Soluciones de límites de funciones y continuidad en PAU CyL
1.- b) Calcular
0
cos (2 ) e sen ( )
lim
xx
x x
x x
. (1 punto) (PAU junio 2011)
Solución 5
2
. Nota:
ˆ L'Hopital
0 0
1 1 0 0 0 1 1 0
cos (2 ) e 2sen (2 ) e 1
=
0 0 0 0 0
sen ( ) sen ( ) cos ( )
lim
xlim
xx x
x x x
x x x x x
ˆ L'Hopital
0 0
4 1 5 4cos (2 ) e 4cos (2 ) e
=
2 0 2 cos ( ) cos ( ) sen ( ) 2cos ( ) sen ( )
lim
xlim
xx x
x x
x x x x x x x
2.- a) Hallar el valor de los parámetros reales a y b para los que la función:
2
2
sen ( )
si 0 ( )
si 0 x a x
x
f x x
x b x
es continua en . (1,5 puntos) (PAU junio 2011)
Solución 1 , 0
a b . Nota: f x( ) tiene que ser continua en
0
0
lim
( ) (0) xx f x f
2
2
0 0
ˆ L'Hopital
como existe el límite 1 0 1 2
0 0 0
ˆ L'Hopital
0 0
(0) 0
( ) ( )
sen ( ) 0 cos ( ) 1
( ) =
0 2 0
cos ( ) 1 0 =
2 0
lim
lim
lim
lim
lim
lim
lim
x x
a a
x x x
x x
f b b
f x x b b
x a x x a a
f x
x x
x x
0 0 0
sen( ) 0 0
2 2
Luego
lim
( )lim
( )lim
( ) 0x x x
x
f x f x f x b
3.- a) Estudiar la continuidad de la función ( )f x x 1 en el intervalo
2, 2
. (0,5 puntos)(PAU septiembre 2011) Solución
La función es continua en 2, 2 . Nota: Se escribe la función a trozos ( ) ( 1) si 1 0
( 1) si 1 0
x x
f x
x x
1 si -2 1 ( )
1 si 1 2
x x
f x
x x
. La función f es continua en
2,1
1, 2
por coincidir en cada uno de esos intervalos con funciones polinómicas, que son continuas siempre y, en particular en dichos intervalos.1 1
1
1 1
1 1 1
(1) 1 1 0
lim ( ) lim (1 ) 0
( ) (1) ( ) es continua lim ( ) lim ( 1) 0
Luego lim ( ) lim ( ) lim ( ) 0
lim
x x
x
x x
x x x
f
f x x
f x f f x
f x x
f x f x f x
en x1
Luego f x( ) es continua en
2, 2
.4.- a) Si el término independiente de un polinomio p x( ) es 5 y el valor que toma p x( ) para x3 es 7 , ¿se puede asegurar que p(x) toma el valor 2 en algún punto del intervalo
0,3 ? Razonar la respuesta y enunciar los resultados teóricos que se utilicen. (1,5 puntos) (PAU junio 2010G)Solución
Sí se puede asegurar que existe al menos un punto c(0,3) tal que ( )p c 2 . Nota: Utilizando el teorema de los valores intermedios o propiedad de Darboux, consecuencia del teorema de Bolzano, que asegura que si una función f es continua en un intervalo cerrado
a b, alcanza todos los valores comprendidos entre f a( ) y f b( ). En nuestro caso:
La función ( ) es continua en 0,3 , por ser polinómica ( ) toma, al menos una vez, todos los valores intermedios entre (0) 5 y (3) 7. Como 2 ( 5,7) entonces (0,3) tal que ( ) 2.
p x p x
p p c p c
5.- Hallar el valor de a para que se verifique que
5 2 3
2 0
2
2 1 sen ( )
lim
lim
x
x x
x a x x
x x
. (2,5 puntos) (PAU junio 2010G)
Solución 1
a . Nota: Calculamos ambos límites y ponemos la condición de igualdad.
