Enunciado

Utilize coordenadas polares para determinar o limite. [Se r , θ são as coordenadas polares do ponto x , y , com r ≥ 0 , observe que r → 0 + quando x , y → 0,0 .]

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

Passo 1

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

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

Queremos utilizar as coordenadas polares pare resolver esse limite!!

Para isso, temos que lembrar a substituição que fazemos para trabalhar com coordenadas polares:

x = r ∙ cos ⁡ θ y = r ∙ sen ⁡ θ

Ah... o enunciado ainda nos disse que “Se r , θ são as coordenadas polares do ponto x , y , com r ≥ 0 , observe que r → 0 + quando x , y → 0,0 .”

Passo 2

Aproveitando a dica no enunciado de que r → 0 + quando x , y → 0,0 , vamos reescrever o limite do enunciado da seguinte forma:

lim x , y → ( 0,0 ) ⁡ x 2 + y 2 ln ⁡ x 2 + y 2 → ∴ lim r → 0 + ⁡ r 2 cos 2 ⁡ θ + sen 2 ⁡ θ ⏟ = 1 ln ⁡ r 2 cos 2 ⁡ θ + sen 2 ⁡ θ ⏟ = 1

Resolvendo o limite:

lim x , y → 0,0 ⁡ x 2 + y 2 ln ⁡ x 2 + y 2 = lim r → 0 + ⁡ r 2 ln ⁡ r 2

lim x , y → 0,0 ⁡ x 2 + y 2 ln ⁡ x 2 + y 2 = lim r → 0 + ⁡ ln ⁡ r 2 1 r 2

Passo 3

Aplicando L’Hopital, temos:

lim x , y → 0,0 ⁡ x 2 + y 2 ln ⁡ x 2 + y 2 = lim r → 0 + ⁡ 2 r r 2 - 2 r 3

Simplificando a expressão:

lim x , y → 0,0 ⁡ x 2 + y 2 ln ⁡ x 2 + y 2 = lim r → 0 + ⁡ - r 2

Aplicando o limite, temos:

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

Resposta

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

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