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Page 1 LIMIT OF EXPONENTIAL FUNCTIONS x 0 Lim ? x 1 a x ? = ln a (a > 0). In particular x 0 Lim ? x 1 e x ? = 1 Ex.25 Evaluate 0 h Lim ? h x ) h x ( x h x ? ? ? (x > 0). Sol. 0 h Lim ? h e e x n x ) h x ( n h x ? ? ? ? ? = 0 h Lim ? x n x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? h 1 e x n x ) h x ( n h x ? ? = x x s s 0 h 0 x h n (x h) x nx e 1 Lim . Lim s h ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x 0 h Lim ? h nx x x h 1 n nx h x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x x/h h 0 h 0 ( x h x) (x h) h Lim nx Lim n 1 h x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? x 1 x 2 x n ? Ex.26 Evaluate 0 x Lim ? x sin x x 2 e e x x ? ? ? ? . Sol. Let L = 0 x Lim ? 3 3 x x x x sin x . x x 2 e e ? ? ? ? Now ? 1 = 0 x Lim ? 3 x x sin x ? = 1 6 ( use x = 3 t ) ? 2 = 0 x Lim ? 3 x x x x 2 e e ? ? ? put x = 3 y = 0 y Limit ? 3 y 3 y 3 y 27 y 6 e e ? ? ? = L i m i t y ? 0 3 y y 3 y y y 27 y 6 e e 3 e e ) ( ) ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 8 3 y 2 0 y 9 1 ) y 2 ( 1 e 27 8 Limit ) ( ? ? 2 = 9 27 8 2 ? ? ? ? 2 = 3 1 Hence L = 2 1 ? ? = 2 Page 2 LIMIT OF EXPONENTIAL FUNCTIONS x 0 Lim ? x 1 a x ? = ln a (a > 0). In particular x 0 Lim ? x 1 e x ? = 1 Ex.25 Evaluate 0 h Lim ? h x ) h x ( x h x ? ? ? (x > 0). Sol. 0 h Lim ? h e e x n x ) h x ( n h x ? ? ? ? ? = 0 h Lim ? x n x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? h 1 e x n x ) h x ( n h x ? ? = x x s s 0 h 0 x h n (x h) x nx e 1 Lim . Lim s h ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x 0 h Lim ? h nx x x h 1 n nx h x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x x/h h 0 h 0 ( x h x) (x h) h Lim nx Lim n 1 h x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? x 1 x 2 x n ? Ex.26 Evaluate 0 x Lim ? x sin x x 2 e e x x ? ? ? ? . Sol. Let L = 0 x Lim ? 3 3 x x x x sin x . x x 2 e e ? ? ? ? Now ? 1 = 0 x Lim ? 3 x x sin x ? = 1 6 ( use x = 3 t ) ? 2 = 0 x Lim ? 3 x x x x 2 e e ? ? ? put x = 3 y = 0 y Limit ? 3 y 3 y 3 y 27 y 6 e e ? ? ? = L i m i t y ? 0 3 y y 3 y y y 27 y 6 e e 3 e e ) ( ) ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 8 3 y 2 0 y 9 1 ) y 2 ( 1 e 27 8 Limit ) ( ? ? 2 = 9 27 8 2 ? ? ? ? 2 = 3 1 Hence L = 2 1 ? ? = 2 (4) (a) 0 x Lim ? (1 + x) 1/x = e = ? ? x Lim x x 1 1 ? ? ? ? ? ? ? Note : 0 x Lim ? x 1 ?n (1 + x) = 1 (b) Generalized formula for 1 ? form : If a x Lim ? f(x) = 1 and a x Lim ? ?? ?(x) = ? ?, then a x Lim ? x a Lim (x) (x)[f(x) 1] f(x) e ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.27 Evaluate 2 0 t t ) t cos(sin n lim ? ? Sol. 2 2 2 2 0 t 2 0 t t 2 t sin sin 2 . 2 t sin sin 2 2 ) t (sin sin 2 1 n lim t ) t cos(sin n lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 2 1 t . 4 t sin . 2 t sin 2 t sin sin . 