Enunciado

Encontre o limite, se existir, ou mostre que o limite não existe.

lim ( x , y , z ) → ( 0,0 , 0 ) ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2

Passo 1

Eaeee, tranquilinho? Bom... O enunciado nos deu o seguinte limite:

lim ( x , y , z ) → ( 0,0 , 0 ) ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2

Queremos saber se esse limite existe ou não.

Para resolver isso, a gente vai testar o limite por alguns caminhos diferentes:

  1. Fazendo y e z como constantes e resolvendo o limite para x → 0 ;
  2. Fazendo x e z como constantes e resolvendo o limite para y → 0 ;
  3. Fazendo x e y como constantes e resolvendo o limite para z → 0 ;
  4. Através do caminho x = y = z .

Se, por cada um desses caminhos os limites forem iguais, então temos que analisar de uma forma mais rigorosa ao comparar os resultados a fim de verificar se ele realmente existe.

Por outro lado, se por pelo menos dois caminhos diferentes os limites derem diferentes, é porque o limite não existe!

Vamos lá então? 😉

Passo 2

Vamos primeiro tratar y e z como constantes e resolver o limite para x → 0 , ou seja:

lim ( x , y , z ) → ( 0,0 , 0 ) ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 = lim x → 0 ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2

Colocando as constantes para fora do limite, temos:

= y 2 z 2 ⋅ lim x → 0 ⁡ z 2 x 2 + y 2 + z 2

Aplicando o limite, temos:

= y 2 z 2 ⋅ 0 2 0 2 + y 2 + z 2 ∴

= 0

Passo 3

Agora vamos tratar x e z como constantes e resolver o limite para y → 0 , ou seja:

lim ( x , y , z ) → ( 0,0 , 0 ) ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 = lim y → 0 ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2

Colocando as constantes para fora do limite, temos:

= x 2 z 2 ⋅ lim x → 0 ⁡ y 2 x 2 + y 2 + z 2

Aplicando o limite, temos:

= x 2 z 2 ⋅ 0 2 x 2 + 0 2 + z 2 ∴

= 0

Passo 4

Agora vamos tratar x e y como constantes e resolver o limite para z → 0 , ou seja:

lim ( x , y , z ) → ( 0,0 , 0 ) ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 = lim z → 0 ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2

Colocando as constantes para fora do limite, temos:

= x 2 y 2 ⋅ lim x → 0 ⁡ z 2 x 2 + y 2 + z 2

Aplicando o limite, temos:

= x 2 y 2 ⋅ 0 2 x 2 + y 2 + 0 2 ∴

= 0

Passo 5

Agora vamos fazer para x = y = z , ou seja:

lim x , y , z → 0,0 , 0 ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 = lim x → 0 ⁡ x 2 x 2 x 2 x 2 + x 2 + x 2 ∴

= lim x → 0 ⁡ x 6 3 x 2 ∴

= lim x → 0 ⁡ x 4 3

Aplicando o limite, temos:

= 0 3 ∴

= 0

Como todos os limites deram resultados iguais, então o limite pode ser 0 .

Passo 6

Para verificar se a função tende a 0 independentemente do caminho escolhido, vamos utilizar a desigualdade:

0 ≤ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 ≤ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2

Para x , y e z suficientemente pequenos, tanto x 2 , y 2 quanto z 2 são positivos e maiores que zero.

Assim, considerando:

x 2 y 2 z 2 ≥ x 2

x 2 y 2 z 2 ≥ y 2

x 2 y 2 z 2 ≥ z 2

Vamos obter:

x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 ≤ x 2 y 2 z 2 z 2 ∴

x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 ≤ x 2 y 2 ∴

x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 ≤ x 2 y 2

Como y → 0 e z → 0 quando x , y , z → 0,0 , 0 , então temos que:

y 2 → 0

E

z 2 → 0

Logo, podemos afirmar que, quando x , y , z → 0,0 , 0 :

x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 → 0

Então o limite existe e é igual a zero!!! 😉

Resposta

lim ( x , y , z ) → ( 0,0 , 0 ) ⁡ x 2 y 2 z 2 x 2 + y 2 + z 2 = 0

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