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Introdução aos limites

Limites descrevem como uma função se comporta perto de um ponto, e não naquele ponto. Essa ideia simples, porém poderosa, é a base de todo o cálculo.
Para entender o que são limites, vamos examinar um exemplo. Começamos com a função f(x)=x+2.
O limite de f em x=3 é o valor do qual f se aproxima conforme nos aproximamos cada vez mais de x=3. Graficamente, este é o valor de y do qual nos aproximamos quando olhamos para o gráfico de f e nos aproximamos cada vez mais do ponto do gráfico em que x=3.
Por exemplo, se começarmos no ponto (1,3) e nos movermos no gráfico até chegarmos realmente perto de x=3, então nosso valor de y (isto é, o valor da função) se aproximará muito de 5.
Criado com Geogebra.
Da mesma forma, se começarmos em (5,7) e nos movermos para a esquerda até chegarmos realmente perto de x=3, o valor de y será, novamente, muito próximo de 5.
Criado com Geogebra.
Por essas razões, dizemos que o limite de f em x=3 é 5.
Vocês podem estar se perguntando qual é a diferença entre o limite de f em x=3 e o valor de f em x=3, ou seja, f(3).
O limite de f(x)=x+2 em x=3 é igual a f(3), mas nem sempre será assim. Para entender isso, vamos examinar a função g. Esta função é igual a f em todos os sentidos, exceto pelo fato de ser indefinida em x=3.
Assim como f, o limite de g em x=3 é 5. Isso porque ainda podemos chegar bem perto de x=3 e os valores da função chegarão bem perto de 5.
Então, o limite de g em x=3 é igual a 5, mas o valor de g em x=3 é indefinido! Eles não são iguais!
Essa é a beleza dos limites: eles não dependem do valor real da função no limite. Eles descrevem como a função se comporta quando se aproxima do limite.
Problema 1
Este é o gráfico de h.
Qual seria uma estimativa razoável para o limite de h em x=3?
Escolha 1 resposta:

Também temos uma notação especial quando falamos de limites. Escrevemos o limite de f conforme x se aproxima de 3 assim:
"O limite de"" a função f"limx3f(x)" conforme x se aproxima de 3."
O símbolo lim significa que estamos calculando um limite de algo.
A expressão à direita de lim é a expressão da qual estamos calculando o limite. Neste caso, é a função f.
A expressão x3, que fica abaixo de lim, significa que estamos calculando o limite de f conforme os valores de x se aproximam de 3.
Problema 2
Este é o gráfico de f
Qual seria uma estimativa razoável para limx6f(x) ?
Escolha 1 resposta:

Problema 3
Qual expressão representa o limite de x2 conforme x se aproxima de 5?
Escolha 1 resposta:

Em limites, queremos chegar infinitamente perto.

O que queremos dizer quando falamos "infinitamente perto"? Vamos examinar os valores de f(x)=x+2 conforme os valores de x chegam muito perto de 3 (lembre-se de que, como estamos lidando com limites, não estamos preocupados com o valor de f(3) em si).
xf(x)
2,94,9
2,994,99
2,999próximo de 34,999próximo de 5
Podemos ver como, quando os valores de x são menores que 3, mas se aproximam cada vez mais dele, os valores de f se aproximam cada vez mais de 5.
xf(x)
3,15,1
3,015,01
3,001próximo de 35,001próximo de 5
Também podemos ver como, quando os valores de x são maiores que 3, mas se aproximam cada vez mais dele, os valores de f se aproximam cada vez mais de 5.
Observe que o mais próximo que chegamos de 5 foi com f(2,999)=4,999 e f(3,001)=5,001, que estão a 0,001 unidade de distância de 5.
Podemos nos aproximar ainda mais se quisermos. Por exemplo, suponha que queiramos estar a 0,00001 unidade de distância de 5; para isso, escolheríamos x=3,00001 e, então, f(3,00001)=5,00001.
Isto é interminável. Sempre podemos nos aproximar mais de 5. E é isso exatamente o que significa "infinitamente perto" ! Como é impossível estar "infinitamente perto" na vida real, o que queremos dizer com limx3f(x)=5 é que não importa o quão perto queiramos estar de 5, haverá um valor de x bem próximo de 3 que nos aproximará dele.
Se você acha isso difícil de entender, talvez isso o ajude: como sabemos que existem infinitos números inteiros diferentes? Não é que tenhamos contado todos eles e chegado ao infinito. Sabemos que eles são infinitos porque para qualquer número inteiro existe outro número inteiro maior que ele. Haverá sempre outro, e outro.
Em limites, não queremos ficar infinitamente grande, mas infinitamente próximos. Quando dizemos que limx3f(x)=5, queremos dizer que sempre poderemos chegar cada vez mais perto de 5.
Problema 4
xg(x)
7,16,32
7,016,1
7,0016,03
6,9996,03
6,996,1
6,96,32
Qual seria uma estimativa razoável para limx7g(x)?
Escolha 1 resposta:

Outro exemplo: limx2x2

Vamos analisar limx2x2, que é o limite da expressão x2 quando x se aproxima de 2.
Podemos ver como, quando nos aproximamos do ponto em que x=2 no gráfico, os valores de y se aproximam cada vez mais de 4.
Criado com Geogebra.
Também podemos olhar uma tabela de valores:
xx2
1,93,61
1,993,9601
1,999próximo de 23,996001próximo de 4
xx2
2,14,41
2,014,0401
2,001próximo de 24,004001próximo de 4
Além disso, podemos ver como podemos chegar tão próximos quanto quisermos de 4. Suponha que queiramos estar a menos de 0,001 unidade de distância de 4. Qual valor de x próximo de x=2 podemos escolher?
Vamos tentar x=2,001:
2,0012=4,004001
Isso é mais do que 0,001 unidade de distância de 4. Então vamos tentar x=2,0001:
2,00012=4,00040001
Este valor é perto o suficiente! Ao tentarmos valores de x cada vez mais próximos de x=2, podemos chegar ainda mais perto de 4.
Conclusão: limx2x2=4.

Um limite deve ser igual dos dois lados.

Voltando a f(x)=x+2 e limx3f(x), podemos ver como nos aproximamos de 5 quando os valores de x aumentam em direção a 3 (isso se chama "aproximação pela esquerda") ou quando eles diminuem em direção a 3 (isso se chama "aproximação pela direita").
Agora veja, por exemplo, a função h. O valor de y dos quais nos aproximamos conforme os valores de x se aproximam de x=3 depende de fazermos isso pela esquerda ou pela direita.
Quando nos aproximamos de x=3 pela esquerda, a função se aproxima de 4. Quando nos aproximamos de x=3 pela direita, a função se aproxima de 6.
Quando um limite não se aproxima do mesmo valor pelos dois lados, dizemos que o limite não existe.
Problema 5
Este é o gráfico da função g.
Qual dos limites existe?
Escolha todas as respostas aplicáveis:

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