 x ) x

Vamos chamar t = 1 e x = - 5 x .

Então, sabemos que f x + t = l n ⁡ ( 1 - 5 x ) e f t = f 1 = ln ⁡ 1 = 0 .

Aplicando o limite:

lim x → 0 ⁡ f ⁡ t + x - f t x = lim x → 0 ⁡ ln ⁡ 1 - 5 x - ln ⁡ 1 x

Como f x + t = ln ⁡ 1 - 5 x , sua derivada será:

f ' x + t = - 5 1 - 5 x

Aplicando a derivada em x → 0

f ' 0 = - 5 1 - 5 . 0 = - 5

Então, podemos dizer que:

lim x → 0 ⁡ ln ⁡ 1 - 5 x - ln ⁡ 1 x = f ' 0 = - 5

Resposta

(a)     lim x → 0 ⁡ ln ⁡ 1 + 3 x - ln ⁡ 1 x = f ' ( 0 ) = 3

(b)       lim x → 0 ⁡ ln ⁡ 1 - 5 x - ln ⁡ 1 x = f ' 0 = - 5

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