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v1 · padrão canônico

Lektion 44 — Einseitige und unendliche Grenzwerte

Limite pela direita e esquerda. Limites infinitos e no infinito. Existência via laterais.

Used in: 2.º ano do EM (16-17 anos) · Equiv. Math II japonês §limites unilaterais · Equiv. Analysis-Vorkurs alemão

limxaf(x)=L    limxa+f(x)=limxaf(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L \iff \lim_{x \to a^+} f(x) = \lim_{x \to a^-} f(x) = L
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Strenge Definitionen

Einseitige Grenzwerte

Existenzsatz über einseitige Grenzwerte

limxaf(x)=L    limxa+f(x)=limxaf(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L \iff \lim_{x \to a^+} f(x) = \lim_{x \to a^-} f(x) = L.

Unendliche Grenzwerte

limxaf(x)=+\lim_{x \to a} f(x) = +\infty: M>0,δ>0:0<xa<δf(x)>M\forall M > 0, \exists \delta > 0 : 0 < |x - a| < \delta \Rightarrow f(x) > M.

Analog für -\infty und einseitige.

Grenzwerte im Unendlichen

limxf(x)=L\lim_{x \to \infty} f(x) = L: \eps>0,N:x>Nf(x)L<\eps\forall \eps > 0, \exists N : x > N \Rightarrow |f(x) - L| < \eps.

limxf(x)=+\lim_{x \to \infty} f(x) = +\infty: M,N:x>Nf(x)>M\forall M, \exists N : x > N \Rightarrow f(x) > M.

Quantorentabelle

TypForm
limxa=L\lim_{x \to a} = L\eps,δ\forall \eps, \exists \delta
limxa+=L\lim_{x \to a^+} = L\eps,δ\forall \eps, \exists \delta, x>ax > a
limxa=\lim_{x \to a} = \inftyM,δ\forall M, \exists \delta
limx=L\lim_{x \to \infty} = L\eps,N\forall \eps, \exists N
limx=\lim_{x \to \infty} = \inftyM,N\forall M, \exists N

Regel für P/QP/Q bei xx \to \infty

degP\deg P vs degQ\deg Qlim\lim
degP>degQ\deg P > \deg Q±\pm\infty
degP=degQ\deg P = \deg QVerhältnis der Leitkoeffizienten
degP<degQ\deg P < \deg Q00