2 2 2 15 lim ( 5) 1 lim ( 5)
2 1 2 1
( 1) 5 5 1
lim
2 1 2
2
1 e e
2 1
e e .
lim
x xx
x a x a x
x x x
x x
x
a x a a
x x a
x
ˆ ˆ
L'Hopital L'Hopital
2 3 2
2
0 0
2 2
0 0
0 2 3 0
= =
0 2sen( ) cos(x) 0 sen ( )
2 6 2 6 2
1 2 cos( ) cos(x) + 2sen( ) ( sen( )) 2 cos ( ) 2sen ( ) 2
lim
lim
lim
lim
x x
x x
x x x x
x x
x x
x x x x x
1
1 a
a
6.- Sean ( ) 2
x x
f x y
2
3 si 0 ( )
si 0
x x
g x
x x
. Hallar g f x
( )
. (1 punto) (PAU septiembre 2010E)Solución
3 si 0( )
0 si 0
x x
g f x
x
. Nota: Ponemos f x( ) a trozos y luego hallamos la función compuesta g f
( )
si 0 2
( ) 2
si 0 2
x x
x x x
f x
x x
x
( ) si 0 0 si 0 2
x x
x x f x
x
Si 0 ( ) ( ) 3 Si 0 ( ) (0) 3 0 0
x g f x g x x
x g f x g
3 si 0 ( )
0 si 0
x x
g f x
x
7.- Calcular el límite
sen( )
0
ln 2 e 1
lim
x x
x
. (1 punto) (PAU septiembre 2009)
Solución
ln 2 . Nota:
sen( ) L'Hopitalˆ
0 0 0
ln 2 sen( ) ln 2 0 cos( ) ln 2
= ln 2
0
e 1 e 1 e
lim
lim
lim
x
x x x
x x x
x x
8.- Probar que la ecuación x2009 ex 2 0 tiene alguna solución. (1 punto) (PAU septiembre 2009) Solución
La función f x( )x2009ex 2 es continua en
2, 1
, por ser suma de funciones continuas x . Además2009 2
2009 1
( 2) ( 2) e 2 0
1 1
( 1) ( 1) e 2 1 2 1 0
e e
f f
sign ( 2)f sign ( 1)f
9.- Calcular
2
3 2
0
sen (2 )
lim
x
x x x
. (1 punto) (PAU junio 2008)
Solución 4 . Nota:
ˆ
2 L'Hopital
3 2 2 2
0 0 0
sen (2 ) 0 2 sen(2 ) cos(2 ) 2 4 sen(2 ) cos(2 ) =
0 3 2 3 2
lim
lim
lim
x x x
x x x x x
x x x x x x
ˆ L'Hopital
2
0 0 0
2 sen(4 ) 0 2 cos(4 ) 4 8 cos(4 ) 8 1 8
= 4
0 6 2 6 2 0 2 2
3 2
lim
lim
lim
x x x
x x x
x x
x x
10.- Dada
2
2
sen ( )
si 0 ( )
2 si 0 x
x
f x x
x x x
, se pide:
a) Estudiar la continuidad de la función f x( ). (1 punto) (PAU junio 2008) Solución
( ) es continua xf x . Nota: La función f es continua en (, 0)por ser igual a una polinómica, continua x y en particular en (, 0). La función f es continua en (0,) por ser igual a
2
sen (x ) x , que es un cociente de funciones continuas x y en particular en (0,), no anulándose el divisor. Veamos si f es continua en x0.
2
2
0 0
ˆ L'Hopital
2 2
0
0 0 0
0 0 0
(0) 0 0 0
lim ( ) lim ( 2 ) 0
( ) (
sen ( ) 0 cos( ) 2
lim ( ) lim = lim 0
0 1
Luego lim ( ) lim ( ) lim ( ) 0
lim
x x
x
x x x
x x x
f
f x x x
f x f
x x x
f x
x
f x f x f x
0)f x( ) continua en x0
Luego f x( ) es continua x .
