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Limiti: a quale valore si avvicina una funzione

Un limite ci dice a quale numero si avvicina f(x) quando x si avvicina a un punto. Camminiamo verso il punto da sinistra e da destra. Se da entrambe le parti arriviamo allo stesso numero, quel numero è il limite. Imparerai i limiti di funzioni polinomiali, razionali, goniometriche, esponenziali e logaritmiche, con i risultati notevoli da conoscere.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Cammina verso x = 2 sulla curva y = (x² − 4)/(x − 2). In x = 2 c'è un buco, ma da entrambe le parti f(x) si avvicina a 4. Quindi il limite è 4.
  2. Il limite sinistro e il limite destro devono coincidere. Il grafico rosso arriva a 1 da sinistra e a 3 da destra, quindi non c'è limite. Per un polinomio come x² + 1 basta sostituire il valore.
  3. Una funzione razionale può dare 0/0 quando sostituisci il valore. Scomponi, semplifica il fattore comune, poi sostituisci. Da qui viene anche la regola (xⁿ − aⁿ)/(x − a) → n·aⁿ⁻¹.
  4. Limite goniometrico: per x piccolo (in radianti), sin x è quasi uguale a x. Quindi sin x / x si avvicina a 1.
  5. Esponenziale e logaritmo: (eˣ − 1)/x → 1 e ln(1 + x)/x → 1 per x → 0. Entrambe le curve arrivano allo stesso buco in (0, 1).
  6. Gioco libero: scegli una funzione, rendi piccola la distanza h e leggi i valori da entrambi i lati.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Se f(2) non è definita, come può il limite in 2 essere 4?

Il limite chiede solo verso quale valore va f(x) quando x si avvicina a 2. Nel 3D entrambi i punti camminano verso il buco all'altezza 4. Il buco in sé non conta.

Quando un limite non esiste?

Quando il lato sinistro va verso un numero e il lato destro verso un altro. Il grafico rosso con il salto va a 1 da sinistra e a 3 da destra, quindi non c'è limite.

0/0 è uguale a 0 o a 1?

Nessuno dei due. 0/0 significa «non ancora deciso». Scomponi e semplifica, come mostra il 3D per (x³ − 1)/(x − 1), e ottieni una vera risposta, 3.

Perché sin x / x tende a 1?

Per x piccolo in radianti, sin x e x sono quasi uguali. Nel 3D la curva blu del seno aderisce alla retta grigia y = x vicino a 0, e il rapporto viola sale verso 1.

Perché (eˣ − 1)/x vale 1 vicino a 0?

Vicino a 0, eˣ è quasi 1 + x. Quindi eˣ − 1 è quasi x e il rapporto è quasi 1. Il display del 3D mostra 1.0517, 1.005, 1.00005.

Posso sostituire un numero piccolissimo invece di calcolare il limite?

Aiuta a intuire il risultato, ma non è una dimostrazione. Provalo nel gioco libero: i numeri si avvicinano soltanto. Con l'algebra o con un limite notevole si ottiene il valore esatto.

Cos'è un limite? (l'idea intuitiva)

Immagina un punto che si muove lungo un grafico. Avviciniamo x sempre di più a un numero a e osserviamo l'altezza f(x).

Se f(x) si avvicina sempre di più a un solo numero L, scriviamo lim(x→a) f(x) = L. Si legge «il limite di f(x) per x che tende ad a è L».

Attenzione: il limite non si occupa del valore in a. La funzione può anche avere un buco proprio lì. Conta solo cosa succede vicino ad a.

Limite sinistro e limite destro

Se arriviamo da numeri più piccoli (come 1,9 e 1,99) otteniamo il limite sinistro, scritto x → a⁻. Se arriviamo da numeri più grandi (2,1 e 2,01) otteniamo il limite destro, x → a⁺.

Il limite esiste solo se i due valori sono uguali. Se il grafico fa un salto, i due lati sono diversi e quindi non c'è limite.

Le regole (algebra) dei limiti

Se lim f(x) e lim g(x) esistono entrambi per x → a, allora:

Con queste regole spezziamo un limite difficile in tanti pezzi facili.

Limiti delle funzioni polinomiali

Un polinomio non ha buchi né salti. Quindi il suo limite è semplicemente il suo valore.

Esempio: lim(x→2) (3x² − x + 1) = 3(4) − 2 + 1 = 11.

Limiti delle funzioni razionali

Una funzione razionale è un polinomio diviso per un altro polinomio, p(x)/q(x).

Un risultato molto utile

lim(x→a) (xⁿ − aⁿ)/(x − a) = n·aⁿ⁻¹. Per esempio lim(x→2) (x⁵ − 32)/(x − 2) = 5 × 2⁴ = 80.

Limiti delle funzioni goniometriche

sin x e cos x sono continue e regolari, quindi lim(x→a) sin x = sin a e lim(x→a) cos x = cos a.

Due risultati notevoli (x in radianti):

Perché il primo è vero? Su una circonferenza di raggio 1, per un angolo x piccolo, l'arco (lungo x) e la metà della corda (lunga sin x) sono quasi uguali. Un ragionamento «del confronto» con le aree lo dimostra: cos x ≤ sin x / x ≤ 1, ed entrambi gli estremi tendono a 1.

