¿Es legítimo decir que [matemáticas] \ lim_ {x \ a 0} {\ frac {f (x)} {x}} = 1 [/ matemáticas] puede escribirse como [matemáticas] \ lim_ {x \ a 0 } {f (x)} = x [/ matemáticas]? ¿Por qué?

La respuesta de Sridhar Ramesh es bastante completa, pero quería señalar otro detalle. Supongamos que [math] f [/ math] es continua en cero. Para que [math] \ displaystyle \ lim_ {x \ to 0} \ frac {f (x)} x [/ math] exista como un número real, debe ser cierto que [math] f (0) = 0 [/ matemáticas]. (¿Ves por qué?)

Para que podamos escribir

[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {x \ a 0} \ frac {f (x)} x = \ displaystyle \ lim_ {x \ to 0} \ frac {f (0 + x) -f (0)} x [ /matemáticas]

Pero esta expresión es solo la definición de [math] f ‘(0) [/ math]. Entonces vemos que la continuidad de [math] f [/ math] en cero junto con este límite implica que la derivada de [math] f [/ math] existe en cero Y que su valor es cero. Es una cantidad sorprendente aprender sobre una función desde un límite de aspecto poco interesante.

Lamentablemente, esta conclusión confirma lo que otros han discutido con más detalle … [matemática] f (x) [/ matemática] no se comporta como [matemática] x [/ matemática] en la vecindad de cero porque la derivada de [matemática] x [ / math] es siempre uno en lugar de cero.

Con el signo igual no tiene ningún sentido. La [matemática] x [/ matemática] en el lado izquierdo se usa como la variable ficticia en el límite. En el lado derecho [matemáticas] x [/ matemáticas] es una variable libre.

Sin embargo, lo que puede hacer es especificar que las funciones son asintóticas entre sí.

[math] f (x) \ sim x [/ math] como [math] x \ rightarrow 0 [/ math]

Básicamente estoy creando una clase de equivalencia fuera de ese límite. Cerca de cero, estas funciones se comportan de manera similar, y son aún más similares cuanto más cerca estoy de ese punto.

Como ejemplo

[math] \ sin (x) \ sim x [/ math] como [math] x \ rightarrow 0 [/ math]

porque

[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {x \ rightarrow 0} \ frac {\ sin (x)} {x} = 1 [/ matemáticas]

Para otro ejemplo

[math] \ displaystyle \ frac {x ^ 3 + 4} {x ^ 2} \ sim x [/ math] como [math] x \ rightarrow \ infty [/ math]

No está del todo claro lo que está preguntando aquí (por las razones que se explican a continuación), así que tomé un par de posibles interpretaciones y respondí a ellas:

Quizás se pregunte si es una práctica común escribir [matemáticas] \ lim_ {x \ a 0} f (x) = x [/ matemáticas] como abreviatura de [matemáticas] \ lim_ {x \ a 0} \ frac {f (x)} {x} = 1 [/ math], y la respuesta es que no es una práctica común hacer esto; no es estándar y confundirá a las personas sin explicación.

En la notación matemática estándar, su segunda expresión ni siquiera tiene un significado: la [matemática] x [/ matemática] solo tiene un significado como “variable ligada” en el contexto de la [matemática] \ lim_ {x \ a 0 } [/ math], y no tiene ningún significado fuera de como parámetro de entrada para la función cuyo límite se está tomando.

Es como preguntar “¿[matemáticas] \ sum_ {i = 1} ^ {5} i ^ 2 = i [/ matemáticas]?”. En el lado izquierdo, está claro lo que significa [matemáticas] i [/ matemáticas]: es una variable que toma sucesivamente los valores 1, 2, 3, 4, 5, cuyos cuadrados se resumen. Pero en el lado derecho, [math] i [/ math] no tiene valor, y no tiene sentido preguntar si el lado izquierdo coincide con el lado derecho. Es exactamente tan insignificante como preguntar “¿Tiene [matemáticas] 1 ^ 2 + 2 ^ 2 + 3 ^ 2 + 4 ^ 2 + 5 ^ 2 = i [/ matemáticas]?”.

