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Calculus · real student question

Calcular el límite de (√(3x - 2) + √(x - 1) - 3) / (x² - 4) cuando x tiende a 2.

Question

Calcular

lim⁡x→23x−2+x−1−3x2−4\lim_{x\to 2}\frac{\sqrt{3x-2}+\sqrt{x-1}-3}{x^2-4}

Step-by-step solution

  1. Primero se sustituye x=2x=2 para identificar la indeterminación. Conviene comprobarlo siempre antes de aplicar cualquier técnica:

    numerador=3(2)−2+2−1−3=4+1−3=2+1−3=0\text{numerador}=\sqrt{3(2)-2}+\sqrt{2-1}-3=\sqrt4+\sqrt1-3=2+1-3=0

    denominador=22−4=0\text{denominador}=2^2-4=0

    Así que la expresión tiene la forma 00\tfrac00. Esto es una buena noticia, no una mala: garantiza que el factor (x−2)(x-2) se esconde tanto en el numerador como en el denominador y puede cancelarse. Observa además que x=2x=2 queda cómodamente dentro del dominio, ya que 3x−2>03x-2>0 y x−1>0x-1>0 cerca de x=2x=2.

  2. Se separa el numerador para que cada raíz pierda su propio valor. La constante −3-3 es exactamente −(2+1)-(2+1), es decir, la suma de los dos radicales evaluados en x=2x=2. Reescribirla así permite tratar cada radical por separado:

    3x−2+x−1−3=(3x−2−2)⏟→ 0+(x−1−1)⏟→ 0\sqrt{3x-2}+\sqrt{x-1}-3=\underbrace{\big(\sqrt{3x-2}-2\big)}_{\to\,0}+\underbrace{\big(\sqrt{x-1}-1\big)}_{\to\,0}

    Este es el movimiento clave. Intentar racionalizar de golpe un numerador de tres términos genera un desastre; separarlo convierte un límite difícil en dos problemas sencillos de conjugados.

  3. Se racionaliza cada trozo con su conjugado. Multiplicar por   +valor  +valor\frac{\sqrt{\;}+\text{valor}}{\sqrt{\;}+\text{valor}} convierte la diferencia de raíces en una diferencia de cuadrados:

    3x−2−2=(3x−2)−43x−2+2=3(x−2)3x−2+2\sqrt{3x-2}-2=\frac{(3x-2)-4}{\sqrt{3x-2}+2}=\frac{3(x-2)}{\sqrt{3x-2}+2}

    x−1−1=(x−1)−1x−1+1=x−2x−1+1\sqrt{x-1}-1=\frac{(x-1)-1}{\sqrt{x-1}+1}=\frac{x-2}{\sqrt{x-1}+1}

    Ahora los dos trozos llevan un factor explícito (x−2)(x-2): justo el factor que también vive en el denominador.

  4. Se cancela el factor común (x−2)(x-2). Se factoriza el denominador como diferencia de cuadrados, x2−4=(x−2)(x+2)x^2-4=(x-2)(x+2), y se combina todo:

    3x−2+x−1−3x2−4=(x−2)[33x−2+2+1x−1+1](x−2)(x+2)\frac{\sqrt{3x-2}+\sqrt{x-1}-3}{x^2-4}=\frac{(x-2)\left[\dfrac{3}{\sqrt{3x-2}+2}+\dfrac{1}{\sqrt{x-1}+1}\right]}{(x-2)(x+2)}

    =1x+2[33x−2+2+1x−1+1]=\frac{1}{x+2}\left[\frac{3}{\sqrt{3x-2}+2}+\frac{1}{\sqrt{x-1}+1}\right]

    Cancelar es legítimo porque al límite solo le importan los valores x≠2x\ne2.

  5. Se sustituye x=2x=2 en la expresión ya simplificada. Ya no queda ninguna indeterminación:

    14[32+2+11+1]=14[34+12]=14⋅54=516\frac{1}{4}\left[\frac{3}{2+2}+\frac{1}{1+1}\right]=\frac14\left[\frac34+\frac12\right]=\frac14\cdot\frac54=\frac{5}{16}

  6. Comprobación con la regla de L'Hôpital. Como la forma era 00\tfrac00, también es válido derivar por separado el numerador y el denominador:

    lim⁡x→2323x−2+12x−12x=34+124=544=516\lim_{x\to2}\frac{\dfrac{3}{2\sqrt{3x-2}}+\dfrac{1}{2\sqrt{x-1}}}{2x}=\frac{\tfrac{3}{4}+\tfrac12}{4}=\frac{\tfrac54}{4}=\frac{5}{16}

    Los dos caminos coinciden. Una comprobación numérica lo confirma: en x=2.00001x=2.00001 el cociente vale 0.3124986…0.3124986\ldots, y 516=0.3125\tfrac{5}{16}=0.3125.

Answer

516\frac{5}{16}

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