Pentru noțiunea generală de limită, vedeți Limită (matematică).

Lista limitelor matematice este o pagină de referință care reunește unele dintre cele mai importante limite utilizate în analiza matematică. Aceste limite apar în studiul funcțiilor și al șirurilor, precum și în calculul diferențial și integral, având aplicații în teoria continuității, a derivatelor, a dezvoltărilor în serie și a comportării asimptotice a funcțiilor.

Multe dintre limitele prezentate sunt cunoscute sub denumirea de limite fundamentale sau limite remarcabile și constituie instrumente de bază în calculul limitelor. Demonstrațiile și aplicațiile lor utilizează frecvent teorema cleștului (strângerii), echivalențele asimptotice, dezvoltările Taylor și regula lui l'Hôpital.John K. Hunter, Introduction to Analysis, cap. 6 „Limits of Functions”, University of California, Davis, 2014.MIT OpenCourseWare, 18.100A Lecture 8: The Squeeze Theorem and Operations Involving Convergent Sequences, 2020.Tynan Lazarus, L’Hôpital’s Rule and Indeterminate Forms, University of Arizona, 2018.

În analiza reală, limita unei funcții sau a unui șir este instrumentul care permite definirea continuității, derivabilității, integrării și a noțiunilor asimptotice. O funcție care are limită finită într-un punct este, în particular, local mărginită în acel punct. Pentru funcțiile elementare, limitele clasice se obțin adesea prin reducerea la o formă cunoscută, prin factorizare, raționalizare sau printr-o comparație cu funcții de ordin mai mic sau mai mare. Pentru funcțiile derivabile, dezvoltările Taylor oferă cele mai utile formule de echivalență la ordin mic.Math 142, Commonly Used Taylor Series, University of South Carolina, material didactic online.

Limite fundamentale Operații cu infinit și zero

În calculul limitelor se utilizează frecvent reguli privind operațiile cu și . Unele dintre acestea conduc la rezultate determinate, în timp ce altele produc forme de nedeterminare.

În interpretarea limitelor, simbolul

nu reprezintă un număr real, ci arată faptul că valorile funcției cresc fără limită în modul.

Raportul unei constante finite la infinit

Dacă este o constantă finită, atunci

Aceasta exprimă faptul că raportul dintre o valoare finită și o funcție care crește fără limită tinde la zero.

Exemplu.

Cum

raportul tinde la zero deoarece numitorul tinde la infinit.

Exemplu.

Deoarece

numitorul crește fără limită, în timp ce numărătorul rămâne constant. Prin urmare,

de unde rezultă

Mai general, dacă

este mărginită și

atunci

Raportul unei constante nenule la zero

Expresia

nu are sens ca operație în mulțimea numerelor reale, însă în calculul limitelor pot apărea expresii de forma

unde

În acest caz, limita depinde de semnul valorilor luate de funcția din numitor în vecinătatea punctului considerat.

Exemplu.

Cum valorile lui sunt pozitive și foarte apropiate de , raportul crește fără limită (spre infinit).

Exemplu.

Deoarece

valorile lui rămân negative și se apropie de . În consecință,

ia valori din ce în ce mai negative în modul, astfel încât

Exemplu.

Pentru orice

are loc relația

În plus, atunci când

valorile lui

se apropie de , astfel încât

crește fără limită. Prin urmare,

Înmulțirea cu infinit

Dacă

atunci

iar dacă

atunci

Exemplu.

Exemplu.

În ambele cazuri, constanta modifică doar semnul funcției, fără a schimba faptul că limita este infinită.

Suma cu infinit

Adunarea unei constante finite cu o funcție care tinde la infinit nu modifică natura infinită a limitei:

Exemplu.

Pentru valori foarte mari ale lui , termenul constant nu influențează comportamentul funcției.

Exemplu.

La infinit, termenul constant nu influențează termenul dominant al polinomului.

Suma a două funcții care tind la infinit

Dacă două funcții tind simultan la

atunci și suma lor tinde la

Exemplu.

Deoarece ambele funcții tind la , și suma lor va tinde tot la .

Raportul unei funcții care tinde la infinit și al unei constante nenule

Dacă

atunci

Exemplu.

Deoarece

iar împărțirea la constanta pozitivă

nu modifică natura infinită a limitei, rezultă că

Exemplu.