2 lim 2 2 2 0 t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.28 Find x cot 1 x tan ln lim 4 / x ? ? ? Sol. Put x = t + ?/4 ? ) 4 / t cot( 1 ) 4 / t tan( ln lim 0 t ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4 / cot t cot 1 4 / cot t cot 1 t tan 1 t tan 1 ln lim 0 t = t tan t t tan 2 ) t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? + t tan 2 ) t tan 1 )( t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? ? = 2 1 [1.1 + 1.1] = 2 2 = 1. Ex.29 Evaluate 0 x Lim ? x . 1 e x x 1 n ) ( ) ( x 4 2 ? ? ? ? . Sol. 0 x Lim ? 2 4 2 x x x 1 n ) ( ? ? ? = 0 x Lim ? ?n 2 x 1 4 2 ) x x 1 ( ? ? = ?n 0 x Lim ? ) ( 1 x x 1 4 2 2 x 1 e ? ? ? = 0 x Lim ? 2 4 2 x x x ? = 0 x Lim ? (1 + x 2 ) = 1 Ex.30 Evaluate : 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? bx 2 sec 2 2 ax 2 sin Sol. ? = 0 x Lim ? x b 2 2 sec 2 x a 2 sin ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x a 2 cos x b 2 sec Limit 2 2 0 x e ? ? ? ? ? ? consider 0 x Lim ? bx 2 x a 2 cos cos ? ? ? ? = 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? x b 2 2 x a 2 2 sin sin = 0 x Lim ? x b 2 2 x a 2 2 ? ? ? ? ? ? ? ? = 0 x Lim ? x a 2 x a ? ? x b x b 2 ? ? = b a ? ? = 2 b 2 a e ? Page 3 LIMIT OF EXPONENTIAL FUNCTIONS x 0 Lim ? x 1 a x ? = ln a (a > 0). In particular x 0 Lim ? x 1 e x ? = 1 Ex.25 Evaluate 0 h Lim ? h x ) h x ( x h x ? ? ? (x > 0). Sol. 0 h Lim ? h e e x n x ) h x ( n h x ? ? ? ? ? = 0 h Lim ? x n x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? h 1 e x n x ) h x ( n h x ? ? = x x s s 0 h 0 x h n (x h) x nx e 1 Lim . Lim s h ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x 0 h Lim ? h nx x x h 1 n nx h x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x x/h h 0 h 0 ( x h x) (x h) h Lim nx Lim n 1 h x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? x 1 x 2 x n ? Ex.26 Evaluate 0 x Lim ? x sin x x 2 e e x x ? ? ? ? . Sol. Let L = 0 x Lim ? 3 3 x x x x sin x . x x 2 e e ? ? ? ? Now ? 1 = 0 x Lim ? 3 x x sin x ? = 1 6 ( use x = 3 t ) ? 2 = 0 x Lim ? 3 x x x x 2 e e ? ? ? put x = 3 y = 0 y Limit ? 3 y 3 y 3 y 27 y 6 e e ? ? ? = L i m i t y ? 0 3 y y 3 y y y 27 y 6 e e 3 e e ) ( ) ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 8 3 y 2 0 y 9 1 ) y 2 ( 1 e 27 8 Limit ) ( ? ? 2 = 9 27 8 2 ? ? ? ? 2 = 3 1 Hence L = 2 1 ? ? = 2 (4) (a) 0 x Lim ? (1 + x) 1/x = e = ? ? x Lim x x 1 1 ? ? ? ? ? ? ? Note : 0 x Lim ? x 1 ?n (1 + x) = 1 (b) Generalized formula for 1 ? form : If a x Lim ? f(x) = 1 and a x Lim ? ?? ?(x) = ? ?, then a x Lim ? x a Lim (x) (x)[f(x) 1] f(x) e ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.27 Evaluate 2 0 t t ) t cos(sin n lim ? ? Sol. 2 2 2 2 0 t 2 0 t t 2 t sin sin 2 . 2 t sin sin 2 2 ) t (sin sin 2 1 n lim t ) t cos(sin n lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 2 1 t . 4 t sin . 2 t sin 2 t sin sin . 