Enunciado

Use as definições de funções hiperbólicas para achar o valor do limite.

lim x → ∞ ⁡ coth ⁡ x

Passo 1

Fala aí, tudo certinho?

Bom, essa questão pede pra gente usar as definições de funções hiperbólicas pra achar o limite dado por:

lim x → ∞ ⁡ coth ⁡ x

Para resolver esse exercício faremos exatamente o que o problema pediu. Vamos trocar a função por sua definição.

Lembrando que

cot h ⁡ x = cos h ⁡ x sen h ⁡ x

E que

cosh ⁡ x = e x + e - x 2

e

senh ⁡ x = e x - e - x 2

Vamos ver como fica nosso limite.

Passo 2

Nosso primeiro passo vai ser

cosh ⁡ x = e x + e - x 2

e

senh ⁡ x = e x - e - x 2

Como

coth ⁡ x = cosh ⁡ x senh ⁡ x

Então podemos escrever:

cot h ⁡ x = e x + e - x 2 e x - e - x 2

E repetindo a primeira fração e multiplicando pelo inverso da segunda ficamos com:

cot h ⁡ x = e x + e - x 2 ⋅ 2 e x - e - x

E simplificando ficamos com:

cot h ⁡ x = e x + e - x e x - e - x

Sendo assim, podemos reescrever nosso limite com:

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = lim x → ∞ ⁡ e x + e - x e x - e - x  

Opa, então é com esse limite que devemos nos preocupar agora.

Então, vamos calcular!!

Passo 3

Assim, temos:

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = lim x → ∞ ⁡ e x + e - x e x - e - x  

E invertendo as exponenciais com expoentes negativos teremos:

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = lim x → ∞ ⁡ e x + 1 e x e x - 1 e x

E tirando o mmc nos dois membros, ficamos com:

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = lim x → ∞ ⁡ e 2 x + 1 e x e 2 x - 1 e x  

Que simplificando se torna:

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = lim x → ∞ ⁡ e 2 x + 1 e 2 x - 1

Se aplicarmos o limite nessa função, teremos uma indeterminação. Veja:

lim x → ∞ ⁡ e 2 x + 1 e 2 x - 1 = e 2 ⋅ ∞ + 1 e 2 ⋅ ∞ - 1 = ∞ ∞

E por isso vamos aplicar L’hoptal derivando a função em cima e em baixo, ficamos com:

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = lim x → ∞ ⁡ e 2 x ⋅ 2 e 2 x ⋅ 2

O que nos dá:

lim x → ∞ ⁡ e 2 x ⋅ 2 e 2 x ⋅ 2 = lim x → ∞ ⁡ 1

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = 1

E prontinho. Finalmente limite calculado.

Resposta

lim x → ∞ ⁡ cot h ⁡ x = 1  

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