Matemática / Cálculo

Aproximarse y acumular son dos formas de entender una curva.

Alterná entre límite e integral: en uno acercás puntos; en el otro llenás el área con rectángulos.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula un límite paso a paso?

Primero probás sustitución directa: reemplazás x por el valor al que tiende. Si te da un número, ese es el límite. Si te da 0/0 o ∞/∞, tenés una indeterminación y pasás a la segunda herramienta: factorizar y simplificar, o aplicar la regla de L'Hôpital. Y si querés estar seguro de que existe, comprobás que los límites por izquierda y por derecha coincidan.

¿Qué es una indeterminación 0/0 y qué significa?

Significa que numerador y denominador se van a cero al mismo tiempo y que la sustitución directa no alcanza para decidir. No quiere decir que el límite no exista ni que valga 0 o 1. En lím (x²−1)/(x−1) cuando x → 1 la sustitución da 0/0, pero factorizando queda (x+1)(x−1)/(x−1) = x+1, así que el límite es 2.

¿Cómo se aplica la regla de L'Hôpital?

Cuando el límite de f(x)/g(x) da 0/0 o ∞/∞, se derivan numerador y denominador por separado y se vuelve a evaluar: lím f/g = lím f′/g′. Ejemplo clásico: lím sen(x)/x cuando x → 0 da 0/0, y derivando queda cos(x)/1, que en 0 vale 1. Cuidado: esto NO es la regla del cociente; nadie deriva la fracción entera.

¿Cómo se calcula un límite cuando x tiende a infinito?

En una función racional se comparan los grados. Si el de arriba es menor, el límite es 0. Si son iguales, es el cociente de los coeficientes principales (en (x²+3x)/(2x²−1) da 1/2). Si el de arriba es mayor, el límite es ±∞. El truco a mano es dividir todo por la mayor potencia de x y ver qué términos se van a cero.

¿Cuándo NO existe un límite?

Cuando los laterales no coinciden. El caso de manual es 1/x en x → 0: por izquierda se va a −∞ y por derecha a +∞, así que el límite bilateral no existe (aunque cada lateral sí exista, como límite infinito). También falla cuando la función oscila sin estabilizarse, como sen(1/x) cerca de 0.

¿Cómo saco el dominio de una función?

Buscás los valores de x que la función no acepta, y son de tres tipos: los que anulan un denominador, los que dejan un radicando negativo en una raíz par y los que hacen que el argumento de un logaritmo sea ≤ 0. El dominio de 1/(x−2) es todos los reales menos 2; el de √x es x ≥ 0. Polinomios y exponenciales aceptan todo.

¿Cómo encuentro las asíntotas de una función racional?

Las verticales están en los ceros del denominador que no anulen también al numerador (si anulan a los dos hay un hueco, no una asíntota). Para el infinito mandan los grados: si el de arriba es menor la asíntota es y = 0; si son iguales es y = cociente de coeficientes principales; y si el de arriba es exactamente uno más, hay una asíntota oblicua que se obtiene dividiendo los polinomios.

¿Cuándo hay asíntota oblicua y cómo se calcula?

Sólo cuando el grado del numerador es exactamente uno mayor que el del denominador. Se hace la división de polinomios y el cociente —una recta y = mx + b— es la asíntota; el resto se va a cero cuando x crece. En (x²−1)/(x−2) la división da x + 2, así que la oblicua es y = x + 2.

¿Qué es la regla de Barrow y cómo se usa?

Es el teorema fundamental del cálculo aplicado: para integrar f entre a y b, se busca una primitiva F (una función cuya derivada sea f), se la evalúa en los dos extremos y se resta: ∫ de a a b = F(b) − F(a). Para ∫x² entre 0 y 3, la primitiva es x³/3, así que da 27/3 − 0 = 9. La constante de integración se cancela sola en la resta.

¿Por qué una integral definida puede dar negativa?

Porque la integral mide área con signo: lo que queda por encima del eje x suma y lo que queda por debajo resta. Por eso ∫x³ entre −2 y 2 da exactamente 0 aunque haya un montón de área de los dos lados: se cancelan. Si lo que querés es el área geométrica, hay que cortar en los ceros e ir sumando valores absolutos.

¿Cómo calculo el área entre dos curvas?

Integrando la diferencia f − g, pero con un paso previo que casi todo el mundo se saltea: hay que encontrar los cruces entre las curvas dentro del intervalo, cortar ahí y sumar el valor absoluto de cada tramo. Entre y = x e y = x³ de −1 a 1 se cruzan en 0; si integrás de una, los tramos se cancelan y te da 0 en lugar de 0,5.

¿Qué diferencia hay entre una integral definida y una indefinida?

La indefinida devuelve una familia de funciones —la primitiva más una constante C— y responde "¿de qué función viene esta derivada?". La definida devuelve un número: el área neta entre dos límites concretos. Están unidas por la regla de Barrow, que usa la primitiva de la indefinida para resolver la definida.

¿Qué es el método de Simpson y por qué aparece acá?

Es una forma numérica de aproximar una integral: en vez de buscar la primitiva, aproxima la curva con arcos de parábola sobre muchos subintervalos y suma. Sirve cuando la primitiva no es elemental —el caso de e^(−x²), por ejemplo— y acá se usa también como control: si Barrow y Simpson dan lo mismo, el resultado es confiable.

Fuentes

Límites, continuidad y regla de L'HôpitalIntegrales definidas, teorema fundamental del cálculo y área entre curvas18.01 Single Variable Calculus — límites, integración y aplicacionesCalculus of One Variable — límites, integrales y cuadratura numéricaQuadrature — fórmulas de Simpson y error del método

Respuesta comprobable

La respuesta, sin vueltas

Primero probás sustitución directa; si te da una indeterminación 0/0 o ∞/∞, aplicás L'Hôpital: derivás numerador y denominador por separado y volvés a evaluar.

Límites e integrales son las dos preguntas que sostienen todo el análisis: a qué valor se arrima una función y cuánto suma debajo de su curva. Empezamos por el límite en un punto —el caso que aparece primero en cualquier cursada— y si lo tuyo es el dominio, las asíntotas, una integral definida o el área entre dos curvas, lo cambiás abajo.

Qué entra

  • Paso 1: sustitución directa. Si da un número, ese es el límite y terminaste
  • Paso 2: si da 0/0 o ∞/∞, es una indeterminación: el límite puede existir igual
  • Paso 3 (L'Hôpital): derivás arriba y abajo por separado —NO es la regla del cociente— y volvés a evaluar
  • Paso 4: los límites laterales. Si el de izquierda y el de derecha no coinciden, el límite NO existe
  • Para x → ∞ escribí "inf" (o "-inf"): se evalúa la función en valores enormes y se compara con los grados

Qué puede cambiarla

  • Que la sustitución directa dé 0/0 no significa que el límite no exista: significa que hay que trabajar más
  • L'Hôpital NO es la derivada del cociente: se derivan numerador y denominador por separado
  • L'Hôpital sólo vale para 0/0 y ∞/∞. Para 0·∞, ∞−∞ o 1^∞ hay que reescribir la expresión primero
  • En x → 0 de 1/x los laterales dan −∞ y +∞: son distintos, así que el límite bilateral no existe

Plazo o próximo paso: chequeo: si el límite existe, los dos laterales del desglose tienen que dar prácticamente el mismo número.

Fuentes principales: Khan Academy (en español) · Paul's Online Math Notes — Lamar University

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