2 lim 2 2 2 0 t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.28 Find x cot 1 x tan ln lim 4 / x ? ? ? Sol. Put x = t + ?/4 ? ) 4 / t cot( 1 ) 4 / t tan( ln lim 0 t ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4 / cot t cot 1 4 / cot t cot 1 t tan 1 t tan 1 ln lim 0 t = t tan t t tan 2 ) t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? + t tan 2 ) t tan 1 )( t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? ? = 2 1 [1.1 + 1.1] = 2 2 = 1. Ex.29 Evaluate 0 x Lim ? x . 1 e x x 1 n ) ( ) ( x 4 2 ? ? ? ? . Sol. 0 x Lim ? 2 4 2 x x x 1 n ) ( ? ? ? = 0 x Lim ? ?n 2 x 1 4 2 ) x x 1 ( ? ? = ?n 0 x Lim ? ) ( 1 x x 1 4 2 2 x 1 e ? ? ? = 0 x Lim ? 2 4 2 x x x ? = 0 x Lim ? (1 + x 2 ) = 1 Ex.30 Evaluate : 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? bx 2 sec 2 2 ax 2 sin Sol. ? = 0 x Lim ? x b 2 2 sec 2 x a 2 sin ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x a 2 cos x b 2 sec Limit 2 2 0 x e ? ? ? ? ? ? consider 0 x Lim ? bx 2 x a 2 cos cos ? ? ? ? = 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? x b 2 2 x a 2 2 sin sin = 0 x Lim ? x b 2 2 x a 2 2 ? ? ? ? ? ? ? ? = 0 x Lim ? x a 2 x a ? ? x b x b 2 ? ? = b a ? ? = 2 b 2 a e ? Ex.31 Evaluate ? ? x lim ( ? – 2 tan –1 x) ln x Sol. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 0 nx 1 ) x tan 2 ( lim 1 x ? Applying L’ Hospital’s Rule= x 1 ) x (ln 1 x 1 2 lim 2 2 x ? ? ? ? ? = 2 x x 1 2 lim ? ? ? (ln x) 2 = x 2 x 1 . x ln 2 . x 2 ) x (ln 2 lim 2 x ? ? ? = x x ln 2 ) x (ln lim 2 x ? ? ? = x x 2 x 1 . x ln 2 lim x ? ? ? = 2 x x 1 lim ? ? [2ln x + 3] = 0 x 1 ? 0 Ex.32 Find a polynomial of least degree, such that x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 . Sol. Now, x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? exists only when 2 2 0 x x ) x ( f x lim ? ? = 0 (i.e. it converts to 1 ? form). So, the least degree in f(x) is of degree 2. i.e. f(x) = a 2 x 2 + a 3 x 3 + ...... Now, x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 ? x 1 x ) x ( f x lim 2 2 0 x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 ? 3 2 0 x x ) x ( f x lim e ? ? = e 2 ? 3 2 x x ) x ( f x lim ? = 2 ? 3 3 3 2 2 2 x x ..... x a x a x lim ? ? ? = 2 ? a 2 = –1, a 3 = 2 and a 4 , a 5 ....... are any arbitrary constants. Since, we want polynomial of least degree. Hence,f(x) = x 2 + 2x 3 . Ex.33 Evaluate ? ? x Lim x ? x 2 ?n ? ? ? ? ? ? ? x 1 1 . Sol. Put x = y 1 ? as x ? ?? ? ; y ? 0. Hence ? = 0 y Lim ? 2 y 1 y 1 ? ?n (1 + y) = 0 y Lim ? 2 y ) y 1 ( n y ? ? ? Put 1 + y = e z as y ? 0 , z ? 0 = 0 z Lim ? 2 z z ) ( ) ( 1 e z 1 e ? ? ? = 0 z Lim ? 2 z z 1 z e ? ? Put z = 2 t = 0 t Lim ? 2 t 2 t 4 1 t 2 e ? ? = 0 t Lim ? 