11.- Demostrar que la ecuación x3 x 5 0 tiene al menos una solución en el intervalo (1, 2). (1 punto) (PAU junio 2008)
Solución
La función f x( )x3 x 5 es continua en
1, 2 , por ser polinómica, continua x . Además3
3
(1) 1 1 5 1 1 5 5 0 (2) 2 2 5 8 2 5 1 0 f
f
sign (1)f sign (2)f
12.- Estudiar la continuidad en de la función 1 cos
si 0 ( )
0 si 0 x
x
f x x
x
. (1 punto) (PAU septiembre 2008) Solución
( ) es continua xf x . Nota: La función f es continua para x0, es decir, en (, 0)(0,) por ser igual a 1 cos x
x
, continua x 0, ya que es un cociente de funciones continuas x , no anulándose el divisor. Veamos si f es continua en x0, comprobando si
0
( ) (0)
lim
x
f x f
:
ˆ L'Hopital
0 0
0 = 0 0
0 0 1
(0) 0
( ) es continua en 0 sen
( )
1 1 cos
lim lim
lim
x
x x
f
f x x
x
f x x
x
Por tanto f x( ) es continua x . 13.- Sea f x( ) 2 x lnx con x(0, ).
b) Probar que existe un punto
2
1 , 1 e c
tal que f c( )0. (1 punto) (PAU septiembre 2008)
Solución
La función f x( ) 2 x lnx es continua en
2
1 , 1 e
, por ser una suma de funciones continuas x 0.
Además 2 2 2 2 2
1 1 1 1 1
2 ln 2 ln1 2 ln e 0
e e e e e
(1) 2 1 ln1 1 0 f
f
2
1
sign sign (1) e
f f
Al cumplirse las dos hipótesis del teorema de Bolzano
2
1
, 2 tal que ( ) 0 2 ln 0 e
c f c c c
.
14.- Calcular los valores del número real a tal que
2 0
e 1
8
lim
a x x
a x x
. (1 punto) (PAU septiembre 2008)
Solución
4
a . Nota: Se calcula el límite en función de a y se iguala a 8.
ˆ ˆ
L'Hopital L'Hopital
2
0 0 0
2 2 2
2
0 0
1 1 1 0 0 0 0
= =
0 0 0
0 1
8 16 16 4
2 2
e e e
2 2
e e
2 2
lim
lim
lim
lim
lim
a x a x a x
x x x
a x a x
x x
a x a a a
a a a
a a
a
x x
x
a a
15.- Calcular
0
1 1
ln(1 )
lim
x x x
. (1 punto) (PAU junio 2007)
Solución
1
2 . Nota: La indeterminación
se transforma en 0 0
para poder aplicar L´Hôpital.
L'Hopitalˆ0 0
ln (1 )
1 1 0
=
ln (1 ) ln (1 ) 0
lim
lim
x x
x x
x x x x
0 0 0
ˆ L'Hopital
0 0
1 1 1
1 1
0
1 1
1 (1 ) ln (1 ) (1 ) ln (1 ) 0
1 ln (1 ) 1
1 1
1 1 1 1
=
1 ln (1 ) 2 0 2 2
1 ln (1 ) (1 ) 1 1 1
lim
lim
lim
lim
lim
x x x
x x
x
x
x x
x x x x x x
x x
x x
x
x x
x
16.- Demostrar que las curvas f x( )senx y g x( ) 1 x
se cortan en algún punto del intervalo 2π , 5π 2
.
(1 punto) (PAU junio 2007) Solución
Sea la función h x( ) f x( ) g x( ) senx 1 x
, que es continua en 2π , 5π 2
, por ser una diferencia de
funciones continuas x 0, y, en particular en ese intervalo.
Además
1 1 1
(2π) sen 2π 0 0
2π 2π 2π
5π 5π 1 2
sen 1 0
5π
2 2 5π
2 h
h
sign (2π) sign 5π 2
h h
Al cumplirse las dos hipótesis del teorema de Bolzano está garantizada su tesis: 5π
2π , tal que ( ) 0 ( ) ( ) 0 ( ) ( ) 2
c h c f c g c f c g c
. Luego existe un punto de abscisa
5π 2π ,
2 c
en el que las gráficas de f x( ) y g x( ) se cortan.
