Exercícios Resolvidos de Limite Fundamental Exponencial

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Enunciado

Encontre o valor de a que satisfaz a igualdade:

lim x → ∞ ⁡ x + a x - a x = 4

Passo 1

Para resolver esse problema, vamos calcular normalmente o limite como se a fosse um número qualquer e depois igualamos a 4 .

lim x → ∞ ⁡ x + a x - a x ⟹ 1 ∞

Que é uma das indeterminações de L’Hôpital. Vamos tentar chegar nas indeterminações zero sobre zero ou infinito sobre infinito para poder aplicar a regra. Para tal, vamos usar e e ln: lim x → ∞ ⁡ x + a x - a x = lim x → ∞ ⁡ e ln ⁡ x + a x - a x

Usando a propriedade da potência no log e jogando o limite para dentro:

lim x → ∞ ⁡ e x ln ⁡ x + a x - a = e l i m x → ∞ x ln ⁡ x + a x - a

Vamos analisar o limite no expoente:

l i m x → ∞ x ln ⁡ x + a x - a ⟹ ∞ ⋅ ln ⁡ 1 ⟹ ∞ ⋅ 0

Para sair dessa indeterminação e chegar naquela que queremos, vamos jogar o x para baixo:

l i m x → ∞ x ln ⁡ x + a x - a = l i m x → ∞ ln ⁡ x + a x - a 1 / x

Agora podemos aplicar L’Hôpital e derivar em cima em baixo:

l i m x → ∞ ln ⁡ x + a x - a ' 1 / x ' = l i m x → ∞ x - a x + a ⋅ x + a x - a ' - 1 / x 2 = l i m x → ∞ 2 a x 2 x - a x - a 2 x + a = l i m x → ∞ 2 a x 2 x - a x + a =

l i m x → ∞ 2 a x 2 x 2 - a 2

Dividindo tudo pela maior potência: l i m x → ∞ 2 a x 2 / x 2 x 2 / x 2 - a 2 / x 2 = l i m x → ∞ 2 a 1 - a 2 / x 2 = 2 a  

Passo 2

Lembrando que esse limite está dentro de uma exponencial, temos: lim x → ∞ ⁡ x + a x - a x = e 2 a = 4

Aplicando ln:

ln ⁡ e 2 a = ln ⁡ 4 ⟹ 2 a = ln ⁡ 4 ⟹ a = 1 2 ln ⁡ 4 ⟹ a = ln ⁡ 4 1 / 2

a = ln ⁡ 2

Resposta

a = ln ⁡ 2

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