2 t 2 t t 4 2 t 2 e 2 1 e ) ( ? ? ? ? ? = 4 1 + 2 l ? ? = 2 1 Page 4 LIMIT OF EXPONENTIAL FUNCTIONS x 0 Lim ? x 1 a x ? = ln a (a > 0). In particular x 0 Lim ? x 1 e x ? = 1 Ex.25 Evaluate 0 h Lim ? h x ) h x ( x h x ? ? ? (x > 0). Sol. 0 h Lim ? h e e x n x ) h x ( n h x ? ? ? ? ? = 0 h Lim ? x n x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? h 1 e x n x ) h x ( n h x ? ? = x x s s 0 h 0 x h n (x h) x nx e 1 Lim . Lim s h ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x 0 h Lim ? h nx x x h 1 n nx h x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x x/h h 0 h 0 ( x h x) (x h) h Lim nx Lim n 1 h x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? x 1 x 2 x n ? Ex.26 Evaluate 0 x Lim ? x sin x x 2 e e x x ? ? ? ? . Sol. Let L = 0 x Lim ? 3 3 x x x x sin x . x x 2 e e ? ? ? ? Now ? 1 = 0 x Lim ? 3 x x sin x ? = 1 6 ( use x = 3 t ) ? 2 = 0 x Lim ? 3 x x x x 2 e e ? ? ? put x = 3 y = 0 y Limit ? 3 y 3 y 3 y 27 y 6 e e ? ? ? = L i m i t y ? 0 3 y y 3 y y y 27 y 6 e e 3 e e ) ( ) ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 8 3 y 2 0 y 9 1 ) y 2 ( 1 e 27 8 Limit ) ( ? ? 2 = 9 27 8 2 ? ? ? ? 2 = 3 1 Hence L = 2 1 ? ? = 2 (4) (a) 0 x Lim ? (1 + x) 1/x = e = ? ? x Lim x x 1 1 ? ? ? ? ? ? ? Note : 0 x Lim ? x 1 ?n (1 + x) = 1 (b) Generalized formula for 1 ? form : If a x Lim ? f(x) = 1 and a x Lim ? ?? ?(x) = ? ?, then a x Lim ? x a Lim (x) (x)[f(x) 1] f(x) e ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.27 Evaluate 2 0 t t ) t cos(sin n lim ? ? Sol. 2 2 2 2 0 t 2 0 t t 2 t sin sin 2 . 2 t sin sin 2 2 ) t (sin sin 2 1 n lim t ) t cos(sin n lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 2 1 t . 4 t sin . 2 t sin 2 t sin sin . 2 lim 2 2 2 0 t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.28 Find x cot 1 x tan ln lim 4 / x ? ? ? Sol. Put x = t + ?/4 ? ) 4 / t cot( 1 ) 4 / t tan( ln lim 0 t ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4 / cot t cot 1 4 / cot t cot 1 t tan 1 t tan 1 ln lim 0 t = t tan t t tan 2 ) t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? + t tan 2 ) t tan 1 )( t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? ? = 2 1 [1.1 + 1.1] = 2 2 = 1. Ex.29 Evaluate 0 x Lim ? x . 1 e x x 1 n ) ( ) ( x 4 2 ? ? ? ? . Sol. 0 x Lim ? 2 4 2 x x x 1 n ) ( ? ? ? = 0 x Lim ? ?n 2 x 1 4 2 ) x x 1 ( ? ? = ?n 0 x Lim ? ) ( 1 x x 1 4 2 2 x 1 e ? ? ? = 0 x Lim ? 2 4 2 x x x ? = 0 x Lim ? (1 + x 2 ) = 1 Ex.30 Evaluate : 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? bx 2 sec 2 2 ax 2 sin Sol. ? = 0 x Lim ? x b 2 2 sec 2 x a 2 sin ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x a 2 cos x b 2 sec Limit 2 2 0 x e ? ? ? ? ? ? consider 0 x Lim ? bx 2 x a 2 cos cos ? ? ? ? = 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? x b 2 2 x a 2 2 sin sin = 0 x Lim ? x b 2 2 x a 2 2 ? ? ? ? ? ? ? ? = 0 x Lim ? x a 2 x a ? ? x b x b 2 ? ? = b a ? ? = 2 b 2 a e ? Ex.31 Evaluate ? ? x lim ( ? – 2 tan –1 x) ln x Sol. