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Límites con parámetros
Problema
2021 · Extraordinaria · Titular
1
Examen
EJERCICIO 1

Calcula aa y bb sabiendo que:

lim⁡x→0a(1−cos⁡(x))+b sen(x)−2(ex−1)x2=7\lim_{x \to 0} \frac{a(1 - \cos(x)) + b \text{ sen}(x) - 2(e^x - 1)}{x^2} = 7
AnálisisLímitesParámetros+1

Dado el límite:

lim⁡x→0a(1−cos⁡(x))+b sen(x)−2(ex−1)x2=7\lim_{x \to 0} \frac{a(1 - \cos(x)) + b \text{ sen}(x) - 2(e^x - 1)}{x^2} = 7

Al evaluar el límite en x=0x=0, el denominador es 02=00^2 = 0. Para que el límite sea un valor finito (7), el numerador también debe ser 0. Esto resulta en una indeterminación del tipo 00\frac{0}{0}. Por lo tanto, podemos aplicar la Regla de L'Hôpital.Sea f(x)=a(1−cos⁡(x))+b sen(x)−2(ex−1)f(x) = a(1 - \cos(x)) + b \text{ sen}(x) - 2(e^x - 1) y g(x)=x2g(x) = x^2.Calculamos las primeras derivadas:

f′(x)=a sen(x)+bcos⁡(x)−2exf'(x) = a \text{ sen}(x) + b \cos(x) - 2e^x
g′(x)=2xg'(x) = 2x

Aplicamos la Regla de L'Hôpital una vez:

lim⁡x→0a sen(x)+bcos⁡(x)−2ex2x\lim_{x \to 0} \frac{a \text{ sen}(x) + b \cos(x) - 2e^x}{2x}

Evaluamos el numerador en x=0x=0: a sen(0)+bcos⁡(0)−2e0=a(0)+b(1)−2(1)=b−2a \text{ sen}(0) + b \cos(0) - 2e^0 = a(0) + b(1) - 2(1) = b - 2. El denominador es 2(0)=02(0) = 0. Para que este límite exista y sea finito (para poder aplicar L'Hôpital de nuevo o para que el límite original sea 7), el numerador debe ser 0.

b−2=0  ⟹  b=2b - 2 = 0 \implies b = 2

Ahora sustituimos b=2b=2 en la expresión del límite y volvemos a aplicar la Regla de L'Hôpital, ya que seguimos teniendo una indeterminación 00\frac{0}{0}:

lim⁡x→0a sen(x)+2cos⁡(x)−2ex2x\lim_{x \to 0} \frac{a \text{ sen}(x) + 2 \cos(x) - 2e^x}{2x}

Calculamos las segundas derivadas:

f′′(x)=acos⁡(x)−2 sen(x)−2exf''(x) = a \cos(x) - 2 \text{ sen}(x) - 2e^x
g′′(x)=2g''(x) = 2

Aplicamos la Regla de L'Hôpital por segunda vez:

lim⁡x→0acos⁡(x)−2 sen(x)−2ex2\lim_{x \to 0} \frac{a \cos(x) - 2 \text{ sen}(x) - 2e^x}{2}

Evaluamos el numerador en x=0x=0: acos⁡(0)−2 sen(0)−2e0=a(1)−2(0)−2(1)=a−2a \cos(0) - 2 \text{ sen}(0) - 2e^0 = a(1) - 2(0) - 2(1) = a - 2. El denominador es 2.Por lo tanto, el límite es:

a−22\frac{a - 2}{2}

Dado que el límite es igual a 7:

a−22=7\frac{a - 2}{2} = 7
a−2=14a - 2 = 14
a=16a = 16

Los valores de aa y bb son:

a=16yb=2a = 16 \quad \text{y} \quad b = 2