Les vencimos

Matemáticas Aplicadas a las Ciencias Sociales I · 1.º Bachillerato

Lección 10 · B.2 · Cambio

Límites desde tabla, gráfica y expresión

Decreto 40/2022 CyL · primer curso · antes de segundo

Objetivos

Tres sitios donde mirar el mismo límite

En el sentido de la medida, bloque B.2 del primer curso, el límite se estima o se calcula desde una tabla, un gráfico o una expresión algebraica. No hace falta la definición formal con distancias: hace falta ver hacia dónde va la función y comprobar que los tres lenguajes cuentan la misma historia.

Si x se acerca a un número a, escribimos el límite de f(x) cuando x tiende a a. Nos importa el comportamiento al lado de a, no el cartel que haya puesto alguien exactamente en a. Por eso una función puede tener límite 4 en x = 2 y, a la vez, no valer 4 en ese punto: o no está definida, o está definida con otro valor.

lim (x → a) f(x) = L

x es la variable que se mueve; a es el número al que x se acerca; f(x) es el valor de la función en esos vecinos; L es el número al que esos valores se arriman. L no tiene por qué ser f(a).

Hay tres lecturas útiles en ciencias sociales:

Cuando los dos lados no se ponen de acuerdo, el límite (a secas) no existe. Aun así puedes hablar del límite por la izquierda, x → a−, y por la derecha, x → a+. Una tarifa que cambia de golpe al cumplir una edad es el caso típico: a la izquierda del corte vale una cosa y a la derecha otra.

También miramos qué pasa cuando x se hace muy grande, x → ∞. No es «x igual a infinito». Es: si x sigue creciendo, ¿la función se acerca a alguna altura estable? En una proporción de polinomios del mismo grado, esa altura es el cociente de los coeficientes principales.

(3x + 1) / (x + 2) = 3 − 5 / (x + 2)

x es la variable, por ejemplo un número de años o de unidades; 3 es el cociente de los coeficientes de x; 5 es lo que hay que restar para que la igualdad sea exacta, porque 3(x + 2) − 5 = 3x + 1; x + 2 es el denominador original, que crece y hace pequeño el segundo término.

Ejemplo 1. Tabla, álgebra y un hueco

Sea f(x) = (x2 − 4) / (x − 2), definida para todo x distinto de 2. En x = 2 el denominador es cero y el numerador también: la fórmula, tal cual, no da un número. Mira vecinos.

x1,91,992,012,1
f(x)3,93,994,014,1

Comprueba uno: si x = 1,9, numerador 1,92 − 4 = 3,61 − 4 = −0,39 y denominador −0,1, así que f(1,9) = 3,9. Los cuatro valores se arriman a 4, por la izquierda y por la derecha. La estimación del límite es 4.

  1. Factoriza el numerador: x2 − 4 = (x − 2)(x + 2).
  2. Para x ≠ 2 se cancela el factor común: f(x) = x + 2.
  3. x + 2, cuando x se acerca a 2, se acerca a 4. El límite es 4.
  4. f(2) sigue sin existir. El límite no rellena el hueco por sí solo; solo dice a qué altura está el hueco.

lim (x → 2) (x2 − 4) / (x − 2) = 4

x es la variable; 2 es el punto donde el denominador original se anula; x2 − 4 es el numerador, diferencia de cuadrados; 4 es el límite, que coincide con 2 + 2, el valor de la expresión ya simplificada.

Gráfica de (x² − 4) / (x − 2): la recta y = x + 2 con un hueco en (2, 4) hueco (2, 4) x y 2 4

El esquema representa la recta y = x + 2 y deja vacío el punto de abscisa 2. La altura de ese hueco es el límite, 4. Quien lee solo el punto vacío y dice «no hay límite» confunde «no hay función» con «no hay límite». El lienzo de debajo está a escala para marcar ese punto.

Ejemplo 2. Un salto y un límite a largo plazo

Una cuota de acceso, en euros, depende de las horas x ya usadas: T(x) = 3 si x < 2 y T(x) = 5 si x ≥ 2. No es una fórmula rota: es una tarifa a trozos, definida también en 2, donde vale 5.

  1. Por la izquierda de 2, x es menor que 2, así que T(x) = 3. El límite por la izquierda es 3.
  2. Por la derecha, T(x) = 5. El límite por la derecha es 5.
  3. 3 ≠ 5, luego no existe el límite cuando x tiende a 2. Da igual que T(2) = 5: el valor del punto no reconcilia los dos lados.

lim (x → 2−) T(x) = 3   y   lim (x → 2+) T(x) = 5

x son las horas usadas; 2 es el corte de la tarifa; T(x) es la cuota en euros; 3 es la cuota del tramo bajo; 5 es la cuota del tramo alto, que también es T(2).

