Evaluación de $\lim_{x\to 0}\left(\frac{1}{\sin x} - \frac{1}{\tan x}\right)$

Question

Cómo resolver este límite $$ \lim_{x\to 0}\left(\frac{1}{\sin x} - \frac{1}{\tan x}\right) $$ sin usar la regla de L'Hospital?

Answer 1

LA RESPUESTA

\begin{align} \lim_{x\to0}\left(\frac{1}{\sin x}-\frac{1}{\tan x}\right)&=\lim_{x\to0}\left(\frac{1}{\sin x}-\frac{\cos x}{\sin x}\right)\\ &=\lim_{x\to0}\left(\frac{1-\cos x}{\sin x}\right)\\ &=\lim_{x\to0}\left(\frac{1-\cos x}{\sin x}\cdot\frac{1+\cos x}{1+\cos x}\right)\\ &=\lim_{x\to0}\left(\frac{1-\cos^2 x}{\sin x(1+\cos x)}\right)\\ &=\lim_{x\to0}\left(\frac{\sin^2 x}{\sin x(1+\cos x)}\right)\\ &=\lim_{x\to0}\left(\frac{\sin x}{1+\cos x}\right)\\ &=\frac{\sin 0}{1+\cos 0}\\ &=\LARGE0 \end{align}

Answer 2

Una pista: $$ \frac{1}{\sin x}-\frac{1}{\tan x} = \frac{1}{\sin x}-\frac{\cos x}{\sin x} = \frac{1-\cos x}{\sin x} = \frac{1-\cos x}{x}\frac{x}{\sin x}. $$

Answer 3

Según las fórmulas $$ \cos 2x=\cos x ^2-\sin x ^2=1-2\sin x ^2, \sin 2x=2 \sin x \cos x, $$ tenemos $$ 1-\cos x=2\sin^2 {\frac{x}{2}}, \sin x=2 \sin \frac{x}{2} \cos \frac{x}{2}. $$ Entonces, $$\begin{align} \lim_{n\rightarrow \infty} (\frac{1}{\sin x}-\frac{1}{\tan x}) &=\lim_{n\rightarrow \infty} (\frac{1}{\sin x}-\frac{\cos x}{\sin x})\\ &=\lim_{n\rightarrow \infty} \frac{1-\cos x}{\sin x}\\ &=\lim_{n\rightarrow \infty} \frac{2\sin^2 {\frac{x}{2}}}{2 \sin \frac{x}{2} \cos\frac{x}{2}}\\ &=\lim_{n\rightarrow \infty} \frac{\sin {\frac{x}{2}}}{\cos\frac{x}{2}}\\ &=\frac{0}{1}\\ &=0. \end{align} $$

P.D. Las identidades entre funciones triangulares son muy útiles cuando se quiere simplificar fórmulas que las involucran.

Answer 4

Respuesta : $$\begin{align} \lim \limits_{x\to 0}\left(\dfrac{1}{\sin(x)}-\dfrac {1}{\tan (x)}\right)&=\lim \limits_{x\to 0}\left(\dfrac{1}{\sin(x)}-\dfrac {\cos(x)}{\sin(x)}\right)\\ &=-\lim \limits_{x\to 0}\left(\dfrac{\cos(x)-1}{\sin(x)}\right)\\ &=-\lim \limits_{x\to 0}\left(\dfrac{\cos(x)-\cos(0)}{x-0}\dfrac {x}{\sin(x)}\right)\\ &=-\lim \limits_{x\to 0}\left(\dfrac{\cos(x)-\cos(0)}{x-0}\right)\lim \limits_{x\to 0}\left(\dfrac {x}{\sin(x)}\right)\\ &=-\cos'(0)\cdot 1\\ &=-\sin(0)\\ &=0. \end{align}$$

Answer 5

Una forma de hacerlo, al menos no mencionando L'Hospital sería $$ \frac{1}{\sin x} - \frac{1}{\tan x} = \frac{1-\cos x}{\sin x} = \frac{\frac12 x^2 + o(x^2)}{x + o(x^2)} $$ como $x\to 0$ ...