17.- Sea la función f x( ) x ex.
b) Demostrar que existe algún número real c tal que cec 4. (1 punto) (PAU junio 2007) Solución
Sea la función ( )g x f x( ) 4 x ex 4, que es continua en
3 4 , por ser una suma de funciones , continuas x y, en particular en ese intervalo.Además
3
3
4
4
1
(3) 3 e 4 1 0
e 1
(4) 4 e 4 0
e g
f
sign (3)g sign (4)g
Al cumplirse las dos hipótesis del teorema de Bolzano está garantizada su tesis: ,
(3 4) tal que ( ) 0 e c 4 0 e c 4
c g c c c
.
Nota: Puede también demostrarse aplicando la propiedad de Darboux a f x( ) en el intervalo
0 , 5 .
18.- Hallar a y b para que la función
ln si 0 ( ) si 0
sen ( π )
si 0
a x x x
f x b x
x
x x
sea continua en todo . (1 punto)
(PAU junio 2007) Solución
π
a b . Nota: Si f x( )es continua en todo también lo será en el punto
0
0
lim
( ) (0) xx f x f
:
ˆ L'Hopital0 0 0
ˆ L'Hopital
0 0 0
1
lim = lim ( )
1
0 2 0
(0)
sen ( π ) 0 cos ( π ) π 1 π
lim ( ) lim = lim π
0 1 1
ln
lim ( ) lim ( ln ) 0 lim =
1
x x x
x x x
x a x
x x
x
f b
x x
f x
x
x
f x a x x a a a
x
a a
0 0 0
Como (0) lim ( ) lim ( ) lim ( ) π
x x x
f f x f x f x a b
19.- Discutir si la ecuación xsen x2 tiene alguna solución real. (1 punto) (PAU septiembre 2007) Solución
Sea la función ( )f x x sen x2, que es continua en
0, π , por ser suma de funciones continuas x y, en particular, en dicho intervalo.Además (0) 0 sen 0 2 2 0
(π) π sen π 2 π 0 2 π 2 0 f
f
sign (0)f sign (π)f
Al cumplirse las dos hipótesis del teorema de Bolzano c (0, π) tal que ( )f c 0 c senc 2 0. Luego hay, al menos, una solución c de la ecuación xsen x2 en (0, π).
20.- Calcular, si existe, el valor de
2
2 0
(e e )
lim
x x
x x
. (1 punto) (PAU septiembre 2007) Solución
4 . Nota: Aplicamos la regla de L’Hôpital dos veces:
ˆ
2 L'Hopital 2 2
2
0 0 0
ˆ 2 2
L'Hopital
2 2
0 0
(e e ) 0 2 (e e ) (e + e ) (e e )
=
0 2
0 (2e 2e )
= (2e 2e ) 2 2 4
0 1
lim
lim
lim
lim
lim
x x x x x x x x
x x x
x x
x x
x x
x x
x
21.- Calcúlese el valor de
2 0
ln(cos(2 ))
lim
x
x x
. (1 punto) (PAU junio 2006) Solución
2
. Nota:
ˆ L'Hopital
2
0 0 0
1
( sen (2 )) 2
ln(cos (2 )) 0 cos (2 ) sen (2 ) 0
=
0 2 cos(2 ) 0
lim
lim
lim
x x x
x
x x x
x x x
x
0 0
ˆ
L'Hopital cos (2 ) 2 2cos (2 ) 2
= 2
1 cos (2 ) 2 sen (2 ) cos (2 ) 2 sen (2 ) 1
lim lim
x x
x x
x x x x x x
22.- Determínense los valores de a y b para los que
2
2 0
1 cos( ) 1 s en( )
lim
xax bx x
x
. (1 punto) (PAU junio 2006) Solución
1
, 0 2
a b . Nota:
0 0
ˆ L'Hopital 2
2 2
2 sen ( ) 1 cos( ) 0
=
0 0
s en( ) 2 cos ( )
lim lim
x x
ax b x
ax bx x b
x x x
0
ˆ L'Hopital como existe el límite 0
2 2
2 cos ( ) 0
=
0 xlim 2 cos ( ) 2 sen (x ) 2
b a x
x x x
23.- b) Pruébese que la ecuación 3xex tiene alguna solución en (,1
. (1 punto) (PAU septiembre 2006) SoluciónSea la función ( )f x 3xex, que es continua en
0,1 , por ser diferencia de funciones continuas x y, en particular, en dicho intervalo. Además
0
1
(0) 3 0 e 1 0 (1) 3 1 e 3 e 0 f
f
sign (0)f sign (1)f
Al cumplirse las dos hipótesis del teorema de Bolzano c (0,1) tal que ( )f c 0 3cec 0. Luego hay, al menos, una solución c de la ecuación 3cec en (0,1).