Cum

iar împărțirea la o constantă negativă schimbă semnul expresiei, rezultă că

Puteri și radicali în limite la infinit

Pentru orice

are loc relația

Exemplu.

Deoarece

și funcția radical este crescătoare pe intervalul

rezultă că și

crește fără limită atunci când

Exemplu.

Cum

ridicarea la o putere pozitivă păstrează caracterul infinit al limitei. Prin urmare,

În schimb,

deoarece, dacă o funcție tinde la , atunci și puterile sale pozitive tind la , iar reciproca unei funcții care crește fără limită tinde la .

Exemplu.

Atunci când

valorile lui

devin din ce în ce mai mari. În consecință, raportul

devine din ce în ce mai mic și se apropie de . Prin urmare,

Forme de nedeterminare

Unele combinații cu și nu permit determinarea directă a limitei. Acestea sunt:Robert G. Bartle, Donald R. Sherbert, Introduction to Real Analysis, ed. a 4-a, Wiley, 2011.

Forma

Forma

apare atunci când atât numărătorul, cât și numitorul tind la . În acest caz, valoarea limitei nu poate fi dedusă direct numai din limitele separate ale numărătorului și numitorului.

Exemplu.

Deoarece

rezultă că limita va fi tot

Exemplu.

Pentru

se poate simplifica:

Astfel, limita devine

deoarece

rezultă

Exemplu.

Pentru

numărătorul și numitorul conțin factorul comun

Prin simplificare se obține

Astfel, studiul limitei se reduce la analiza funcției

Dacă

atunci valorile lui

sunt pozitive și foarte apropiate de

iar reciproca lor crește fără limită. Prin urmare,

Dacă

atunci valorile lui

rămân negative și apropiate de

iar reciproca lor scade fără limită. Astfel,

Cele două limite laterale sunt diferite, deci limita bilaterală nu există.

Dacă funcțiile și sunt derivabile într-o vecinătate a punctului considerat, iar

atunci, în anumite condiții, limita raportului poate fi calculată cu regula lui l'Hôpital:

dacă limita raportului derivatelor există sau este infinită.

Exemplu.

Prin substituție directă se obține forma de nedeterminare

Funcțiile

și

sunt derivabile într-o vecinătate a lui

astfel încât se poate aplica regula lui l'Hôpital. Derivata funcției este , iar derivata funcției , este .

Prin urmare,

Cum

rezultă

Forma

Forma

apare atunci când atât numărătorul, cât și numitorul cresc fără limită (tind la infinit).

Exemplu.

Numărătorul și numitorul cresc în același mod atunci când

astfel încât raportul lor rămâne egal cu

Exemplu.

Prin simplificare,

iar

Exemplu.

Pentru

se poate simplifica un factor comun:

Astfel, limita devine

Cum valorile lui

cresc fără limită atunci când

valorile reciprocei

devin din ce în ce mai mici și se apropie de

Prin urmare,

Aceste exemple arată că forma

nu determină singură valoarea limitei.

Forma

Forma

apare atunci când unul dintre factori tinde la , iar celălalt la infinit.

Exemplu.

Produsul se simplifică:

Exemplu.

Se obține

iar

Exemplu.

Atunci când

rezultă că

Se introduce variabila

iar limita devine

Din limita fundamentală

rezultă că

Limitele de acest tip, bazate pe schimbarea de variabilă și pe utilizarea funcțiilor compuse, sunt prezentate și explicate mai detaliat într-o secțiune ulterioară.

Regula lui l'Hôpital se poate aplica și în cazul formelor de nedeterminare de tipul

dacă funcțiile implicate sunt derivabile într-o vecinătate a punctului considerat și dacă limita raportului derivatelor există sau este infinită.

Exemplu

Atât numărătorul, cât și numitorul tind la , astfel încât apare forma de nedeterminare .

Funcția

are derivata

iar funcția

are derivata

Aplicând regula lui l'Hôpital, rezultă

Expresia obținută este din nou de forma

de aceea regula lui l'Hôpital poate fi aplicată încă o dată.

Derivatele sunt:

Prin urmare,

Rezultă astfel că

Forma

Forma

apare atunci când două funcții tind simultan la infinit, însă valoarea limitei diferenței nu poate fi determinată direct.

Exemplu.

