Cálculo Diferencial · 1.º ano (indicativo)

Como calcular limites com a regra de L'Hôpital?

  • 7 min de leitura
  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

Quando um limite de um quociente f(x)/g(x) dá a forma indeterminada 0/0 ou ∞/∞, e as funções são deriváveis, derive o numerador e o denominador em separado e calcule o limite de f'(x)/g'(x). Se esse limite existir (finito ou infinito), é também o valor do limite original.

Quando se aplica

A regra de L'Hôpital serve para levantar indeterminações. Só pode ser usada se todas as condições seguintes se verificarem:

  • O limite é de um quociente f(x)/g(x), quando x → a (a pode ser um número, +∞ ou −∞, ou um limite lateral).
  • Ao substituir, obtém-se 0/0 ou ±∞/±∞.
  • f e g são deriváveis numa vizinhança de a (exceto, possivelmente, em a) e g'(x) ≠ 0 nessa vizinhança.
  • O limite de f'(x)/g'(x) existe (finito ou infinito).

Regra de L'Hôpital

lim f(x)/g(x) = lim f'(x)/g'(x) (quando o primeiro dá 0/0 ou ∞/∞)

Pré-requisitos

Precisa de saber calcular limites por substituição, reconhecer as formas indeterminadas e conhecer as derivadas básicas (polinómios, ex, ln x, sen x, cos x) e as regras de derivação.

Outras indeterminações

As formas 0·∞, ∞ − ∞, 1∞, 00 e ∞0 não são quocientes. Primeiro transformam-se em 0/0 ou ∞/∞ (por exemplo, escrevendo um produto como quociente, ou aplicando logaritmos a uma potência) e só depois se aplica a regra.

Método passo a passo

  1. Substitua x pelo valor a e escreva a forma obtida. Se o resultado for um número, o limite acabou: não use L'Hôpital.
  2. Confirme que a forma é 0/0 ou ∞/∞. Se for outra indeterminação, transforme-a primeiro.
  3. Derive o numerador e o denominador separadamente (não é a derivada do quociente!).
  4. Calcule o novo limite de f'(x)/g'(x).
  5. Se voltar a dar 0/0 ou ∞/∞, repita o processo.
  6. Simplifique sempre que possível antes de derivar outra vez: pode poupar passos.
  7. Escreva o resultado e verifique com outro método (fatorização, valores numéricos próximos de a).

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Uma só aplicação

Enunciado: Calcule o limite de (x2 − 4)/(x − 2) quando x → 2.

Resolução:

  1. Substituindo x = 2: (4 − 4)/(2 − 2) = 0/0. Indeterminação.
  2. Derivando: numerador (x2 − 4)' = 2x; denominador (x − 2)' = 1.
  3. O limite fica lim 2x/1 = 2 × 2 = 4.

Resposta: 4. Verificação: x2 − 4 = (x − 2)(x + 2); simplificando, o limite de x + 2 é 4.

Exemplo 2 — Aplicar a regra duas vezes

Enunciado: Calcule o limite de (ex − 1 − x)/x2 quando x → 0.

Resolução:

  1. Em x = 0: (1 − 1 − 0)/0 = 0/0.
  2. Primeira aplicação: (ex − 1)/(2x). Em x = 0 volta a dar 0/0.
  3. Segunda aplicação: ex/2. Em x = 0 dá 1/2.

Resposta: 1/2. Verificação: para x = 0,01, e0,01 ≈ 1,010050, logo (1,010050 − 1 − 0,01)/0,0001 ≈ 0,50; está próximo de 1/2.

Exemplo 3 — Forma ∞/∞

Enunciado: Calcule o limite de (ln x)/x quando x → +∞.

Resolução:

  1. Quando x → +∞, ln x → +∞ e x → +∞: forma ∞/∞.
  2. Derivando: (1/x)/1 = 1/x.
  3. Quando x → +∞, 1/x → 0.

Resposta: 0. Verificação: para x = 1 000, ln x ≈ 6,9 e o quociente ≈ 0,007; vai diminuindo, o que confirma o resultado. O logaritmo cresce mais devagar do que x.

Exemplo 4 — Nível de exame: produto 0·∞

Enunciado: Calcule o limite de x · ln x quando x → 0+.

Resolução:

  1. Em x → 0+: x → 0 e ln x → −∞. É a forma 0·∞.
  2. Escreva como quociente: x · ln x = (ln x)/(1/x). Agora a forma é −∞/+∞.
  3. Derive: numerador 1/x; denominador (1/x)' = −1/x2.
  4. O quociente é (1/x) ÷ (−1/x2) = −x.
  5. Quando x → 0+, −x → 0.

