Enunciado

Encontre o limite. Use a Regra de l’Hôspital quando apropriado. Se houver um método maiselementar, considere utilizá-lo. Se a Regra de l’Hôspital não se aplicar, explique o porquê.

lim x → 0 + ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x 1 / x  

Passo 1

Oieee, vamos resolver mais uma ?

Para resolver este limite

lim x → 0 + ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x 1 / x  

Podemos primeiro tentar avaliá-lo diretamente substituindo ( x   =   0 + ) na expressão.

No entanto, isso resultaria em uma forma indeterminada ( 1 ∞ )   , que não nos dá uma solução imediata.

Vamos considerar uma abordagem alternativa: vamos tentar manipular a expressão para que possamos aplicar uma propriedade ou uma técnica que nos permita avaliar o limite mais facilmente.

Uma estratégia comum quando lidamos com expressões exponenciais é tomar o logaritmo dela para simplificar.

No entanto, neste caso, o logaritmo natural não pode ser diretamente aplicado, pois estamos elevando a uma potência que tende a 0 .

No entanto, podemos usar a seguinte propriedade do logaritmo:

lim x → a ⁡ f x g x = e lim x → a ⁡ g x ⋅ ln ⁡ ( f ( x ) )

Essa propriedade nos permite transformar o limite de uma função exponencial em um limite que envolve uma função logarítmica, o que pode ser mais fácil de avaliar.

Essa propriedade é conhecida como a "Propriedade da Exponencialização de Limites" ou "Propriedade do Limite Exponencial".

É uma propriedade comummente utilizada quando lidamos com limites de funções exponenciais, permitindo-nos transformar o limite de uma função exponencial em um limite que envolve uma função logarítmica, facilitando assim a sua avaliação.

Passo 2

Primeiramente, vamos verificar se a Regra de l’Hôspital é apropriada.

Analisando o limite dado

lim x → 0 + ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x 1 / x  

vemos que temos uma situação com potência.

Quando isso acontece, podemos reescrever o limite da seguinte forma:

lim x → a ⁡ f ( x ) g ( x )  

Utilizando as informações do enunciado, podemos chamar

f x = 1 + sen ⁡ 3 x

g x = 1 x

Para que a Regra de l’Hôspital seja apropriada, devemos obter uma forma indeterminada do tipo 0 0 , ∞ 0 ou 1 ∞ quando x → a .

Na nossa questão, quando x → 0 + , nós temos que

f x = 1 + sen ⁡ 3 x → 1

g x = 1 x → ∞

Logo, nós obtemos a forma 1 ∞ , comprovando que a Regra de l’Hôspital é aplicável.

Passo 3

Agora vamos encontrar este limite.

Como já sabemos que a Regra de l’Hôspital é aplicável, vamos utilizá-la para resolver este limite que vai ser sucesso!

Neste método temos que

lim x → a ⁡ f x g ( x ) = lim x → a ⁡ f ' x g ' ( x )

O limite dado pelo enunciado não apresenta esta forma, porém podemos reescreve-lo de forma que atenda a este requisito.

Pode parecer complicado, mas ao fazer pequenas manipulações algébricas, conseguimos facilitar muito nosso problema.

Vamos dizer que

y = 1 + sen ⁡ 3 x 1 / x

Passo 4

Como temos um caso com potência, aplicar o logarítimo em ambos os lados costuma ser uma boa ideia. Assim, obtemos

ln ⁡ y = ln ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x 1 x

= 1 x ln ⁡ ( 1 + sen ⁡ 3 x )

Vamos chamar f x = ln ⁡ ( 1 + sen ⁡ 3 x ) e g x = x .

As derivadas dessas funções são

f ' x = 3 cos ⁡ 3 x 1 + sen ⁡ 3 x

g ' x = 1

Passo 5

Substituindo esses valores, obtemos

lim x → 0 + ⁡ ln ⁡ y

= lim x → 0 + ⁡ ln ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x x

= lim x → 0 + ⁡ 3 cos ⁡ 3 x 1 + sen ⁡ 3 x = 3

Ainda não acabamos por aqui!

Até agora nós calculamos o limite de ln ⁡ y mas na verdade queremos o limite de y .

Sabemos que

y = e ln ⁡ y

Logo, temos que

y = e 1 x ln ⁡ ( 1 + sen ⁡ 3 x )

Substituindo esse valor no limite dado pelo enunciado, temos que

lim x → 0 + ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x 1 x  

= lim x → 0 + ⁡ y  

lim x → 0 + ⁡ e 1 x ln ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x

= lim x → 0 + ⁡ e 3 = e 3

Nem foi tão dificil ein ?!

Essa sim é a resposta que estávamos procurando.

Resposta

lim x → 0 + ⁡ 1 + sen ⁡ 3 x 1 / x   = e 3

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