Fiecare dintre cele două funcții tinde separat la

însă ele coincid pentru orice valoare a lui . Prin urmare,

pentru orice

astfel încât funcția este nulă, iar limita sa este

Exemplu.

Se poate factoriza:

Atunci când

atât

cât și

cresc fără limită și rămân pozitive pentru valori suficient de mari ale lui

Prin urmare, produsul lor crește fără limită, de unde rezultă

Exemplu.

Prin substituție directă,

astfel încât apare forma de nedeterminare

Pentru eliminarea radicalului se raționalizează expresia:

În numărător se aplică formula de calcul prescurtat

de unde rezultă

Pentru a putea calcula limita la infinit, se împarte numărătorul și numitorul la .

Se obține

Cum

atunci când

rezultă că

Prin urmare,

Astfel,

Forma

Forma

apare atunci când baza tinde la , iar exponentul la infinit.

Exemplu.

Prin substituție directă,

și

astfel încât apare forma de nedeterminare

Se aplică logaritmul natural:

Exponentul poate fi introdus în raport:

Cum

se aplică limita fundamentală

de unde rezultă

Prin urmare,

Aplicând funcția exponențială, se obține

Forma

Forma

apare atunci când baza tinde la , iar exponentul tinde tot la .

Exemplu

Se scrie

Cum

rezultă

Prin urmare,

Forma

Forma

apare atunci când baza unei puteri tinde la infinit, iar exponentul tinde la . În acest caz, limita nu poate fi determinată direct, deoarece aceeași formă poate conduce la rezultate diferite.

Exemplu.

Prin substituție directă,

și

astfel încât apare forma de nedeterminare

Se aplică logaritmul natural:

Astfel, calculul limitei se reduce la studiul expresiei

Cum

atunci când

rezultă că

Aplicând funcția exponențială,

Prin urmare,

Exemplu

Se utilizează proprietățile puterilor:

Rezultă astfel: .

Aceste exemple arată că forma , nu determină singură valoarea limitei.

Aceste forme se numesc nedeterminate deoarece aceeași formă poate corespunde unor limite diferite, astfel încât valoarea limitei nu poate fi dedusă direct numai din forma expresiei.Walter Rudin, Principles of Mathematical Analysis, ed. a 3-a, McGraw-Hill, 1976, cap. 4.

Generalizări ale limitelor fundamentale (limitele remarcabile) Cele mai cunoscute limite fundamentale sunt cele care stau la baza derivării funcțiilor trigonometrice, exponențiale și logaritmice. În forma lor de bază, ele sunt:A. Narayan, Math 1210: Limits for trigonometric functions, University of Utah, Spring 2025.

Primele două limite se obțin, în mod clasic, din teorema cleștelui sau din argumente geometrice asupra sectorului de cerc, iar ultimele două din dezvoltările Taylor sau din regula lui l'Hôpital.A. Narayan, Math 1210: Limits for trigonometric functions, University of Utah, Spring 2025.Gilbert Strang, Calculus, ed. a 3-a, Wellesley-Cambridge Press, 1991, cap. 6 „Exponentials and Logarithms”, MIT OpenCourseWare.

O consecință directă este că, pentru orice constantă reală ,

cu condiția ca expresiile să fie definite în vecinătatea lui . Aceste formule apar în numeroase calcule de ordinul întâi și al doilea.

Exemplu. Să se calculeze . Prin introducerea factorului , se obține , de unde

Exemplu. Pentru , se folosește identitatea . Atunci

iar limita este , deoarece când .

Exemplu. Pentru , dezvoltarea lui dă , de unde

Aceeași limită se poate deduce și din regula lui l'Hôpital aplicată de două ori.

O formă echivalentă foarte utilizată este

În notația clasică a lui Strang, numărul este definit tocmai ca limita , echivalentă cu limita șirului .

Prin ridicare la puterea și aplicarea logaritmului, se obține și generalizarea

ori, mai general,

dacă și , cu ipoteza că pentru suficient de aproape de punctul de acumulare.

Exemplu.

Limitele funcțiilor compuse și celor prin schimbare de variabilă

În calculul limitelor apare frecvent situația în care o funcție este compusă cu alta. Dacă

și funcția este continuă în punctul , atunci

Această proprietate permite calculul multor limite prin trecerea directă la limită în expresie.

Exemplu.

Exemplu.

Exemplu.