Resposta: 0. Verificação: para x = 0,001, x ln x ≈ 0,001 × (−6,9) ≈ −0,007, um valor muito pequeno.

Erros frequentes

  • Aplicar a regra sem indeterminação. Exemplo: o limite de (1 + x)/(2 + x) quando x → 0 é 1/2 (substituição direta). Derivar daria 1/1 = 1, que está errado. Substitua sempre primeiro.
  • Derivar o quociente como um todo (regra do quociente). Na regra de L'Hôpital derivam-se numerador e denominador separadamente.
  • Aplicar a produtos ou diferenças (0·∞, ∞ − ∞) sem os converter em quociente.
  • Ignorar a condição de existência do limite de f'/g'. O limite de (x + sen x)/x quando x → +∞ é 1, mas f'/g' = 1 + cos x não tem limite; a regra não pode ser usada aqui.
  • Continuar a derivar quando já não há indeterminação: se a substituição já dá um número, pare.
  • Erros de derivação (esquecer a regra da cadeia, por exemplo em e2x). Revise cada derivada.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Calcule o limite de (x2 − 9)/(x − 3) quando x → 3.

Ver solução

Em x = 3 dá 0/0. Derivando: 2x/1 = 6 em x = 3. Resultado: 6. (Confirmação: x2 − 9 = (x − 3)(x + 3), e 3 + 3 = 6.)

2Exercício 2

Calcule o limite de (e2x − 1)/(sen x) quando x → 0.

Ver dica

Derive e2x com a regra da cadeia.

Ver solução

Em x = 0 dá 0/0. Derivando: (2e2x)/(cos x). Em x = 0: 2 × 1/1 = 2.

3Exercício 3

Calcule o limite de x2/ex quando x → +∞.

Ver solução

Forma ∞/∞. Derivando: 2x/ex, ainda ∞/∞. Derivando outra vez: 2/ex, que tende para 0. A exponencial cresce mais depressa do que qualquer polinómio.

4Exercício 4

Calcule o limite de (1 − cos x)/x2 quando x → 0.

Ver solução

Em x = 0 dá 0/0. Derivando: (sen x)/(2x), ainda 0/0. Derivando outra vez: (cos x)/2, que em x = 0 vale 1/2.

5Exercício 5

Calcule o limite de xx quando x → 0+.

Ver dica

Seja L = xx. Calcule primeiro o limite de ln L = x ln x (Exemplo 4).

Ver solução

ln(xx) = x ln x, cujo limite quando x → 0+ é 0 (Exemplo 4). Logo xx = e(x ln x) → e0 = 1.

Perguntas frequentes

Quando se usa a regra de L'Hôpital?

Quando o limite de um quociente conduz a 0/0 ou ∞/∞ e não se consegue levantar a indeterminação por fatorização, racionalização ou limites notáveis. Para polinómios, fatorizar costuma ser mais rápido.

Existe um método mais rápido?

Em limites com funções racionais, fatorize e simplifique. Em limites com seno ou exponencial perto de 0, os limites notáveis (sen x/x → 1; (ex − 1)/x → 1) resolvem muitos casos sem derivar. Em x → ∞, compare as ordens de crescimento.

Posso aplicar a regra mais do que uma vez?

Sim, desde que, em cada passo, o novo quociente volte a ser 0/0 ou ∞/∞. Pare quando a substituição der um valor determinado.

E se o limite de f'/g' não existir?

Então a regra não permite concluir nada. O limite original pode existir ou não; é preciso usar outro método.

Resumo

  • A regra de L'Hôpital só se usa em 0/0 ou ∞/∞; substitua sempre primeiro.
  • Derivam-se numerador e denominador em separado.
  • Pode repetir-se enquanto a indeterminação persistir.
  • 0·∞, ∞ − ∞ e potências indeterminadas convertem-se antes em quociente (ou com logaritmos).
  • Se o limite de f'/g' não existir, a regra não é aplicável.
  • Confirme o resultado por outro método ou com valores numéricos.

Onde aprofundar

  • O manual de Matemática/Cálculo do seu curso e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
  • James Stewart, Cálculo (capítulo sobre formas indeterminadas e regra de L'Hôpital).
  • OpenStax, Calculus (volume 1), gratuito e em inglês, com muitos exercícios.

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