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Definição precisa de limite

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943   

Calcule, através da definição, o limite $ \lim_{x\to 2} 5 = 5$



Seja $\epsilon >0$ dado. Queremos encontrar $\delta >0$ tal que, quando $|x-2|<\delta$, $|f(x)-5|<\epsilon$. Entretanto, como $f(x)=5$ é uma função constante, a segunda inequação é simplesmente $|5-5|<\epsilon$, o que é sempre verdade. Assim, pode-se escolher um $\delta$ qualquer; arbitrariamente, escolhe-se $\delta =\epsilon$.



1519   

Sabe-se que $f$ é contínua em $2$ e que $f(2)=8$. Mostre que existe $\delta>0$ tal que para todo $x \in D_f$  vale $2-\delta<x<2+\delta \rightarrow f(x)>7$.





Considere $\epsilon =1$. Como $f$ é contínua em $2$, sabemos que existe $\delta >0$ tal que, para $|x-2|<\delta $ temos que $|f(x)-f(2)|<\epsilon =1$. Mas $|x-2|<\delta $ se, e somente se, $2-\delta<x<2+\delta$ e $|f(x)-f(2)|=|f(x)-8|<1$ se, e somente se, $7< f(x)<9$.


1800   

Foi pedido a um torneiro mecânico que fabricasse um disco de metal circular com área de $1000cm^2$.

  1. Qual o raio do disco produzido?
  2. Se for permitido ao torneiro uma tolerância do erro de $\pm 5 cm^2$ na área do disco, quão próximo do raio ideal da parte (a) o torneiro precisa controlar o raio?
  3. Em termos da definição $\epsilon, \delta$ de $\lim\limits_{x \to a} f(x)=L$, o que é $x$? O que é $f(x)$? O que é $a$? O que é $L$? Qual valor de $\epsilon$ é dado? Qual o valor correspondente de $\delta$?



941   

Calcule, por meio da definição, o limite $\lim_{x\to 2} x^3-1 = 7$.



Considere $\epsilon >0$ arbitrário. Queremos encontrar $\delta >0$ tal que quando $|x-2|<\delta$, $|f(x)-7|<\epsilon$.
Considere $|f(x)-7|<\epsilon$, lembrando que o objetivo é afirmar algo sobre $|x-2|$:
\begin{gather*}
|f(x) -7 | < \epsilon \\
|x^3-1 -7 |<\epsilon \\
| x^3-8 | < \epsilon \\
| x-2 |\cdot|x^2+2x+4| < \epsilon \\
| x-3 | < \epsilon/|x^2+2x+4| \\
\end{gather*}
Como $x$ está próximo de $2$, podemos considerar $1<x<3$. Portanto
\begin{gather*}
1^2+2\cdot1+4<x^2+2x+4<3^2+2\cdot3+4 \\
7 < x^2+2x+4 < 19 \\
\frac{1}{19} < \frac{1}{x^2+2x+4} < \frac{1}{7} \\
\frac{\epsilon}{19} < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4} < \frac{\epsilon}{7} \\
\end{gather*}
Seja $\delta =\frac{\epsilon}{19}$. Então:
\begin{gather*}
|x-2|<\delta \\
|x-2| < \frac{\epsilon}{19}\\
|x-2| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\\
|x-2|\cdot|x^2+2x+4| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\cdot|x^2+2x+4|\\
\end{gather*}
Assumindo $x$ próximo de $2$, $x^2+2x+4$ é positivo e podemos eliminar o módulo do lado direito da equação.
\begin{gather*}
|x-2|\cdot|x^2+2x+4| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\cdot(x^2+2x+4)\\
|x^3-8| < \epsilon\\
|(x^3-1) - 7| < \epsilon,
\end{gather*}

que é o que desejávamos provar.


944   

Calcule, através da definição de limite, $\displaystyle \lim_{x\to 0} e^{2x}-1 = 0$.



Seja $\epsilon >0$ dado. Queremos $\delta >0$ tal que, quO IMECC é responsável pelos cursando $|x-0|<\delta$, $|f(x)-0|<\epsilon$.
Considerando $|f(x)-0|<\epsilon$, lembrando que o objetivo é afirmar algo sobre $|x-0|$ (i.e., $|x|$):
\begin{gather*}
|f(x) -0 | < \epsilon \\
|e^{2x}-1 |<\epsilon \\
-\epsilon< e^{2x}-1 < \epsilon \\
1-\epsilon< e^{2x} < 1+\epsilon \\
\ln (1-\epsilon) < 2x < \ln (1+\epsilon) \\
\frac{\ln (1-\epsilon)}{2} < x < \frac{\ln (1+\epsilon)}{2} \\
\end{gather*}
Seja $\delta = \min\left\{\left|\frac{\ln(1-\epsilon)}{2}\right|,\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}\right\}=\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}.$
Portanto:
\begin{gather*}
|x| < \delta \\
|x| <\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}<\left|\frac{\ln(1-\epsilon)}{2}\right| \\
\frac{\ln(1-\epsilon)}{2} < x < \frac{\ln(1+\epsilon)}{2}\\
\ln(1-\epsilon)< 2x < \ln(1+\epsilon)\\
1-\epsilon < e^{2x} < 1+\epsilon\\
-\epsilon < e^{2x}-1 < \epsilon\\
|e^{2x}-1-(0)| < \epsilon,
\end{gather*}

que é o que buscávamos provar.