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 0 nx 1 ) x tan 2 ( lim 1 x ? Applying L’ Hospital’s Rule= x 1 ) x (ln 1 x 1 2 lim 2 2 x ? ? ? ? ? = 2 x x 1 2 lim ? ? ? (ln x) 2 = x 2 x 1 . x ln 2 . x 2 ) x (ln 2 lim 2 x ? ? ? = x x ln 2 ) x (ln lim 2 x ? ? ? = x x 2 x 1 . x ln 2 lim x ? ? ? = 2 x x 1 lim ? ? [2ln x + 3] = 0 x 1 ? 0 Ex.32 Find a polynomial of least degree, such that x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 . Sol. Now, x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? exists only when 2 2 0 x x ) x ( f x lim ? ? = 0 (i.e. it converts to 1 ? form). So, the least degree in f(x) is of degree 2. i.e. f(x) = a 2 x 2 + a 3 x 3 + ...... Now, x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 ? x 1 x ) x ( f x lim 2 2 0 x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 ? 3 2 0 x x ) x ( f x lim e ? ? = e 2 ? 3 2 x x ) x ( f x lim ? = 2 ? 3 3 3 2 2 2 x x ..... x a x a x lim ? ? ? = 2 ? a 2 = –1, a 3 = 2 and a 4 , a 5 ....... are any arbitrary constants. Since, we want polynomial of least degree. Hence,f(x) = x 2 + 2x 3 . Ex.33 Evaluate ? ? x Lim x ? x 2 ?n ? ? ? ? ? ? ? x 1 1 . Sol. Put x = y 1 ? as x ? ?? ? ; y ? 0. Hence ? = 0 y Lim ? 2 y 1 y 1 ? ?n (1 + y) = 0 y Lim ? 2 y ) y 1 ( n y ? ? ? Put 1 + y = e z as y ? 0 , z ? 0 = 0 z Lim ? 2 z z ) ( ) ( 1 e z 1 e ? ? ? = 0 z Lim ? 2 z z 1 z e ? ? Put z = 2 t = 0 t Lim ? 2 t 2 t 4 1 t 2 e ? ? = 0 t Lim ? 2 t 2 t t 4 2 t 2 e 2 1 e ) ( ? ? ? ? ? = 4 1 + 2 l ? ? = 2 1 (5) BINOMIAL LIMIT : a x Lim ? n n n 1 x a na x a ? ? ? ? Ex.34 Let a x Lim ? a x a x x x ? ? = ? , a > 0 & a x Lim ? a x x a a x ? ? = m , a > 0 . If ? = m then find the value of 'a'. Sol. ? = a x Lim ? a x e e a n x x n x ? ? ? ? = ? ? ) a n x n ( x 1 e e ) a n x n ( x a n x ? ? ? ? ? ? ? ? . a x ) a n x n ( x ? ? ? ? = a a . 0 h Lim ? h a h 1 n ) h a ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? = a a m = a x Lim ? a x e e x n a a n x ? ? ? ? = a n x x n a a n x x a e e 1 Lim x n a a n x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . a x x n a a n x ? ? ? ? = a a . 0 h Lim ? h ) h a ( n a a n ) h a ( ? ? ? ? ? = a a 0 h Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? h / a a h 1 n a n ? ? = a a ( ?n a ? 1) Now ? = m ? a = e 2 Ex.35 Evaluate ? ? n Limit ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 n n 2 3 2 2 x sec . 2 x tan ...... 2 x sec . 2 x tan 2 x sec . 2 x tan x sec . 2 x tan where x ? ? ? ? ? ? ? ? 2 , 0 . Sol. T 1 = x cos 2 x cos 2 x sin = x cos 2 x cos 2 x x sin ? ? ? ? ? ? ? = tan x ? tan 2 x Similarly T 2 = tan 2 x ? tan 2 2 x and T 3 = tan 2 2 x ? tan 3 2 x T n = tan 1 n 2 x ? ? tan n 2 x S = tan x ? tan n 2 x ? ? ? n Lim S = tan x Ex.36 Let f (x) = ? ? ? ? ? n 1 n n 3 1 n n 3 x sin 3 Lim and g (x) = x – 4 f (x). Evaluate ? ? x c o t 0 x ) x ( g 1 L i m ? ? . Sol. Using sin 3 ? = 3 sin ? – 4 sin 3 ? T 1 = sin 3 3 x = 4 1 ? ? ? ? ? ? ? x sin 3 x sin 3 T 2 = 3sin 3 2 3 x = 4 3 ? ? ? ? ? ? ? 