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Límites
Problema
2022 · Extraordinaria · Titular
1A
Examen

Calcula aa sabiendo que:

limx+ax(lnx)3+2x=1\lim_{x \to +\infty} \frac{ax}{(\ln x)^3 + 2x} = 1

(donde ln\ln denota la función logaritmo neperiano).

LímitesIndeterminacionesRegla de L'Hôpital

Para calcular el valor de aa, debemos evaluar el límite dado:

limx+ax(lnx)3+2x=1\lim_{x \to +\infty} \frac{ax}{(\ln x)^3 + 2x} = 1

Cuando x+x \to +\infty, el numerador axax tiende a ±\pm\infty (dependiendo del signo de aa, pero como el límite es 1, aa debe ser positivo) y el denominador (lnx)3+2x(\ln x)^3 + 2x tiende a ++\infty. Esto es una indeterminación del tipo \frac{\infty}{\infty}.Para resolver este tipo de indeterminaciones, podemos comparar el orden de crecimiento de los términos. Sabemos que las funciones polinómicas crecen más rápido que las funciones logarítmicas. Específicamente, xx crece más rápido que (lnx)3(\ln x)^3 cuando x+x \to +\infty. Es decir, limx+(lnx)kxp=0\lim_{x \to +\infty} \frac{(\ln x)^k}{x^p} = 0 para cualquier k,p>0k,p > 0.Podemos dividir tanto el numerador como el denominador por la mayor potencia de xx que aparece en el denominador, que en este caso es xx (ya que xx crece más rápido que (lnx)3(\ln x)^3).

limx+axx(lnx)3x+2xx\lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{ax}{x}}{\frac{(\ln x)^3}{x} + \frac{2x}{x}}

Simplificando la expresión:

limx+a(lnx)3x+2\lim_{x \to +\infty} \frac{a}{\frac{(\ln x)^3}{x} + 2}

Ahora evaluamos el límite de cada término en el denominador. Sabemos que:

limx+(lnx)3x=0\lim_{x \to +\infty} \frac{(\ln x)^3}{x} = 0

Sustituyendo este valor en el límite principal:

a0+2=a2\frac{a}{0 + 2} = \frac{a}{2}

Según el enunciado, este límite es igual a 1. Por lo tanto, igualamos nuestra expresión a 1 para encontrar el valor de aa:

a2=1\frac{a}{2} = 1

Despejando aa:

a=2a = 2