Limiti notevoli (elenco dei limiti notevoli e loro uso)

limiti notevoli
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I limiti notevoli sono dei particolari limiti che non vengono calcolati ogni volta. Piuttosto, i risultati dei limiti notevoli sono già noti e vengono utilizzati come una utile informazione per risolvere altri limiti.

L’idea è quella di ricercare nel limite da risolvere la struttura di uno dei limiti notevoli e risolvere l’esercizio di conseguenza. Come non calcoliamo ogni volta i prodotti notevoli nei polinomi, allo stesso modo non calcoliamo ogni volta i limiti notevoli nei limiti 😉

In questa lezione vedremo cosa sono i limiti notevoli e forniremo un elenco di quelli principali. Per chi conosce già l’argomento e desidera una tabella sintetica e completa, è disponibile questa ulteriore risorsa 😉

Nella successiva lezione ci occuperemo dell’utilizzo dei limiti notevoli, introducendo un primo elementare metodo (metodo algebrico).

Se siete già a conoscenza dell’argomento trattato in questa lezione e siete invece alla ricerca dei limiti notevoli “generalizzati”, cioè espressi in ​\( f(x) \)​, è per voi disponibile questa tabella. Per chi invece desidera sapere come si ricavano i principali limiti notevoli, è disponibile questa lezione.

 

Tabella dei limiti notevoli

Vediamo prima di tutto un elenco dei limiti notevoli principali nella variabile ​\( x \)​. Seguiranno poi esempi ed osservazioni.

Osserviamo che i limiti notevoli ci consentono di svincolarci da particolari forme indeterminate. Nello specifico, il limite notevole del numero di Nepero si riferisce alla forma indeterminata ​\( 1^{\infty} \)​. Tutti gli altri limiti notevoli invece ci consentono di liberarci della forma indeterminata ​\( \left[\dfrac{0}{0}\right] \)​.

Una tabella completa di tutti i limiti notevoli nella forma in ​\( x \)​ e in ​\( f(x) \)​ è disponibile qui.

Limite notevole della funzione esponenziale con base a

 

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{a^{x}-1}{x}=\ln a,\qquad a > 0 \]

Nel caso di base ​\( e \)​:

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{e^x-1}{x}=1 \]

 

Limite notevole della funzione logaritmica con base a

 

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{\log_a(1+x)}{x}=\dfrac{1}{\ln a } \qquad a>0, \quad a \neq 1 \]

Nel caso del logaritmo naturale (cioè il logaritmo in base ​\( e \)​):

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

 

Limite notevole del numero di Nepero

Il numero di Nepero, ossia ​\( e \)​, può essere ottenuto come risultato del limite:

 

\[ \lim_{x \to \pm \infty}\left(1+\dfrac{1}{x} \right)^x=e \]

 

 

Limite notevole del seno

 

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin x}{x}=1 \]

 

Limite notevole del coseno

 

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{1-\cos x}{x^2}=\dfrac{1}{2} \]

 

Limite notevole della tangente

 

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

 

Limite notevole della potenza con differenza

 

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{(1+x)^k-1}{x}=k, \qquad k \in \mathbb{R} \]

 

Riportiamo infine i limiti notevoli di alcune funzioni trigonometriche inverse.

 

Limite notevole della funzione arcoseno

 

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{\arcsin x}{x}=1 \]

 

Limite notevole della funzione arcotangente

 

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\arctan x}{x}=1 \]

 

Prime osservazioni sul corretto uso dei limiti notevoli

E’ fin da subito importante prestare attenzione a quale valore tende la ​\( x \)​ nei limiti. Ad esempio, nel limite notevole del seno:

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{\sin x}{x}=1 \]

la ​\( x \)​ tende a 0, mentre nel limite notevole del numero di Nepero:

\[ \lim_{x \to \pm \infty}\left(1+\dfrac{1}{x} \right)^x=e \]

la ​\( x \)​ tende a più infinito oppure a ​\( -\infty \)​.