3 x sin 3 x sin 3 2 and so on........ ? T 1 = ? ? ? ? ? ? ? x sin 3 x sin 3 4 1 T 2 = ? ? ? ? ? ? ? 3 x sin 3 3 x sin 3 4 1 2 2 T n = ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 n 1 n n n 3 x sin 3 3 x sin 3 4 1 Page 5 LIMIT OF EXPONENTIAL FUNCTIONS x 0 Lim ? x 1 a x ? = ln a (a > 0). In particular x 0 Lim ? x 1 e x ? = 1 Ex.25 Evaluate 0 h Lim ? h x ) h x ( x h x ? ? ? (x > 0). Sol. 0 h Lim ? h e e x n x ) h x ( n h x ? ? ? ? ? = 0 h Lim ? x n x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? h 1 e x n x ) h x ( n h x ? ? = x x s s 0 h 0 x h n (x h) x nx e 1 Lim . Lim s h ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x 0 h Lim ? h nx x x h 1 n nx h x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x x/h h 0 h 0 ( x h x) (x h) h Lim nx Lim n 1 h x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? x 1 x 2 x n ? Ex.26 Evaluate 0 x Lim ? x sin x x 2 e e x x ? ? ? ? . Sol. Let L = 0 x Lim ? 3 3 x x x x sin x . x x 2 e e ? ? ? ? Now ? 1 = 0 x Lim ? 3 x x sin x ? = 1 6 ( use x = 3 t ) ? 2 = 0 x Lim ? 3 x x x x 2 e e ? ? ? put x = 3 y = 0 y Limit ? 3 y 3 y 3 y 27 y 6 e e ? ? ? = L i m i t y ? 0 3 y y 3 y y y 27 y 6 e e 3 e e ) ( ) ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 8 3 y 2 0 y 9 1 ) y 2 ( 1 e 27 8 Limit ) ( ? ? 2 = 9 27 8 2 ? ? ? ? 2 = 3 1 Hence L = 2 1 ? ? = 2 (4) (a) 0 x Lim ? (1 + x) 1/x = e = ? ? x Lim x x 1 1 ? ? ? ? ? ? ? Note : 0 x Lim ? x 1 ?n (1 + x) = 1 (b) Generalized formula for 1 ? form : If a x Lim ? f(x) = 1 and a x Lim ? ?? ?(x) = ? ?, then a x Lim ? x a Lim (x) (x)[f(x) 1] f(x) e ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.27 Evaluate 2 0 t t ) t cos(sin n lim ? ? Sol. 2 2 2 2 0 t 2 0 t t 2 t sin sin 2 . 2 t sin sin 2 2 ) t (sin sin 2 1 n lim t ) t cos(sin n lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 2 1 t . 4 t sin . 2 t sin 2 t sin sin . 2 lim 2 2 2 0 t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ex.28 Find x cot 1 x tan ln lim 4 / x ? ? ? Sol. Put x = t + ?/4 ? ) 4 / t cot( 1 ) 4 / t tan( ln lim 0 t ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4 / cot t cot 1 4 / cot t cot 1 t tan 1 t tan 1 ln lim 0 t = t tan t t tan 2 ) t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? + t tan 2 ) t tan 1 )( t tan 1 ln( lim 0 t ? ? ? ? = 2 1 [1.1 + 1.1] = 2 2 = 1. Ex.29 Evaluate 0 x Lim ? x . 1 e x x 1 n ) ( ) ( x 4 2 ? ? ? ? . Sol. 0 x Lim ? 2 4 2 x x x 1 n ) ( ? ? ? = 0 x Lim ? ?n 2 x 1 4 2 ) x x 1 ( ? ? = ?n 0 x Lim ? ) ( 1 x x 1 4 2 2 x 1 e ? ? ? = 0 x Lim ? 2 4 2 x x x ? = 0 x Lim ? (1 + x 2 ) = 1 Ex.30 Evaluate : 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? bx 2 sec 2 2 ax 2 sin Sol. ? = 0 x Lim ? x b 2 2 sec 2 x a 2 sin ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = x a 2 cos x b 2 sec Limit 2 2 0 x e ? ? ? ? ? ? consider 0 x Lim ? bx 2 x a 2 cos cos ? ? ? ? = 0 x Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? x b 2 2 x a 2 2 sin sin = 0 x Lim ? x b 2 2 x a 2 2 ? ? ? ? ? ? ? ? = 0 x Lim ? x a 2 x a ? ? x b x b 2 ? ? = b a ? ? = 2 b 2 a e ? Ex.31 Evaluate ? ? x lim ( ? – 2 tan –1 x) ln x Sol. