Encuentra el límite de la función compleja.

Question

$$ \lim_{x\to a} \left(2- \frac{x}{a}\right)^{\left(\tan \frac{\pi x}{2a}\right)}.$$

He simplificado este límite hasta este punto : $$e^{ \lim_{x\to a} \left(\left(1- \frac{x}{a}\right){\left(\tan \frac{\pi x}{2a}\right)}\right)}$$ No sé cómo simplificar el límite después de eso. Por favor, ayuda.

Answer 1

\begin{align*} \log\left(2-\frac{x}{a}\right)^{\tan(\pi x/2a)}&=\left(\tan\frac{\pi x}{2a}\right)\left(\log\left(2-\frac{x}{a}\right)\right)\\ &=\sin\left(\frac{\pi x}{2a}\right)\frac{\log\left(1+\left(1-\dfrac{x}{a}\right)\right)}{\cos\left(\dfrac{\pi}{2}\left(\dfrac{x}{a}-1\right)+\dfrac{\pi}{2}\right)}\\ &=\sin\left(\frac{\pi x}{2a}\right)\frac{\left(1-\dfrac{x}{a}\right)-\dfrac{1}{2}\left(1-\dfrac{x}{a}\right)^{2}+\cdots}{\dfrac{\pi}{2}\left(1-\dfrac{x}{a}\right)-\dfrac{1}{3!}\left(\dfrac{\pi}{2}\left(1-\dfrac{x}{a}\right)\right)^{3}+\cdots}\\ &=\sin\left(\frac{\pi x}{2a}\right)\frac{1-\dfrac{1}{2}\left(1-\dfrac{x}{a}\right)+\cdots}{\dfrac{\pi}{2}-\dfrac{1}{3!}\left(\dfrac{\pi}{2}\right)^{3}\left(1-\dfrac{x}{a}\right)^{2}+\cdots}, \end{align*} tomando el límite como $x\rightarrow a$ entonces $\log\left(2-\dfrac{x}{a}\right)^{\tan(\pi x/2a)}\rightarrow\dfrac{2}{\pi}$ .

Answer 2

$$ \lim_{x\to a} \left(2- \frac{x}{a}\right)^{\tan \frac{\pi x}{2a}}= \lim_{x\to a} \left(1+1- \frac{x}{a}\right)^{\frac{1}{1-\frac{x}{a}}\cdot\left(1-\frac{x}{a}\right)\tan \frac{\pi x-\pi a+\pi a}{2a}}=$$ $$=e^{\frac{2}{\pi}\lim\limits_{x\rightarrow a}\left(\frac{\frac{\pi}{2a}(a-x)}{\sin\frac{\pi}{2a}(a-x)}\cdot\cos\frac{\pi}{2a}(a-x)\right)}=e^{\frac{2}{\pi}}.$$

Answer 3

A partir del límite dado, utilizando $t = x-a$ se puede reescribir como:

$$\lim_{t\to 0}\left(1-\frac{t}{a}\right)^{-\cot\left(\frac{\pi t}{2a}\right)}$$

Esto se puede convertir en la forma $e^{\dots}$ utilizando la definición de la función de exponente, multiplicando y dividiendo en la potencia por $-t/a$ . Así tenemos:

$$\lim_{t\to 0}\left(1-\frac{t}{a}\right)^{-\cot\left(\frac{\pi t}{2a}\right) \times \frac{-a}{t} \times \frac{-t}{a}} =\lim_{t \to 0} e^{\cot\left(\frac{\pi t}{2a}\right) \times \frac{t}{a}}$$

Entonces, debido a la continuidad de $e^x$ tenemos:

$$\begin{align}\lim_{t \to 0} e^{\cot\left(\frac{\pi t}{2a}\right) \times \frac{t}{a}} &= e^{\lim_{t \to 0}\cot\left(\frac{\pi t}{2a}\right) \times \frac{t}{a}} \\ &= \exp\left(\lim_{t \to 0}\frac{\frac{t}{a} \times\frac{\pi}{2} \times \frac{2}{\pi}}{\tan\left(\frac{\pi t}{2a}\right)}\right) \\ &= \exp\left(\frac{2}{\pi}\right) \end{align}$$

Answer 4

Supongamos que $y \triangleq \frac{\pi x}{2a}$ . Entonces, tenemos

$$\lim_{t \rightarrow \pi/2} \tan(y) (1-\frac{2y}{\pi})$$

Entonces, utilizando la expansión de la serie de Taylor y simples manipulaciones tenemos:

$$\lim_{t \rightarrow \pi/2} \frac{1}{\pi} \Big(-\frac{1}{y-\pi/2}+\frac{1}{3}(y-\pi/2) + \ldots \Big)(\pi - 2y)= \frac{2}{\pi}.$$

Entonces: $$ \lim_{x\to a} \left(2- \frac{x}{a}\right)^{\left(\tan \frac{\pi x}{2a}\right)} = e^{\frac{2}{\pi}}$$

Answer 5

Dejemos que $y=(2- \dfrac xa)^{\tan \frac{\pi x}{2a}}$ entonces $\ln y=\tan\dfrac{\pi x}{2a}\ln(2- \dfrac xa)$ y que $1-\dfrac{x}{a}=\dfrac{1}{t}$ entonces \begin{align} \lim_{x\to a} (2- \dfrac xa)^{\tan \frac{\pi x}{2a}} &= \lim_{t\to \infty} \tan\dfrac{\pi}{2}\left(1-\dfrac1t\right)\ln\left(1+\dfrac1t\right) \\ &= \lim_{t\to \infty} \cot\dfrac{\pi}{2t}\ln\left(1+\dfrac1t\right) \\ &= \lim_{t\to \infty} \dfrac{\cos\dfrac{\pi}{2t}}{\sin\dfrac{\pi}{2t}}\ln\left(1+\dfrac1t\right) \\ &= \lim_{t\to \infty} \dfrac{\dfrac{\pi}{2t}\cos\dfrac{\pi}{2t}}{\sin\dfrac{\pi}{2t}} \cdot t\ln\left(1+\dfrac1t\right) \dfrac{1}{t\dfrac{\pi}{2t}}\\ &= \lim_{t\to \infty} \dfrac{\dfrac{\pi}{2t}}{\sin\dfrac{\pi}{2t}} \cdot \ln\left(1+\dfrac1t\right)^t ~~\dfrac{\cos\dfrac{\pi}{2t}}{\dfrac{\pi}{2}}\\ &= \color{blue}{\dfrac{2}{\pi}} \end{align} utilizando $\lim_{t\to \infty}\left(1+\dfrac1t\right)^t=e$ entonces $y=e^{\frac{2}{\pi}}$ .