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Introducción a límites

Los límites describen cómo se comporta una función cerca de un punto, en vez de en ese punto. Esta simple pero poderosa idea es la base de todo el cálculo.
Para entender qué son los límites, consideremos un ejemplo. Empezamos con la función f(x)=x+2.
El límite de f en x=3 es el valor al cual se aproxima f a medida que nos acercamos más y más a x=3. Gráficamente, es el valor de y al que tendemos en la gráfica de f al acercarnos más y más al punto de la gráfica donde x=3.
Por ejemplo, si partimos del punto (1,3) y nos movemos en la gráfica hasta estar muy cerca de x=3, entonces nuestro valor y (es decir, el valor de la función) está muy cerca de 5.
Creado con Geogebra.
Similarmente, si empezamos en (5,7) y nos movemos a la izquierda hasta estar muy cerca de x=3, el valor y nuevamente estará muy cerca de 5.
Creado con Geogebra.
Por estas razones, decimos que el límite de f en x=3 es 5.
Tal vez te preguntes cuál es la diferencia entre el límite de f en x=3 y el valor de f en x=3, es decir, f(3).
Y sí, el límite de f(x)=x+2 en x=3 es igual a f(3), pero este no siempre es el caso. Para entender esto, consideremos la función g. Esta función es igual a f, excepto que no está definida para x=3.
Tal como con f, el límite de g en x=3 es 5. Esto se debe a que aún podemos acercarnos mucho a x=3 y los valores de la función se acercarán muchísimo a 5.
Así que el límite de g en x=3 es igual a 5, ¡pero el valor de g en x=3 no está definido! ¡No son lo mismo!
Esa es la belleza de los límites: no dependen del valor real de la función en el límite. Describen cómo se comporta la función al acercarse al límite.
Problema 1
Esta es la gráfica de h.
¿Cuál es una estimación razonable para el límite de h en x=3?
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Tenemos también una notación especial para hablar de límites. Así es como escribimos el límite de f cuando x se acerca (o tiende a) 3:
"El límite de""la función f"limx3f(x)"cuando x tiende a 3."
El símbolo lim significa que tomamos el límite de algo.
La expresión a la derecha de lim es la expresión de la cual tomamos el límite. En nuestro caso, se trata de la función f.
La expresión x3 que aparece debajo de lim significa que tomamos el límite de f a medida que los valores de x se acercan a 3.
Problema 2
Esta es la gráfica de f.
¿Cuál es una estimación razonable para limx6f(x)?
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Problema 3
¿Cuál expresión representa el límite de x2 cuando x tiende a 5?
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En los límites, queremos estar infinitamente cerca.

¿Qué queremos decir con "infinitamente cerca"? Examinemos los valores de f(x)=x+2 a medida que los valores de x se acercan mucho a 3. (Recuerda que al hablar de límites no nos interesa f(3) en sí).
xf(x)
2.94.9
2.994.99
2.999cerca de 34.999cerca de 5
Podemos ver que cuando los valores de x son menores que 3, pero se acercan más y más, los valores de f se acercan más y más a 5.
xf(x)
3.15.1
3.015.01
3.001cerca de 35.001cerca de 5
También vemos que cuando los valores de x son mayores que 3, pero se acercan más y más, los valores de f se acercan más y más a 5.
Observa que con lo que más nos acercamos a 5 es con f(2.999)=4.999 y f(3.001)=5.001, que están a 0.001 unidades de distancia de 5.
Podemos acercarnos más, si así lo deseamos. Por ejemplo, supongamos que queremos estar a 0.00001 unidades de 5; entonces podemos escoger x=3.00001 y en ese caso f(3.00001)=5.00001.
Esto no tiene fin. Siempre podemos acercarnos más a 5. Pero ¡de eso se trata "infinitamente cerca"! Como "infinitamente cerca" no es posible en la realidad, lo que queremos decir con limx3f(x)=5 es que no importa cuánto queramos acercarnos a 5, existe un valor de x muy cercano a 3 que nos llevará ahí.
Si esto te parece difícil de captar, quizá esto te ayude: ¿cómo sabemos que hay un número infinito de números enteros diferentes? No es como si los contáramos todos y llegáramos a infinito. Sabemos que son infinitos porque para cada número entero hay uno que es aún mayor que ese. Siempre hay otro, y otro más.
En límites no queremos llegar a "infinitamente grande", sino ir "infinitamente cerca". Cuando escribimos limx3f(x)=5, queremos decir que siempre podemos estar más y más cerca de 5.
Problema 4
xg(x)
7.16.32
7.016.1
7.0016.03
6.9996.03
6.996.1
6.96.32
¿Cuál es una estimación razonable para limx7g(x)?
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Otro ejemplo: limx2x2

Analizemos limx2x2, que es el límite de la expresión x2 cuando x se acerca a 2.
Podemos ver en la gráfica que cuando nos acercamos al punto donde x=2, los valores de y están más y más cerca de 4.
Creado con Geogebra.
También podemos observar esta tabla de valores:
xx2
1.93.61
1.993.9601
1.999cerca de 23.996001cerca de 4
xx2
2.14.41
2.014.0401
2.001cerca de 24.004001cerca de 4
También podemos ver cómo nos podemos acercar a 4 tanto como queramos. Supongamos que queremos estar a menos de 0.001 unidades de 4. ¿Cuál valor de x cercano a x=2 podemos escoger?
Intentemos x=2.001:
2.0012=4.004001
Este valor está a más de 0.001 unidades de 4. Bueno, intentemos x=2.0001:
2.00012=4.00040001
¡Este valor ya está suficientemente cerca! Al intentar valores de x que están más y más cerca de x=2, podemos acercarnos aún más a 4.
En conclusión, limx2x2=4.

Un límite debe ser el mismo desde ambos lados.

Si regresamos a f(x)=x+2 y limx3f(x), podemos ver cómo se aproxima a 5, ya sea que los valores de x cerzcan hacia 3 (lo que se llama "acercarse por la izquierda"), o bien decrezcan hacia 3 (lo que se llama "acercarse por la derecha").
Ahora considera, por ejemplo, la función h. El valor de y al que nos acercamos, cuando los valores de x tienden a x=3, depende de si hacemos esto desde la izquierda o desde la derecha.
Cuando nos acercamos a x=3 por la izquierda, la función tiende a 4. Al acercarnos a x=3 por la derecha, la función tiende a 6.
Cuando una función no se aproxima al mismo valor por ambos lados, decimos que el límite no existe.
Problema 5
Esta es la gráfica de la función g.
¿Cuáles de estos límites existen?
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