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 0 nx 1 ) x tan 2 ( lim 1 x ? Applying L’ Hospital’s Rule= x 1 ) x (ln 1 x 1 2 lim 2 2 x ? ? ? ? ? = 2 x x 1 2 lim ? ? ? (ln x) 2 = x 2 x 1 . x ln 2 . x 2 ) x (ln 2 lim 2 x ? ? ? = x x ln 2 ) x (ln lim 2 x ? ? ? = x x 2 x 1 . x ln 2 lim x ? ? ? = 2 x x 1 lim ? ? [2ln x + 3] = 0 x 1 ? 0 Ex.32 Find a polynomial of least degree, such that x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 . Sol. Now, x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? exists only when 2 2 0 x x ) x ( f x lim ? ? = 0 (i.e. it converts to 1 ? form). So, the least degree in f(x) is of degree 2. i.e. f(x) = a 2 x 2 + a 3 x 3 + ...... Now, x / 1 2 2 0 x x ) x ( f x 1 lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 ? x 1 x ) x ( f x lim 2 2 0 x e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = e 2 ? 3 2 0 x x ) x ( f x lim e ? ? = e 2 ? 3 2 x x ) x ( f x lim ? = 2 ? 3 3 3 2 2 2 x x ..... x a x a x lim ? ? ? = 2 ? a 2 = –1, a 3 = 2 and a 4 , a 5 ....... are any arbitrary constants. Since, we want polynomial of least degree. Hence,f(x) = x 2 + 2x 3 . Ex.33 Evaluate ? ? x Lim x ? x 2 ?n ? ? ? ? ? ? ? x 1 1 . Sol. Put x = y 1 ? as x ? ?? ? ; y ? 0. Hence ? = 0 y Lim ? 2 y 1 y 1 ? ?n (1 + y) = 0 y Lim ? 2 y ) y 1 ( n y ? ? ? Put 1 + y = e z as y ? 0 , z ? 0 = 0 z Lim ? 2 z z ) ( ) ( 1 e z 1 e ? ? ? = 0 z Lim ? 2 z z 1 z e ? ? Put z = 2 t = 0 t Lim ? 2 t 2 t 4 1 t 2 e ? ? = 0 t Lim ? 2 t 2 t t 4 2 t 2 e 2 1 e ) ( ? ? ? ? ? = 4 1 + 2 l ? ? = 2 1 (5) BINOMIAL LIMIT : a x Lim ? n n n 1 x a na x a ? ? ? ? Ex.34 Let a x Lim ? a x a x x x ? ? = ? , a > 0 & a x Lim ? a x x a a x ? ? = m , a > 0 . If ? = m then find the value of 'a'. Sol. ? = a x Lim ? a x e e a n x x n x ? ? ? ? = ? ? ) a n x n ( x 1 e e ) a n x n ( x a n x ? ? ? ? ? ? ? ? . a x ) a n x n ( x ? ? ? ? = a a . 0 h Lim ? h a h 1 n ) h a ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? = a a m = a x Lim ? a x e e x n a a n x ? ? ? ? = a n x x n a a n x x a e e 1 Lim x n a a n x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . a x x n a a n x ? ? ? ? = a a . 0 h Lim ? h ) h a ( n a a n ) h a ( ? ? ? ? ? = a a 0 h Lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? h / a a h 1 n a n ? ? = a a ( ?n a ? 1) Now ? = m ? a = e 2 Ex.35 Evaluate ? ? n Limit ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 n n 2 3 2 2 x sec . 2 x tan ...... 2 x sec . 2 x tan 2 x sec . 2 x tan x sec . 2 x tan where x ? ? ? ? ? ? ? ? 