Esto no quiere decir que no pueda tener un significado natural en mente para la segunda expresión; por ejemplo, que el límite de la diferencia de los dos lados debería ser 0, o que el límite de la relación de los dos lados debería ser 1, o alguna otra cosa similar. Podría decirse a usted mismo por la segunda expresión cualquiera de estos que le guste, no sería completamente antinatural hacerlo, pero la gente no escribe de esta manera de manera estándar y se confundirá si les escribe de esta manera. Si de hecho tiene la intención de uno de estos significados, es imposible saber a qué se refiere, sin más aclaraciones. (Hay anotaciones compactas estándar para estas cosas que pueden interesarle; por ejemplo, una tilde sugestiva de similitud a menudo se usa para denotar que dos funciones tienen una relación asintótica de 1 cuando se acerca a algún punto límite)

Lo que me lleva a otra posible interpretación de su pregunta. Quizás en realidad esté preguntando algo como “¿Son las declaraciones [math] \ displaystyle \ lim_ {x \ to 0} \ frac {f (x)} {x} = 1 [/ math] y [math] \ displaystyle \ lim_ { x \ to 0} f (x) – x = 0 [/ math] equivalente? ¿Alguno implica al otro? ”.

Tenemos una implicación de la declaración de división a la declaración de resta aquí: si [math] \ displaystyle \ lim_ {x \ to 0} \ frac {f (x)} {x} = 1 [/ math], entonces [math ] \ displaystyle \ lim_ {x \ to 0} f (x) – x = \ lim_ {x \ to 0} \ left (\ frac {f (x)} {x} – 1 \ right) x [/ math] , que es el límite del producto de dos cantidades que se acercan a 0 y, por lo tanto, se acercan a 0.

Sin embargo, la declaración de resta no implica la declaración de división: si consideramos [math] f (x) = 2x [/ math], por ejemplo, entonces encontramos que [math] \ displaystyle \ lim_ {x \ to 0} 2x – x = \ lim_ {x \ to 0} x = 0 [/ math], pero [math] \ displaystyle \ lim_ {x \ to 0} \ frac {2x} {x} = \ lim_ {x \ to 0} 2 = 2 [/ matemáticas].

Por lo tanto, esta declaración de división y esta declaración de resta no son equivalentes, y generalmente no puedes reescribir una como la otra sin cambiar su significado.

No, no es legítimo decir eso. De hecho, la segunda ecuación ni siquiera tiene sentido.

Cuando escribimos [math] \ lim_ {x \ to 0} f (x) [/ math], la variable “[math] x [/ math]” solo existe “dentro” de la expresión. La expresión nos invita a tomar valores de [matemática] x [/ matemática] que se acercan progresivamente a cero y evaluar la parte principal de la expresión, es decir , [matemática] f (x) [/ matemática], utilizando cada uno de esos valores de [matemática] x [/ matemáticas]. Los resultados de estas evaluaciones ya no contienen una variable “[matemática] x [/ matemática]”, por lo que no tiene sentido decir [matemática] \ lim_ {x \ a 0} f (x) = x [/ matemática ] porque no sabemos lo que se supone que significa “[matemáticas] x [/ matemáticas]” en el lado derecho.


Sin embargo, lo que podemos decir es que [matemáticas] \ boxed {\ textstyle \ lim_ {x \ to 0} f (x) = 0} [/ math]. ¿Quizás eso es lo que querías escribir?

Podemos ver que este es el caso utilizando la ley de productos para los límites: el límite de un producto es el producto de los límites.

[matemáticas] \ begin {align} \ por lo tanto \ lim_ {x \ to 0} f (x) & = \ lim_ {x \ to 0} \ left (\ dfrac {f (x)} {x} \ right) \ big (x \ big) \\ & = \ lim_ {x \ to 0} \ left (\ dfrac {f (x)} {x} \ right) \ times \ lim_ {x \ to 0} \ big (x \ grande) \\ & = 1 \ times 0 = 0 \ \ \ text {QED} \ end {align} [/ math]

Supongo que está llegando a esa conclusión al multiplicar ambas expresiones por x para “mover la x al otro lado”. Pero incluso haciendo esto (que no es matemáticamente sólido), se quedaría con x * 0 en el lado derecho, que es 0, no x.

El límite en su primera ecuación tiene una forma indeterminada y requiere la Regla de L’hospital. Ver la regla de L’Hospital y las formas indeterminadas

Editar: estoy equivocado. Ver las respuestas a esta respuesta en cuanto a por qué.

¡NO!

Obviamente, debe haber estado pensando [matemáticas] \ lim_ {x \ rightarrow 0} \ frac {f (x)} {x} = 1, [/ matemáticas] que sería más preciso de todos modos

No porque x> 0 la función no está definida.