24.- Calcúlese
2 0
ln(cos( )) 1 cos( )
lim
x
x x
x
. (1 punto) (PAU septiembre 2006) Solución
1
. Nota:
ˆ L'Hopital
2
0 0
1
( sen( )) sen( ) ln(cos( )) 1 cos( ) 0 cos( )
=
0 2
lim
lim
x x
x x
x x x
x x
ˆ
L'Hopital 2
0 0
1
cos( )
tg( ) sen( ) 0 cos ( ) 1 1 2
= 1
2 0 2 2 2
lim
lim
x x
x
x x x
x
25.- ¿Existen máximo y mínimo absolutos de la función f x( )cos( ) 1x en el intervalo
0, π ? Justifíquese su existencia y calcúlense. (1 punto) (PAU septiembre 2006)Solución
Sí existen Máximo Absoluto en x0, de valor 2, y Mínimo Absoluto en xπ, de valor 0
Nota: El teorema de Weierstrass garantiza que toda función continua en un intervalo cerrado alcanza el máximo absoluto y el mínimo absoluto en dicho intervalo. Como f x( )cos( ) 1x es continua x , por ser suma de funciones continuas x , en particular es continua en
0, π , por lo que aplicando el referido teorema alcanza el máximo absoluto y el mínimo absoluto en dicho intervalo.
( ) cos( ) 1 1 1 (0) 2 ( ) (0) , 0 , π máx. abs. en 0, de valor 2 ( ) cos( ) 1 1 1 (π) 0 ( ) ( ) , 0 , π mín. abs. en π, de valor 0
f x x f f x f x x
f x x f f x f x x
Gráficamente se ve que el máximo absoluto se alcanza en x0, de valor f(0)2, y el mínimo absoluto en xπ, de valor f(π)0.
26.- Calcúlese ln( ) e
lim
x x
x x
. (1 punto) (PAU junio 2005)
Solución
0 .
ˆ ˆ
L'Hopital ln( ) 1 L'Hopital 1
ln( ) ln( ) 1 0
= = 0
e e e e
im lim lim lim
l
x x x x
x x x x
x x
x x x x x
27.- Estúdiese, según los valores de los números reales y , la continuidad de la función f definida por
1/ si 0
( ) 1 e
si 0 x
x
x f x
x
. (1 punto) (PAU junio 2005) Solución
Si 0 la función ( ) es continua xf x . Para 0 ò 0 ( ) no es continua en f x x0 Nota: f x( ) es continua en (, 0)(0, ), independientemente de los valores que tomen y , por coincidir en esos abiertos con la función
1/
1 e x x
, continua x 0. Estudiemos la continuidad en 0:
1/
0 0
1/
0 0
(0)
0 lim ( ) lim
1 0 1 e 1 e
0
lim ( ) lim 0
1 1 e 1 e
x
x x
x
x x
f
x f x
x f x
Si 0
0
( ) (0)
lim
x
f x f
f x( ) es continua en x0. En tal caso f x( ) es continua x . Si 0 o 0 f x( ) es continua x
0 .28.- Calcúlense los valores de 0 para los que
2
2 0
sen( )
1 cos ( ) 1
lim
x
x x
. (1 punto) (PAU septiembre 2005)
Solución 1
. Nota: Se calcula el límite y se pone la condición de que vale 1.