939   

Calcule, pela definição, o limite $ \lim_{x\to 4} x^2+x-5 = 15$



Considere $\epsilon >0$ arbitrário. Queremos encontrar $\delta >0$ tal que quando $|x-4|<\delta$, $|f(x)-15|<\epsilon$.
Considere $|f(x)-15|<\epsilon$, lembrando que o objetivo é afirmar algo sobre $|x-4|$:
\begin{gather*}
|f(x) -15 | < \epsilon \\
|x^2+x-5 -15 |<\epsilon \\
| x^2+x-20 | < \epsilon \\
| x-4 |\cdot|x+5| < \epsilon \\
| x-4 | < \epsilon/|x+5| \\
\end{gather*}
Assumindo $x$ próximo de $4$, podemos assumir, por exemplo, que, $3<x<5$. Portanto
\begin{gather*}
3+5<x+5<5+5 \\
8 < x+5 < 10 \\
\frac{1}{10} < \frac{1}{x+5} < \frac{1}{8} \\
\frac{\epsilon}{10} < \frac{\epsilon}{x+5} < \frac{\epsilon}{8} \\
\end{gather*}
Seja $\delta =\frac{\epsilon}{10}$. Então:
\begin{gather*}
|x-4|<\delta \\
|x-4| < \frac{\epsilon}{10}\\
|x-4| < \frac{\epsilon}{x+5}\\
|x-4|\cdot|x+5| < \frac{\epsilon}{x+5}\cdot|x+5|\\
\end{gather*}
Assumindo $x$ próximo de 4, $x+5$ é positivo e podemos eliminar o módulo do lado direito da equação.
\begin{gather*}
|x-4|\cdot|x+5| < \frac{\epsilon}{x+5}\cdot(x+5)\\
|x^2+x-20| < \epsilon\\
|(x^2+x-5) -15| < \epsilon,
\end{gather*}

que é o que desejávamos provar.


1799   

Um $n$-ágono regular é um polígono de $n$ lados que possui todos os lados iguais e todos os ângulos de mesma medida.

  1. Encontre o perímetro de um $n$-ágono regular inscrito num círculo de raio $r$.
  2. O perímetro do $n$-ágono se aproxima de algum valor quando $n$ cresce?
  3. Deduza a fórmula do comprimento de uma circunferência de raio $r$.



1520   

Sabe-se que $f$ é contínua em $1$ e que $f(1)=2$. Mostre que existe $\delta>0$ tal que para todo $x \in D_f$  vale $1-\delta<x<1+\delta \rightarrow \dfrac{3}{2}<f(x)<\dfrac{5}{2}$.


945   

Mostre, usando a definição de limite, que $\displaystyle \lim_{x\to 5} 3-x = -2$



Seja $\epsilon >0$ dado. Queremos encontrar $\delta >0$ tal que, quando$|x-5|<\delta$, $|f(x)-(-2)|<\epsilon$.
Considerando $|f(x)-(-2)|<\epsilon$:
\begin{gather*}
|f(x) + 2 | < \epsilon \\
|(3-x) + 2 |<\epsilon \\
| 5-x | < \epsilon \\
-\epsilon < 5-x < \epsilon \\
-\epsilon < x-5 < \epsilon. \\
\end{gather*}
Isso implica que podemos estabelecer $\delta =\epsilon$. Portanto:
\begin{gather*}
|x-5|<\delta \\
-\delta < x-5 < \delta\\
-\epsilon < x-5 < \epsilon\\
-\epsilon < (x-3)-2 < \epsilon \\
-\epsilon < (-x+3)-(-2) < \epsilon \\
|3-x - (-2)| < \epsilon,
\end{gather*}

que é o que buscávamos provar.


940   

Calcule, pela definição, o limite $ \lim_{x\to 0} \sin x= 0$ (Dica: use o fato que $|\sin x| \leq |x|$, sendo uma igualdade apenas para $x=0$.)



Considere $\epsilon >0$ arbitrário. Queremos encontrar $\delta >0$ tal que quando $|x-0|<\delta$, $|f(x)-0|<\epsilon$. Em termos simples, queremos mostrar que quando $|x|<\delta$, $|\sin x| < \epsilon$.

Considere $\delta = \epsilon$. Podemos presumir que $|x|<\delta$. Usando a dica do enunciado, temos que $|\sin x | < |x| < \delta = \epsilon$. Portanto, se $|x|<\delta$, sabemos imediatamente que $|\sin x| < \epsilon$.


942   

O que há de errado com a seguinte ``definição'' de limite?

"O limite de $f(x)$, quando $x$ tende a $a$, é $K$'' significa que para qualquer $\delta>0$, existe $\epsilon>0$ tal que $|f(x)-K|< \epsilon$, tem-se $|x-a|<\delta$."



$\epsilon$ deve ser apresentado antes, e a restrição $|x-a|<\delta$ implica em $|f(x)-K|< \epsilon$, e não o contrário.