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Límites
Problema
2025 · Extraordinaria · Titular
6
Examen
EJERCICIO 6.

Calcula aa y bb sabiendo que

limx0xsen(x)+a(ex1)+sen(x)bx2+xsen(x)=1\lim_{x \to 0} \frac{x \text{sen}(x) + a(e^x - 1) + \text{sen}(x)}{bx^2 + x - \text{sen}(x)} = 1
LímitesRegla de L'HôpitalParámetros
Determinación de parámetros en un límite mediante la Regla de L'Hôpital

Para resolver el límite propuesto, primero evaluamos la expresión cuando x0x \to 0:

limx0xsen(x)+a(ex1)+sen(x)bx2+xsen(x)\lim_{x \to 0} \frac{x \text{sen}(x) + a(e^x - 1) + \text{sen}(x)}{bx^2 + x - \text{sen}(x)}

Al sustituir x=0x = 0, obtenemos una indeterminación de tipo 00\frac{0}{0}:Numerador: 0sen(0)+a(e01)+sen(0)=0+a(11)+0=00 \cdot \text{sen}(0) + a(e^0 - 1) + \text{sen}(0) = 0 + a(1 - 1) + 0 = 0 Denominador: b(0)2+0sen(0)=0b(0)^2 + 0 - \text{sen}(0) = 0 Aplicamos la Regla de L'Hôpital derivando el numerador y el denominador de forma independiente:

limx0sen(x)+xcos(x)+aex+cos(x)2bx+1cos(x)\lim_{x \to 0} \frac{\text{sen}(x) + x \cos(x) + ae^x + \cos(x)}{2bx + 1 - \cos(x)}

Evaluamos nuevamente el límite cuando x0x \to 0:Denominador: 2b(0)+1cos(0)=0+11=02b(0) + 1 - \cos(0) = 0 + 1 - 1 = 0 Numerador: sen(0)+0cos(0)+ae0+cos(0)=a+1\text{sen}(0) + 0 \cdot \cos(0) + ae^0 + \cos(0) = a + 1 Para que el límite pueda ser igual a 1 (un valor finito), y dado que el denominador tiende a 0, el numerador debe ser necesariamente 0 para poder aplicar de nuevo la Regla de L'Hôpital:

a+1=0    a=1a + 1 = 0 \implies a = -1

Sustituimos a=1a = -1 y aplicamos la Regla de L'Hôpital por segunda vez sobre la expresión derivada:

limx0cos(x)+cos(x)xsen(x)+aexsen(x)2b+sen(x)\lim_{x \to 0} \frac{\cos(x) + \cos(x) - x \text{sen}(x) + ae^x - \text{sen}(x)}{2b + \text{sen}(x)}

Simplificamos la expresión del numerador antes de evaluar:

limx02cos(x)xsen(x)sen(x)ex2b+sen(x)\lim_{x \to 0} \frac{2 \cos(x) - x \text{sen}(x) - \text{sen}(x) - e^x}{2b + \text{sen}(x)}

Evaluamos el límite sustituyendo x=0x = 0:

2cos(0)0sen(0)sen(0)e02b+sen(0)=2(1)0012b+0=12b\frac{2 \cos(0) - 0 \cdot \text{sen}(0) - \text{sen}(0) - e^0}{2b + \text{sen}(0)} = \frac{2(1) - 0 - 0 - 1}{2b + 0} = \frac{1}{2b}

Según el enunciado, el valor de este límite debe ser 1. Por lo tanto, igualamos y despejamos bb:

12b=1    2b=1    b=12\frac{1}{2b} = 1 \implies 2b = 1 \implies b = \frac{1}{2}

Los valores buscados son a=1a = -1 y b=12b = \frac{1}{2}.