Trucco: fai in modo che l'angolo e il denominatore siano uguali. lim sin 5x / x = 5 × lim (sin 5x)/(5x) = 5.

Limiti delle funzioni esponenziali e logaritmiche

eˣ e ln x sono regolari dove sono definite, quindi per loro possiamo sostituire il valore (per ln x serve x > 0).

Due risultati notevoli:

Anche qui fai combaciare l'espressione dentro con il denominatore: lim (e³ˣ − 1)/x = 3 × lim (e³ˣ − 1)/(3x) = 3.

Dai limiti alle derivate

Per trovare la pendenza di una curva in un punto servirebbe un intervallo uguale a zero, ma per zero non si può dividere. Allora prendiamo un piccolo intervallo h e lo facciamo tendere a 0 (h → 0). Questo limite è la derivata. La studierai nella prossima lezione.

Provaci tu

Usa una calcolatrice in modalità radianti. Calcola sin(0,1)/0,1, sin(0,01)/0,01 e sin(0,001)/0,001. Prevedi verso quale valore vanno i risultati. Poi apri il gioco libero in 3D, scegli sin x / x e rendi h piccolissimo per controllare.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Calcola lim(x→3) (x² + 2x − 1).

È un polinomio, quindi sostituisci x = 3: 9 + 6 − 1 = 14.

2. Calcola lim(x→2) (x² − 4)/(x − 2).

Sostituendo x = 2 si ottiene 0/0. Scomponi: (x − 2)(x + 2)/(x − 2). Semplifica (x − 2): resta x + 2. Ora sostituisci x = 2: risultato 4.

3. f(x) = x + 1 per x < 1 e f(x) = 3x per x ≥ 1. Esiste lim(x→1) f(x)?

Limite sinistro: 1 + 1 = 2. Limite destro: 3 × 1 = 3. Non sono uguali, quindi il limite non esiste.

4. Calcola lim(x→1) (x¹⁰ − 1)/(x − 1).

Usa (xⁿ − aⁿ)/(x − a) → n·aⁿ⁻¹ con n = 10 e a = 1: 10 × 1⁹ = 10.

5. Calcola lim(x→0) sin 4x / sin 2x.

Scrivilo come [sin 4x/(4x)] × 4x ÷ ([sin 2x/(2x)] × 2x). Entrambe le parentesi → 1. Quindi il risultato è 4x/2x = 2.

6. Calcola lim(x→0) (e²ˣ − 1)/x.

Moltiplica e dividi per 2: 2 × (e²ˣ − 1)/(2x). La frazione → 1, quindi il risultato è 2.

7. Calcola lim(x→0) ln(1 + 3x)/x.

Scrivilo come 3 × ln(1 + 3x)/(3x). La frazione → 1 perché 3x → 0. Risultato: 3.

8. Calcola lim(x→0) (1 − cos 2x)/x².

1 − cos 2x = 2 sin²x. Quindi il limite è 2 × (sin x / x)² → 2 × 1 = 2.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. lim(x→2) (x² − 4)/(x − 2) =
2. lim(x→0) sin x / x (x in radianti) =
3. Un limite esiste in x = a quando:
4. lim(x→0) (eˣ − 1)/x =
5. lim(x→2) (x³ − 8)/(x − 2) =

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Cosa si studia in Limiti e Derivate (Classe 11)?

L'idea intuitiva di limite, i limiti di funzioni polinomiali, razionali, goniometriche, esponenziali e logaritmiche, la derivata come pendenza e velocità di variazione, e le derivate di somma, differenza, prodotto e quoziente.

Quali sono le formule di limite più importanti?

(xⁿ − aⁿ)/(x − a) → n·aⁿ⁻¹, sin x/x → 1, (1 − cos x)/x → 0, (eˣ − 1)/x → 1 e ln(1 + x)/x → 1.

Qual è la differenza tra un limite e il valore di una funzione?

Il valore f(a) è l'altezza esattamente in a. Il limite è l'altezza verso cui va il grafico vicino ad a. Possono essere diversi, oppure il valore può non esistere affatto.

Dove si studia

Canada (Ontario)Grade 12A. Rate of Change
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Relations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Relations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Relations and functions
NetherlandsVWO 5Functions, graphs and equations (part 2)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IISequences
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IVOptimisation and calculus
RomaniaClasa a XI-aElements of mathematical analysis
RomaniaClasa a XI-aElements of mathematical analysis
Spain1º BachilleratoMeasurement Sense
Spain1º BachilleratoMeasurement Sense
Ukraine10 класAlgebra: limit and continuity of a function (18 h)
Ukraine10 класAlgebra: limits, continuity and derivative (54 h)
CBSE (India)Class 11Calculus
CBSE (India)Class 11Calculus
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Limits and Continuity
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Contextual Applications of Differentiation
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Limits and Continuity
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Contextual Applications of Differentiation
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Sequences, series and limits
Japan高校(専門学科)1〜3年Advanced Mathematics II
Japan高校3年Limits
South Korea고등학교 2학년Limits and continuity
South Korea고등학교 3학년Differentiation techniques
South Korea고등학교 3학년Limits and continuity
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 11Rational functions: limits and asymptotes
FranceTerminaleAnalysis
Russia10 классElements of calculus
Russia11 классElements of calculus

Da studiare prima

Da studiare dopo

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