2 , 0 . Sol. T 1 = x cos 2 x cos 2 x sin = x cos 2 x cos 2 x x sin ? ? ? ? ? ? ? = tan x ? tan 2 x Similarly T 2 = tan 2 x ? tan 2 2 x and T 3 = tan 2 2 x ? tan 3 2 x T n = tan 1 n 2 x ? ? tan n 2 x S = tan x ? tan n 2 x ? ? ? n Lim S = tan x Ex.36 Let f (x) = ? ? ? ? ? n 1 n n 3 1 n n 3 x sin 3 Lim and g (x) = x – 4 f (x). Evaluate ? ? x c o t 0 x ) x ( g 1 L i m ? ? . Sol. Using sin 3 ? = 3 sin ? – 4 sin 3 ? T 1 = sin 3 3 x = 4 1 ? ? ? ? ? ? ? x sin 3 x sin 3 T 2 = 3sin 3 2 3 x = 4 3 ? ? ? ? ? ? ? 3 x sin 3 x sin 3 2 and so on........ ? T 1 = ? ? ? ? ? ? ? x sin 3 x sin 3 4 1 T 2 = ? ? ? ? ? ? ? 3 x sin 3 3 x sin 3 4 1 2 2 T n = ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 n 1 n n n 3 x sin 3 3 x sin 3 4 1 Limit – Nirmaan TYCRP ? f (x) = ? ? ? ? ? ? ? ? ? x sin 3 x sin 3 4 1 Lim n n n = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? x sin 3 x 3 x sin x Lim 4 1 n n n = 4 1 (x – sin x) g (x) = x – 4 f (x) = sin x now x cot 0 x ) x sin 1 ( Lim ? ? = ) x )(sin x (cot Lim 0 x e ? = e Ex.37 Evaluate ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 r 1 r r cot lim 3 n 1 r 1 n Sol. Here, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 r 1 r r cot lim 3 n 1 r 1 n = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4 2 n 1 r 1 n r r 1 r 2 tan lim = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ) r r )( r r ( 1 r 2 tan lim 2 2 n 1 r 1 n = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ) r r )( r r ( 1 ) r r )( r r ( tan lim 2 2 2 2 n 1 r 1 n = ? ? ? ? ? ? ? ? ? n 1 r 2 1 2 1 n )} r r ( tan ) r r ( {tan lim = ? ? n lim [(tan –1 2 – tan –1 0) + (tan –1 6 – tan –1 2) + (tan –1 12 – tan –1 6) = ? ? n lim {tan –1 (n 2 + n) – tan –1 (0)} = tan –1 ( ?) –tan –1 (0) = 2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? n 1 r 3 1 n 2 2 r 1 r r cot lim Ex.38 Evaluate ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? n n 2 2 1 1 n a 1 a ........ a 1 a a 1 a lim , where a 1 = 1 and a n = n (1 + a n – 1 ) ? n ? 2. Sol. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? n n 2 2 1 1 n a 1 a ...... a 1 a a 1 a lim We know, a n – 1 + 1 = n a n ...(i) n 2 1 1 n 4 3 2 n a ..... a . a 1 1 n a ..... 4 a 3 a 2 a lim ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = )! 1 n ( a lim 1 n n ? ? ? ? = ! n a 1 lim n n ? ? ? {using (ii)} = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ! n a ! n 1 lim n n = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? )! 1 n ( a )! 1 n ( 1 ! n 1 lim 1 n n {using (i)}Read More
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1. What are the limits of exponential functions? |
2. Is there a limit to how large an exponential function can grow? |
3. Can exponential functions have negative limits? |
4. Do all exponential functions have limits at infinity? |
5. Can exponential functions have limits at a finite value? |
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