ˆ ˆ
L'Hopital L'Hopital
2 2 2
2
0 0 0
2 2 2 2
0 0
sen( ) 0 cos( ) 2 2 cos( ) 0
= =
0 2 cos( ) ( sen( )) sen(2 ) 0
cos ( ) 1
2 cos( ) 2 ( sen(x )) 2 2 cos( ) 4 sen( cos (2 ) 2
lim
lim
lim
lim
lim
x x x
x x
x x x x x
x x x
x
x x x x x
x
2
2 2 2 2
x ) 2 1 4 0 0 2 1 2 cos (2x) 2 1 2
Entonces: 2
2
1
1 1 1
.
29.- Calcúlese
0
ln( ) sen( )
lim
x
x x
. (1 punto) (PAU septiembre 2005)
Solución 0 . Nota: No existe
0
ln( ) sen( )
lim
x
x x
porque no existe 0
ln( )sen( )
lim
x
x x
. Hallamos 0
lim
x
L'Hopitalˆ0 0 0 2
1 ln( )
ln( )sen( ) 0 =
1 1 cos(x)
sen( ) sen ( )
lim
lim
lim
x x x
x x
x x
x x
ˆ L'Hopital 2
30.- Demuéstrese que las gráficas de las funciones ( )f x ex y
x x
g( ) 1 se cortan en un punto x > 0. (1 punto) (PAU junio 2004)
Solución
Sea la función h x( ) f x( ) g x( ) ex 1 x
, que es continua en 1 , 1 2
, por ser una diferencia de
funciones continuas x 0, y, en particular en ese intervalo.
Además
1
1 1 2 1
e e 2 0
1 2
2 1
(1) e e 1 0 1
h
h
sign 1 sign (1) 2
h h
Al cumplirse las dos hipótesis del teorema de Bolzano está garantizada su tesis: 1
, 1 tal que ( ) 0 ( ) ( ) 0 ( ) ( ) 2
c h c f c g c f c g c
. Luego existe un punto de abscisa
1 , 1 2 c
en el que las gráficas de ( )f x y ( )g x se cortan.
31.- Calcúlese
0
1 1 sen
lim
x x x
. (1 punto) (PAU junio 2004)
Solución
0 . Nota:
ˆ L'Hopital
0 0 0
sen cos 1
1 1 0
=
sen sen 0 1 sen cos
lim
lim
lim
x x x
x x x
x x x x x x x
ˆ L'Hopital
0 0
0 0
cos 1 0 sen
=
sen cos 0 cos (1 cos ( sen x))
sen sen 0 0
0. cos (cos sen ) 2 cos sen 2 1 0 0 2
lim
lim
lim
lim
x x
x x
x x
x x x x x x
x x
x x x x x x x
32.- Calcúlese el valor de
π 2
tg(2 ) tg(6 )
lim
x
x x
. (1 punto) (PAU septiembre 2004)
Solución
1 .
3 Nota:
2 2
ˆ L'Hopital
2 2
π π
2 2 2
1 (2 ) 2 1 (π) 2
tg(2 ) 0 (1 0) 2 2 1
=
tg(6 ) 0 1 (6 ) 6 1 (π) 6 (1 0) 6 6 3
lim
lim
lim
x x x
tg x tg
x
x tg x tg
33.- Determínese el valor del parámetro a para que se verifique
lim
2 1 2 xx ax x
. (1 punto)
(PAU septiembre 2004) Solución
4
a . Nota: Se calcula el límite y se pone la condición de que vale 2
2 2
2
2
:
2 2
2 2
2
1 1
1
1
1
1 1
1
1 1
1 1
0
2 4 .
1 1 2 1 0 0 1
lim
lim
lim
lim
lim
x x
x
x x x
x a x x x a x x x a x x
x a x x a
x a x x a x x
a
x a x x x a x x x
x
a a a
a