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En cuanto a $e$ sur $\lim\limits_{x \to a}{[\phi(x)]^{\psi(x)}} = e^{\lim\limits_{x \to a}{[\phi(x) - 1]\psi(x)}}$

Actualmente estoy estudiando los límites con $x$ en el exponente. La siguiente fórmula simplifica el trabajo para resolver los límites.

Si $\lim\limits_{x \to a}{\phi(x)} = 1$ y $\lim\limits_{x \to a}{\psi(x)} = \infty$ entonces

$\lim\limits_{x \to a}{[\phi(x)]^{\psi(x)}} =$ $\lim\limits_{x \to a}{\{[1+\alpha(x)]^{\frac{1}{\alpha(x)}}\}^{\alpha(x)\psi(x)}} =$ $e^{\lim\limits_{x \to a}{[\phi(x) - 1]\psi(x)}}$

En su mayor parte, entiendo cómo se deriva la fórmula. Sin embargo, hay una parte que no entiendo.

¿Por qué $\lim\limits_{x \to a}{\{[1+\alpha(x)]^{\frac{1}{\alpha(x)}}\}} = e$ ?

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Dr. MV Puntos 34555

METODOLOGÍA $1$ : Enfoque de pre-cálculo

En ESTA RESPUESTA En el caso de la función logarítmica, demostré utilizando sólo la definición de límite de la función exponencial y la desigualdad de Bernoulli que la función logarítmica satisface las desigualdades

$$\bbox[5px,border:2px solid #C0A000]{\frac{x-1}{x}\le \log(x)\le x-1} \tag 1$$

Dejar $x$ ser sustituido por $1+\alpha(x)$ sur $(1)$ revela

$$\frac{\alpha(x)}{1+\alpha(x)}\le \log(1+\alpha(x))\le \alpha(x)\tag 2$$

Entonces, observando que $(1+\alpha(x))^{1/\alpha(x)}=e^{\frac{1}{\alpha(x)}\log(1+\alpha(x))}$ y aplicando $(2)$ encontramos que

$$e^{\frac{1}{1+\alpha(x)}}\le (1+\alpha(x))^{1/\alpha(x)}\le e \tag3$$

por lo que aplicando el teorema de la compresión a $(3)$ da el codiciado resultado

$$\bbox[5px,border:2px solid #C0A000]{\lim_{x\to a}(1+\alpha(x))^{1/\alpha(x)}=e}$$


METODOLOGÍA $2$ : Análisis asintótico

Tenemos para $\alpha(x) \to 0$ como $x\to a$

$$\begin{align} (1+\alpha(x))^{1/\alpha(x)}&=e^{\frac{1}{\alpha(x)}\color{blue}{\log(1+\alpha(x))}} \\\\ &=e^{\frac{1}{\alpha(x)}\color{blue}{\left(\alpha(x)+O\left(\alpha^2(x)\right)\right))}}\\\\ &=e^{1+O(\alpha(x))}\\\\ &\to e\,\,\text{as}\,\,x\to a \end{align}$$

En el desarrollo aquí realizado, utilizamos la expansión asintótica $\displaystyle \log(1+t)=t+O(t^2)$ .

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