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Límites
Problema
2024 · Extraordinaria · Suplente
2
Examen

Calcula aa y bb sabiendo que

limx0a(ln(1+x)x)+b(ex1)+1cos(x)sen2(x)=5\lim_{x \to 0} \frac{a(\ln(1 + x) - x) + b(e^x - 1) + 1 - \cos(x)}{\text{sen}^2(x)} = 5

donde ln\ln denota la función logaritmo neperiano.

LímitesRegla de L'HôpitalParámetros
Resolución del límite para determinar los parámetros $a$ y $b$

En primer lugar, evaluamos el límite cuando xx tiende a 00 para identificar posibles indeterminaciones. Sustituyendo x=0x = 0 en la expresión:

limx0a(ln(1+x)x)+b(ex1)+1cos(x)sen2(x)=a(0)+b(0)+110=00\lim_{x \to 0} \frac{a(\ln(1 + x) - x) + b(e^x - 1) + 1 - \cos(x)}{\text{sen}^2(x)} = \frac{a(0) + b(0) + 1 - 1}{0} = \frac{0}{0}

Dada la indeterminación de tipo 00\frac{0}{0}, aplicamos la Regla de L'Hôpital derivando el numerador y el denominador:

limx0a(11+x1)+bex+sen(x)2sen(x)cos(x)\lim_{x \to 0} \frac{a\left(\frac{1}{1+x} - 1\right) + b e^x + \text{sen}(x)}{2 \text{sen}(x) \cos(x)}

Simplificamos el denominador usando la identidad trigonométrica sen(2x)=2sen(x)cos(x)\text{sen}(2x) = 2 \text{sen}(x) \cos(x):

limx0a(x1+x)+bex+sen(x)sen(2x)\lim_{x \to 0} \frac{a\left(\frac{-x}{1+x}\right) + b e^x + \text{sen}(x)}{\text{sen}(2x)}

Al evaluar el límite de esta nueva fracción, el denominador tiende a 00. Para que el límite sea finito e igual a 55, el numerador también debe tender a 00:

limx0[a(x1+x)+bex+sen(x)]=0+b1+0=b\lim_{x \to 0} \left[ a\left(\frac{-x}{1+x}\right) + b e^x + \text{sen}(x) \right] = 0 + b \cdot 1 + 0 = b

Para evitar que el límite sea infinito, imponemos la condición b=0b = 0. Con este valor, obtenemos nuevamente la indeterminación 00\frac{0}{0} y aplicamos la Regla de L'Hôpital por segunda vez:

limx0ddx(a(x1+x)+sen(x))ddx(sen(2x))=limx0a(1(1+x)2)+cos(x)2cos(2x)\lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{dx} \left( a\left(\frac{-x}{1+x}\right) + \text{sen}(x) \right)}{\frac{d}{dx} (\text{sen}(2x))} = \lim_{x \to 0} \frac{a\left(\frac{-1}{(1+x)^2}\right) + \cos(x)}{2 \cos(2x)}

Evaluamos el límite resultante sustituyendo x=0x = 0:

a(1)+12=a+12\frac{a(-1) + 1}{2} = \frac{-a + 1}{2}

Igualamos el resultado obtenido al valor proporcionado en el enunciado:

a+12=5    a+1=10    a=9\frac{-a + 1}{2} = 5 \implies -a + 1 = 10 \implies a = -9

Los valores buscados son a=9a = -9 y b=0b = 0.