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conceptos:limites [2025/08/06 11:52] – creado modulusconceptos:limites [2025/09/01 10:27] (actual) modulus
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 ====== Límites: ====== ====== Límites: ======
 +
 +===== Motivación: =====
  
 Los límites son una herramienta matemática que nos permite determinar el comportamiento de secuencias ilimitadas y de funciones al acercarse a un punto determinado. Los límites son una herramienta matemática que nos permite determinar el comportamiento de secuencias ilimitadas y de funciones al acercarse a un punto determinado.
 +
 +A menudo se explican de manera informal antes de aprender cálculo diferencial (derivadas), pero una fundación cuidada y de principios del análisis típico debería contar con una buena comprensión de los límites.
 +
 +===== Recordatorios: =====
 +
 +En caso de duda, consulta la [[#notacion|guía de notación]].
 +
 +Una secuencia a_n es una serie ordenada de valores dependientes de n. Por ejemplo:
 +
 +a_n = n
 +
 +produce los siguientes valores: 1, 2, 3, 4, 5...
 +
 +a_n = 2n
 +
 +produce los siguientes valores: 2, 4, 6, 8, 10...
 +
 +a_n = 1/n
 +
 +produce los siguientes valores: 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5...
 +
 +===== Definiciones: =====
 +
 +==== Límite de una secuencia ====
 +
 +Los dos casos principales de límites son los de convergencia (una secuencia a_n se acerca indefinidamente a un límite determinado) y divergencia (en que la secuencia a_n crece indefinidamente hacia un valor infinito, positivo o negativo).
 +
 +Convergencia:
 +
 +En palabras:
 +
 +Una secuencia a_n converge hacia un límite L sólo si, para todo épsilon mayor que cero, existe un número natural N tal que el valor absoluto de la diferencia entre todo n mayor o igual que N y el límite L sea inferior a épsilon.
 +
 +Nota: préstese especial atención al hecho de que una n es mayúscula, y representa una variable libre dentro de los números naturales, y otra n es minúscula, y representa el valor de la secuencia a_n.
 +
 +Simbòlicamente:
 +
 +lim(a_n) = L <-> pt eps: eps > 0, exi N:nat, tq n: n >= N -> |n-L| < eps
 +
 +Explicación intuitiva:
 +
 +Dada la secuencia a_n, podemos escoger cualquier valor para épsilon, por pequeño que sea, siempre que sea mayor de cero, y encontrar un número natural después del cual todos los valores de la secuencia se mantienen a una distancia del límite inferior a épsilon.
 +
 +Ejemplos:
 +
 +a_n = 1/n
 +
 +Decimos que esta secuencia converge a 0.
 +
 +Sea un épsilon dado. (No nos importa cual.)
 +
 +Debemos demostrar que para ese épsilon siempre hay un número natural N, tal que todos los valores de a_n donde n es igual o superior a N tienen una diferencia con el límite (0) inferior a épsilon.
 +
 +Para ello, utilizamos la siguiente desigualdad:
 +
 +%%|%%a_n - L%%|%% < eps
 +
 +Sustituimos a_n por su valor:
 +
 +%%|%%1/n - L%%|%% < eps
 +
 +Sustituimos L por su valor, 0:
 +
 +%%|%%1/n - 0%%|%% < eps
 +
 +Simplificamos, restar 0 se puede eliminar, porque x-0=x para todo x:
 +
 +%%|%%1/n%%|%% < eps
 +
 +Multiplicamos ambos lados por %%|%%n%%|%%. Motivación: estamos intentando encontrar un valor para n, que nos asegure que la secuencia a partir de tal punto sea inferior a épsilon, y no es conveniente tener n en el denominador.
 +
 +%%|%%n%%|%%*%%|%%1/n%%|%% < %%|%%n%%|%%*eps
 +
 +Simplificamos, ya que el valor absoluto del producto de dos factores es igual al producto de los valores absolutos de cada factor.
 +
 +%%|%%n*1/n%%|%% < eps*%%|%%n%%|%%
 +
 +Simplificamos la parte izquierda:
 +
 +n*1/n = 1
 +
 +%%|%%1%%|%% < eps * %%|%%n%%|%%
 +
 +Podemos eliminar el valor absoluto de 1 y n, ya que el valor absoluto de 1 es constante, y es 1, y n es siempre un número natural positivo, ya que ha de ser igual o mayor que N, por lo que su valor absoluto es igual a si misma:
 +
 +1 < eps * n
 +
 +Despejamos n, moviendo eps de lado (formalmente, dividiendo ambos lados entre eps):
 +
 +1/eps < n
 +
 +Ahora podemos dar la vuelta a la desigualdad:
 +
 +n > 1/eps
 +
 +Interpretación: para la sucesión a_n = 1/n, cualquiera que sea el épsilon que escojamos, debemos encontrar un n para el que el valor de la sucesión siempre sea menor que 1/eps. Ya que hemos derivado esta desigualdad de la definición de límite, nos sirve para acotar el valor de n.
 +
 +Escocgemos un valor para N: (1/eps)+1. Motivación: escogemos el número natural inmediatamente superior a 1/eps, que siempre será mayor que 1/eps.
 +
 +Dado N = (1/eps)+1 sabemos que para todo n igual o superior a N, 1/n > 1/eps+1, y por tanto, |1/n-0| < eps.
 +
 +Por consiguiente, para todo épsilon existen un valor de N (1/eps+1) tal que todo n igual o mayor que N, al restarle el límite 0 y obtener el valor absoluto, resulte inferior a eps.
 +
 +Esta es la dfinición de convergencia a un límite, por lo tanto podemos afirmar que 1/n converge al límite 0.
 +
 +QED.
 +
 +==== Notación: ====
 +
 +  * a_n: secuencia a dependiente de n. En tinta, n se representa como un superíndice de a.
 +  * del: letra griega delta. Representa un incremento.
 +  * eps: letra griega épsilon. Representa una cantidad arbitrariamente pequeña.
 +  * lim(expr) : var -> val: Límite de la expresión expr, cuando la variable var tiende al valor val. Puede omitirse la variable y el valor cuando no son relevantes.
 +  * inf: infinito. Puede ir acompañado de un signo + o - para indicar si es positivo o negativo.
 +  * <->: si y sólo si.
 +  * %%|%%expr%%|%%: valor absoluto de la expresión. Significa su valor presciendiendo de su signo.
 +  * techo(n): función que tiene por dominio los números reales y por rango los naturales. El resultado de techo(n) es el número natural más cercano, igual o mayor que n.
 +  * pt var:expr: para toda variable var delimitada por la expresión expr. Por ejemplo pt N:nat quiere decir para todo N que sea número natural.
 +  * exi var:expr: existe una variable var con valor delimitado por la expresión expr.
 +  * tq expr: tal que se cumple la expresión expr.
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