Exercise list

40 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 28Understanding 3Modeling 6Proof 3
  1. Ex. 44.1ApplicationAnswer key
    limx0+1/x\lim_{x \to 0^+} 1/x. (Antw.: ++\infty.)
  2. Ex. 44.2ApplicationAnswer key
    limx01/x\lim_{x \to 0^-} 1/x.
  3. Ex. 44.3ApplicationAnswer key
    limx2+1/(x2)\lim_{x \to 2^+} 1/(x - 2).
  4. Ex. 44.4Application
    limx21/(x2)\lim_{x \to 2^-} 1/(x - 2).
  5. Ex. 44.5ApplicationAnswer key
    limx1/x\lim_{x \to \infty} 1/x.
  6. Ex. 44.6Application
    limx(3x+1)/(x+5)\lim_{x \to \infty} (3x + 1)/(x + 5). (Antw.: 3.)
  7. Ex. 44.7Application
    limx(x2+1)/(x+1)\lim_{x \to \infty} (x^2 + 1)/(x + 1).
  8. Ex. 44.8Application
    limxex\lim_{x \to \infty} e^{-x}.
  9. Ex. 44.9ApplicationAnswer key
    limx(lnx)/x\lim_{x \to \infty} (\ln x)/x.
  10. Ex. 44.10ApplicationAnswer key
    limx0+lnx\lim_{x \to 0^+} \ln x. (Antw.: -\infty.)
  11. Ex. 44.11Application
    limx(π/2)tanx\lim_{x \to (\pi/2)^-} \tan x.
  12. Ex. 44.12ApplicationAnswer key
    limx(π/2)+tanx\lim_{x \to (\pi/2)^+} \tan x.
  13. Ex. 44.13Application
    limx0x/x\lim_{x \to 0} |x|/x — einseitig und beidseitig.
  14. Ex. 44.14Application
    limx1x\lim_{x \to 1} \lfloor x \rfloor — einseitig.
  15. Ex. 44.15Application
    limxx2+3x\lim_{x \to \infty} \sqrt{x^2 + 3} - x.
  16. Ex. 44.16Application
    limxx2+3+x\lim_{x \to -\infty} \sqrt{x^2 + 3} + x. (Antw.: 0.)
  17. Ex. 44.17Application
    limx(x43x2)/(2x4+1)\lim_{x \to \infty} (x^4 - 3x^2)/(2x^4 + 1). (Antw.: 1/21/2.)
  18. Ex. 44.18Application
    limxarctanx\lim_{x \to \infty} \arctan x. (Antw.: π/2\pi/2.)
  19. Ex. 44.19Application
    limxarctanx\lim_{x \to -\infty} \arctan x.
  20. Ex. 44.20ApplicationAnswer key
    limx0+xlnx\lim_{x \to 0^+} x \ln x. (Antw.: 0.)
  21. Ex. 44.21Application
    f(x)={x+1x<0x2+1x0f(x) = \begin{cases} x + 1 & x < 0 \\ x^2 + 1 & x \geq 0 \end{cases}. Existiert limx0\lim_{x \to 0}?
  22. Ex. 44.22Application
    f(x)={2xx1x+1x>1f(x) = \begin{cases} 2x & x \leq 1 \\ x + 1 & x > 1 \end{cases}. limx1\lim_{x \to 1}? (Antw.: 2.)
  23. Ex. 44.23ApplicationAnswer key
    f(x)={sinx/xx00x=0f(x) = \begin{cases} \sin x / x & x \neq 0 \\ 0 & x = 0 \end{cases}. limx0=?\lim_{x \to 0} = ?
  24. Ex. 44.24Application
    Bestimme aa, sodass f(x)={axx<1x2x1f(x) = \begin{cases} ax & x < 1 \\ x^2 & x \geq 1 \end{cases} einen Grenzwert in x=1x = 1 hat.
  25. Ex. 44.25Application
    Existiert limx0sin(1/x)\lim_{x \to 0} \sin(1/x)? Begründe.
  26. Ex. 44.26Application
    f(x)=e1/xf(x) = e^{1/x}. Berechne limx0+\lim_{x \to 0^+} und limx0\lim_{x \to 0^-}.
  27. Ex. 44.27Application
    limx0+e1/x\lim_{x \to 0^+} e^{-1/x} und limx0e1/x\lim_{x \to 0^-} e^{-1/x}.
  28. Ex. 44.28Application
    ff hat limxa+=L1\lim_{x \to a^+} = L_1 und limxa=L2\lim_{x \to a^-} = L_2 mit L1L2L_1 \neq L_2. Existiert der beidseitige? (Antw.: Nein.)
  29. Ex. 44.29Modeling
    In der Schwingungsmechanik: gedämpfte Schwingung A(t)=A0eγtcos(ωt)A(t) = A_0 e^{-\gamma t} \cos(\omega t). limtA(t)=?\lim_{t \to \infty} A(t) = ?
  30. Ex. 44.30Modeling
    In der Pharmakokinetik: C(t)=C0ektC(t) = C_0 e^{-kt}. limtC(t)=0\lim_{t \to \infty} C(t) = 0 — interpretieren.
  31. Ex. 44.31Modeling
    Beim Kondensator: V(t)=V(1et/RC)V(t) = V_\infty (1 - e^{-t/RC}). limtV(t)=V\lim_{t \to \infty} V(t) = V_\infty.
  32. Ex. 44.32Modeling
    In der Ökonomie: C(q)/qcC(q)/q \to c (Durchschnittskosten → Grenzkosten). Modelliere limq\lim_{q \to \infty}.
  33. Ex. 44.33Modeling
    Antwort eines Systems mit Übertragungsfunktion H(s)=K/(s+1)H(s) = K/(s+1). DC-Verstärkung =lims0H(s)=K= \lim_{s \to 0} H(s) = K.
  34. Ex. 44.34Modeling
    Boltzmann-Verteilung: p(E)eE/kTp(E) \propto e^{-E/kT}. limEp=0\lim_{E \to \infty} p = 0, limT0+\lim_{T \to 0^+} konzentriert sich in EminE_{\min}.
  35. Ex. 44.35Understanding
    Zeige: Wenn limxa+=limxa=L\lim_{x \to a^+} = \lim_{x \to a^-} = L, dann limxa=L\lim_{x \to a} = L.
  36. Ex. 44.36Understanding
    Konstruiere ff mit limx0+=1\lim_{x \to 0^+} = 1 und limx0=1\lim_{x \to 0^-} = -1.
  37. Ex. 44.37Understanding
    Zeige, dass limxP(x)/Q(x)\lim_{x \to \infty} P(x)/Q(x) von den führenden Graden abhängt (3 Fälle).
  38. Ex. 44.38ProofAnswer key
    Beweise limxP(x)/Q(x)=0\lim_{x \to \infty} P(x)/Q(x) = 0 falls degP<degQ\deg P < \deg Q.
  39. Ex. 44.39Proof
    Beweise limx0+1/x=+\lim_{x \to 0^+} 1/x = +\infty via ε-M.
  40. Ex. 44.40Proof
    Beweise limxarctanx=π/2\lim_{x \to \infty} \arctan x = \pi/2.

Quellen

Updated on 2026-04-30 · Author(s): Clube da Matemática

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