Otro encargo, ahora de largo plazo. La proporción (3x + 1) / (x + 2) se reescribe como 3 − 5 / (x + 2). Cuando x crece, 5 / (x + 2) se hace pequeño y la proporción se acerca a 3. Tabla exacta:

x8184898
(3x+1)/(x+2)2,52,752,92,95

25/10 = 2,5
55/20 = 2,75
145/50 = 2,9
295/100 = 2,95. Van hacia 3 y no lo pasan. El límite cuando x tiende a infinito es 3. No hay una x en la que la expresión valga exactamente 3, porque 5 / (x + 2) nunca es cero.

Marca el límite en el lienzo

La gráfica de debajo es la del ejemplo 1: recta con hueco en (2, 4). Con el dedo o el ratón, marca el hueco y escribe al lado, a mano, la altura del límite. Restaurar vuelve a dejar solo la gráfica.

Ejercicios

1. Otra tabla que se atasca

g(x) = (x2 − 1) / (x − 1), con x ≠ 1. Calcula g(0,9), g(0,99), g(1,01) y g(1,1). Estima el límite cuando x tiende a 1 y confírmalo simplificando.

Corrección
  1. 0,81 − 1 = −0,19
    0,90 − 1 = −0,10
    (−0,19) / (−0,10) = 1,9
    g(0,9) = 1,9.
  2. 0,9801 − 1 = −0,0199
    (−0,0199) / (−0,0100) = 1,99
    g(0,99) = 1,99.
  3. 1,0201 − 1 = 0,0201
    0,0201 / 0,0100 = 2,01
    g(1,01) = 2,01.1,21 − 1 = 0,21
    0,21 / 0,10 = 2,1
    g(1,1) = 2,1.
  4. La tabla se acerca a 2. Como x2 − 1 = (x − 1)(x + 1), para x ≠ 1 se tiene g(x) = x + 1, y el límite es 2.

0/0 no es un número y tampoco es el límite. Es la señal de que la fórmula original no sirve en ese punto y hay que reescribirla en un entorno donde el factor común no es cero.

2. Una expresión que no se atasca

Calcula el límite de 5x + 2 cuando x tiende a 0. Después di cuánto vale la función en 0 y si los dos números coinciden.

Corrección
  1. 5x + 2 es un polinomio: cerca de 0 se comporta como su valor en 0.
  2. El límite es 5 · 0 = 0
    0 + 2 = 2.
  3. La función en 0 también vale 2. Coinciden.

No toda pregunta de límite esconde un hueco. Si la expresión está definida y es un polinomio, el límite en a es sustituir a. El caso interesante del ejemplo 1 era precisamente el que no deja sustituir.

3. Dos lados que no casan

f(x) = x + 1 si x < 0, y f(x) = 2 − x si x ≥ 0. Halla el límite por la izquierda en 0, el límite por la derecha en 0, f(0) y di si existe el límite.

Corrección
  1. Por la izquierda se usa x + 1, que tiende a 1.
  2. Por la derecha se usa 2 − x, que tiende a 2.
  3. f(0) = 2 − 0
    2 − 0 = 2.
  4. Como 1 ≠ 2, el límite cuando x tiende a 0 no existe.

El valor f(0) solo informa del lado en el que ha quedado incluido el corte. Un límite de dos lados exige el mismo número a izquierda y derecha. Aquí la gráfica da un salto de altura 1.

4. Cuando x crece

Estudia (2x − 4) / (x + 1) cuando x tiende a infinito. Reescribe la fracción y comprueba con x = 5, x = 11 y x = 29.

Corrección
  1. 2(x + 1) − 6 = 2x − 4, luego (2x − 4) / (x + 1) = 2 − 6 / (x + 1).
  2. Cuando x crece, 6 / (x + 1) tiende a 0. El límite es 2.
  3. x = 5:
    6 / 6 = 1. x = 11:
    18 / 12 = 1,5. x = 29:
    54 / 30 = 1,8. Se acercan a 2 por debajo.

El término con x en el numerador y el término con x en el denominador mandan cuando x es grande. El −4 y el +1 se quedan pequeños en comparación, pero la reescritura exacta evita el gesto vago de «tachamos los números sueltos».

Cierre

Tabla para estimar, gráfica para ver el hueco o el salto, álgebra para cerrar el número. Si los dos lados discrepan, dilo: el límite no existe, y escribe los laterales. Si x se va a infinito, busca la altura a la que la expresión se aplana.