La respuesta de robjohn vinculado en su comentario, es una visita obligada. Se aborda la definición de $e^{x}$$\lim_{n \to \infty}(1 + 1/n)^{nx}$. Otro enfoque directo, comenzando con $(1 + x/n)^{n}$ es la siguiente.
Vamos $$F_{n}(x) = 1 + x + \frac{x^{2}}{2!} + \cdots + \frac{x^{n}}{n!}$$ so that $\lim_{n \to \infty}F_{n}(x) = F(x)$ exist and $F(x)$ is given by the convergent power series $$F(x) = 1 + x + \frac{x^{2}}{2!} + \frac{x^{3}}{3!} + \cdots = \sum_{k = 0}^{\infty}\frac{x^{k}}{k!}$$ First we assume that $x > 0$. We have to establish that $\lim\limits_{n \to \infty}\left(1 + \dfrac{x}{n}\right)^{n} = F(x)$
Si $n > x$, entonces tenemos $$\left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n} = 1 + x + \frac{n(n - 1)}{2!}\left(\frac{x}{n}\right)^{2} + \cdots + \frac{n!}{n!}\left(\frac{x}{n}\right)^{n}$$ so that $$\left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n} < F_{n}(x)$$
El próximo considerar la expresión $(1 - (x/n))^{-n}$. Por el teorema del binomio para exponentes negativos que hemos $$\left(1 - \frac{x}{n}\right)^{-n} = 1 + x + \frac{n(n + 1)}{2!}\left(\frac{x}{n}\right)^{2} + \cdots$$ so that $$\left(1 - \frac{x}{n}\right)^{-n} \geq F_{n}(x)$$ It follows that for $0 < x < n$ we have $$\left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n} < F_{n}(x) \leq \left(1 - \frac{x}{n}\right)^{-n}\,\,\,\cdots (1)$$
Ahora tenga en cuenta que $\lim_{n \to \infty}(1 + x/n)^{n} = G(x)$ existe y tenemos $(1 + (x/n))^{n} < G(x)$ todos los $x > 0$ y todos los enteros positivos $n$. Por lo tanto
$\displaystyle \begin{aligned}\left(1 - \frac{x}{n}\right)^{-n} - \left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n} &= \left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n}\left\{\left(1 - \frac{x^{2}}{n^{2}}\right)^{-n} - 1\right\}\\
&< G(x)\left\{\left(1 - \frac{x^{2}}{n}\right)^{-1} - 1\right\} = \frac{x^{2}G(x)}{n - x^{2}}\end{aligned}$
de modo que la expresión $(1 - (x/n))^{-n} - (1 + (x/n))^{n}$ tiende a $0$ $n \to \infty$ (usando el teorema del sándwich). De ello se desprende que $$\lim\limits_{n \to \infty}\left(1 - \dfrac{x}{n}\right)^{-n} = \lim\limits_{n \to \infty}\left(1 + \dfrac{x}{n}\right)^{n} = G(x)\,\,\,\cdots (2)$$
Aplicando ahora el teorema del sándwich en la ecuación de $(1)$ y el uso de la ecuación de $(2)$ anterior obtenemos $\lim_{n \to \infty}F_{n}(x) = G(x)$, de modo que $F(x) = G(x)$ todos los $x > 0$.
Para $x = 0$ el resultado es trivial. Para $x < 0$ necesitamos utilizar el hecho de que $F(x + y) = F(x)F(y)$ (esto se realiza mediante la multiplicación de la serie) y por lo tanto $F(-x) = 1/F(x)$. De manera similar a partir de la ecuación de $(2)$ se sigue que $G(-x) = 1/G(x)$. Por lo tanto la relación $F(x) = G(x)$ mantiene para cada una de las $x$. Toma nota de las definiciones de $F, G$ vemos que $$\lim_{n \to \infty}\left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n} = 1 + x + \frac{x^{2}}{2!} + \frac{x^{3}}{3!} + \cdots $$ for all $x \in \mathbb{R}$.
Actualización: Mientras que proporciona una respuesta a otra pregunta que se me ocurrió una alternativa a prueba de $$\lim_{n \to \infty}\left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n} = \lim_{n \to \infty}\left(1 - \frac{x}{n}\right)^{-n}$$ que vale la pena mencionar aquí.
Dejemos de $$f(n) = \left(1 + \frac{x}{n}\right)^{n}, g(n) = \left(1 - \frac{x}{n}\right)^{-n}$$ and as in the earlier proof we only need to handle the case for $x > 0$. By the use of binomial theorem we can show that the sequence $f(n)$ increases and is bounded by $F(x)$ so that $f(n)$ tends to a limit as $n \to \infty$ and the limit is greater than or equal to $(1 + x)$.
Ahora podemos ver que, si $0 < x^{2} < n$ $$\begin{aligned}\frac{f(n)}{g(n)} &= \left(1 - \frac{x^{2}}{n^{2}}\right)^{n}\\
&= 1 - n\cdot\frac{x^{2}}{n^{2}} + \frac{n(n - 1)}{2!}\left(\frac{x^{2}}{n^{2}}\right)^{2} - \cdots + \\
&= 1 - \frac{x^{2}}{n} + \dfrac{\left(1 - \dfrac{1}{n}\right)}{2!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{2} - \dfrac{\left(1 - \dfrac{1}{n}\right)\left(1 - \dfrac{2}{n}\right)}{3!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{3} + \cdots\\
&= 1 - \phi(n)\end {aligned}$$ where $\phi(n)$ is a finite sum defined by $$\phi(n) = \frac{x^{2}}{n} - \dfrac{\left(1 - \dfrac{1}{n}\right)}{2!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{2} + \dfrac{\left(1 - \dfrac{1}{n}\right)\left(1 - \dfrac{2}{n}\right)}{3!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{3} - \cdots$$ We can estimate $\phi(n)$ as follows $$\begin{aligned}0 \leq |\phi(n)| &\leq \frac{x^{2}}{n} + \dfrac{\left(1 - \dfrac{1}{n}\right)}{2!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{2} + \dfrac{\left(1 - \dfrac{1}{n}\right)\left(1 - \dfrac{2}{n}\right)}{3!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{3} + \cdots\\
&\leq \frac{x^{2}}{n} + \frac{1}{2!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{2} + \frac{1}{3!}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{3} + \cdots\\
&\leq \frac{x^{2}}{n} + \frac{1}{2}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{2} + \frac{1}{2^{2}}\left(\frac{x^{2}}{n}\right)^{3} + \cdots\\
&= \frac{x^{2}}{n}\left\{1 + \frac{x^{2}}{2n} + \left(\frac{x^{2}}{2n}\right)^{2} + \cdots\right\}\\
&= \frac{x^{2}}{n}\cdot\dfrac{1 - \left(\dfrac{x^{2}}{2n}\right)^{n}}{1 - \dfrac{x^{2}}{2n}}\\
&\leq \frac{x^{2}}{n}\cdot\dfrac{1}{1 - \dfrac{x^{2}}{2n}}\to 0 \text{ as }n \to \infty\end{aligned}$$ and then we see that $\phi(n) \a 0$ as $n \to \infty$. It follows that $f(n)/g(n) \a 1$ as $n \to \infty$ and therefore $\lim_{n \to \infty}f(n) = \lim_{n \to \infty}g(n)$.