Prima di usare un limite notevole per risolvere un esercizio, è di fondamentale importanza confrontare il valore al quale tende la ​\( x \)​ nel limite notevole con il valore al quale tende la ​\( x \)​ nell’esercizio. I due valori devono essere uguali! 🙂

Ad esempio, supponiamo di dover risolvere il seguente limite:

\[ \lim_{x \to +\infty}5 \dfrac{\sin x}{x} \]

Possiamo intanto portare fuori il termine costante dal segno di limite (vedi teorema del limite del prodotto di funzioni):

\[ \lim_{x \to +\infty}5 \dfrac{\sin x}{x}= 5\lim_{x \to +\infty}\dfrac{\sin x}{x} \]

Riconosciamo agevolmente lo stesso argomento del limite notevole del seno ma attenzione! Nell’esercizio la ​\( x \)​ tende a più infinito, mentre nel limite notevole la ​\( x \)​ tende a 0! Quindi, nonostante la somiglianza presente, in realtà il limite notevole del seno non ci è di alcun aiuto per risolvere l’esercizio! Usarlo sarebbe un errore grave. Dunque, non possiamo risolvere l’esercizio con i limiti notevoli.

Possiamo invece risolvere agevolmente quest’altro esercizio:

\[ \lim_{x \to 0}5 \dfrac{\sin x}{x} \]

Ora infatti la ​\( x \)tende a zero sia nell’esercizio, sia nel limite notevole.  Possiamo pertanto sfruttare tranquillamente l’informazione fornita dal limite notevole del seno. Quindi:

\[ \lim_{x \to 0}5 \dfrac{\sin x}{x}=5 \cdot \lim_{x \to 0}\dfrac{\sin x}{x}=5 \cdot 1 = 5 \]

 

Vi ricordo che è anche disponibile in Altramatica una tabella riassuntiva completa di tutti i limiti notevoli.

 

Teorema del limite della potenza di una funzione e limiti notevoli

Facciamo ora un’importante osservazione. Sapendo che:

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{\sin x}{x}=1 \]

possiamo anche dire che:

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{x}{\sin x}=1 \]

Ciò è conseguenza del teorema del limite della potenza di una funzione: il limite della potenza di una funzione equivale alla potenza del limite della funzione stessa. Nel caso in cui l’esponente sia pari a -1 abbiamo infatti:

\[ \quad \lim_{x \to 0}\left(\dfrac{\sin x}{x} \right)^{-1}=\left(\lim_{x \to 0}\dfrac{\sin x}{x} \right)^{-1} \]

e siccome ​\( \left( \dfrac{\sin x}{x} \right)^{-1}=\dfrac{x}{\sin x} \)​ e poiché come noto ​\( \lim_{x \to 0}\dfrac{\sin x}{x}=1 \)​ si ha in conclusione:

\[ \lim_{x \to 0}\dfrac{x}{\sin x}=1 \]

Tale osservazione si può fare in modo del tutto simile per tutti quei limiti notevoli che sono espressi come rapporto di funzioni.

Quindi, come ulteriore esempio, dal limite notevole:

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{1-\cos x}{x^2}=\dfrac{1}{2} \]

deduciamo anche l’informazione:

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{x^2}{1-\cos x}=2 \]

cioè, in generale, per i limiti notevoli nei quali si ha un rapporto tra funzioni, possiamo dire che il limite del reciproco del rapporto delle funzioni equivale al reciproco del limite.

Questo è molto importante da tenere conto per la risoluzione degli esercizi.  Spesso infatti, lavorando con l’algebra sull’argomento del limite da risolvere, ci ritroviamo con rapporti tra funzioni che sono proprio i reciproci di quelli che compaiono nel limite notevole considerato 😉

 

Nella prossima lezione, vedremo il metodo algebrico per la risoluzione dei limiti di funzioni con i limiti notevoli.

Ciao a tutti e, come sempre, buono studio con Altramatica!