Limite con differenza di logaritmi

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Vi presentiamo ora lo svolgimento di un limite con differenza di logaritmi.

Calcolare:

\[ \lim_{x \to +\infty}x \left[\log(x+3)-\log(x+1) \right] \]

Nota: i logaritmi sono intesi nel testo in base e.

Il primo passo da fare è quello di riscrivere l’espressione all’interno del limite in una forma ad essa equivalente sfruttando le proprietà dei logaritmi.

Ricordiamo che in generale si ha:

\[ \log a – \log b=\log\left(\dfrac{a}{b}\right) \]

cioè la differenza tra due logaritmi è uguale al logaritmo del rapporto dei rispettivi argomenti.

Possiamo dunque riscrivere il limite assegnato come:

\[ \lim_{x \to +\infty}x \left[\log(x+3)-\log(x+1) \right]= \lim_{x \to +\infty}x\left[\log \left( \dfrac{x+3}{x+1} \right)\right] \]

Ora risolviamo l’esercizio utilizzando il metodo di sostituzione. Poniamo:

\[ t=\dfrac{x+3}{x+1} \]

da cui risulta:​

\[ x = \dfrac{3-t}{t-1}, \quad t \neq 1 \]

​Per ​\( x \to +\infty \)​, la variabile ​\( t \)​ tende a ​\( 1 \)​ poiché:

\[ \lim_{x \to +\infty}\dfrac{x+3}{x+1}=1 \]

Possiamo dunque riscrivere il limite nella variabile ​\( t \)​:

\[ \lim_{t \to 1} \dfrac{3-t}{t-1}\log t=\lim_{t \to 1}(3-t)\cdot \lim_{t \to 1}\dfrac{\log t}{t-1}=2 \lim_{t \to 1}\dfrac{\log t}{t-1} \]

Ora, abbiamo bisogno di un trucco che ci permetta di ritrovare il limite notevole del logaritmo:

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\log_e(1+x)}{x}=1 \]

Poiché nell’espressione all’interno del nostro limite abbiamo il termine ​\( \log(t) \)​, noi desideriamo fare un cambio di variabile di modo che per la nuova variabile ​\( k \to 0 \)​ si abbia il termine ​\( \log(k+1) \)​. Per poter fare questo è sufficiente porre:

\[ k=t-1 \]

In questo modo, per ​\( t \to 1 \)​ la nuova variabile ​\( k \to 0 \)​, inoltre ​\( t=k+1 \)​ come desideravamo 😉

E ora ci siamo ragazzi, perché possiamo riscrivere il limite assegnato come:

\[ 2 \lim_{t \to 1}\dfrac{\log t}{t-1}=2\lim_{k \to 0}\dfrac{\log (k+1)}{k}=2 \]

E l’esercizio relativo ad un limite con differenza di logaritmi è così terminato 😉

Ricordo ancora agli studenti universitari che va aggiunta le verifica delle ipotesi del teorema del limite della funzione composta.

In particolare, per la prima sostituzione (nella variabile ​\( t \)​), il teorema è applicabile poiché ​\( g(x)=\log(x) \)​ è continua in ​\( l=1 \)​.

Per la seconda sostituzione nella variabile ​\( k \)​, il teorema è applicabile poiché anche se ​\( g(x)=\log x \)​ non è continua in ​\( l=0 \)​, comunque ​\( f(x)=t-1 \)​ è sempre diversa da ​\( l=0 \)​ in un intorno bucato di ​\( t_0=1 \)​ (ciò è ovvio poiché ​\( f(x) \)​ è lineare).

Indice esercizi