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  • Cálculo IISucessões de números reais – revisões

    Mestrado Integrado em Engenharia AeronáuticaMestrado Integrado em Engenharia Civil

    António [email protected]

    Departamento de Matemática

    Universidade da Beira Interior

    2014/2015

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 1 / 74

    Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 2 / 74

    Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 3 / 74

    1 – Definição e exemplos

    Uma sucessão é uma correspondência que a cada número natural nfaz corresponder um e um só número real.

    Assim, uma sucessão é uma função real de variável natural, ou seja,uma sucessão é uma função

    u : N → R.

    Para designarmos o valor da função em n costuma usar-se a notação

    un em vez de u(n).

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 4 / 74

  • 1 – Definição e exemplos

    Aos valoresu1, u2, . . . , un, . . .

    chamamos termos da sucessão e

    ao valor u1 chamamos termo de ordem 1 ou primeiro termoda sucessão;

    ao valor u2 chamamos termo de ordem 2 ou segundo termoda sucessão;

    ao valor u3 chamamos termo de ordem 3 ou terceiro termo dasucessão;

    etc

    À expressão un chamamos termo geral da sucessão.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 5 / 74

    1 – Definição e exemplos

    Escreveremos(u1, u2, . . . , un, . . .),

    ou(un)n∈N,

    ou simplesmente(un)

    para indicar a sucessão u.

    O conjuntou(N) = {un : n ∈ N}

    designa-se por conjunto dos termos da sucessão (un)n∈N.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 6 / 74

    1 – Definição e exemplos

    Exemplos de sucessões

    a) Façamosun = 1 para todo o n ∈ N,

    isto é,(1, 1, . . . , 1, . . .)

    é a sucessão constante e igual a 1. Mais geralmente, dado c ∈ R efazendo

    vn = c para qualquer n ∈ N,temos a sucessão constante e igual a c. Neste caso

    v(N) = {c} .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 7 / 74

    1 – Definição e exemplos

    Exemplos de sucessões (continuação)

    b) Consideremos a sucessão de termo geral un = (−1)n.O primeiro termo desta sucessão é u1 = (−1)1 = −1.O segundo termo desta sucessão é u2 = (−1)2 = 1.O terceiro termo desta sucessão é u3 = (−1)3 = −1.O quarto termo desta sucessão é u4 = (−1)4 = 1.E assim sucessivamente.

    Podemos concluir que os termos de ordem par são todos iguais a 1 eque os termos de ordem ímpar são todos iguais a −1. Assim, a listaque se segue dá-nos todos os termos da sucessão

    −1, 1, −1, 1, −1, 1, −1, 1, −1, 1, . . .e o conjunto dos termos desta sucessão é

    u(N) = {−1, 1} .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 8 / 74

  • 1 – Definição e exemplos

    Exemplos de sucessões (continuação)

    c) Seja u a sucessão definida por

    un = n.

    Entãou(N) = N.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 9 / 74

    1 – Definição e exemplos

    Exemplos de sucessões (continuação)

    d) Seja

    un =1n

    para todo o n ∈ N.

    Podemos escrever esta sucessão das seguintes formas:(

    1,12

    ,13

    ,14

    , . . . ,1n

    , . . .

    )

    ,

    ou(

    1n

    )

    n∈N,

    ou(

    1n

    )

    .

    Neste exemplo temos u(N) ={

    1n

    : n ∈ N}

    .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 10 / 74

    1 – Definição e exemplos

    Observação

    O exemplo a) mostra que(un)n∈N

    eu(N)

    são coisas diferentes e que, por conseguinte, não devem serconfundidas. Neste exemplo tem-se

    (un) = (1, 1, 1, . . . , 1, . . .),

    enquanto queu(N) = {1} .

    Algo de semelhante acontece no exemplo b).

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 11 / 74

    Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 12 / 74

  • 2 – Sucessões limitadas

    Uma sucessão (un)n∈N diz-se limitada se existirem números reais a e btais que

    a 6 un 6 b para todo o n ∈ N;ou ainda, se existirem números reais a e b tais que

    un ∈ [a, b] para todo o n ∈ N.

    Como todo o intervalo [a, b] está contido num intervalo da forma[−c, c], para algum c ∈ R, uma sucessão (un) é limitada se existir umnúmero real c > 0 tal que

    un ∈ [−c, c] para todo o n ∈ N,

    o que é equivalente a existe c > 0 tal que

    |un| 6 c para todo o n ∈ N.

    As sucessões que não são limitadas dizem-se ilimitadas.António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 13 / 74

    2 – Sucessões limitadas

    Exemplos

    a) A sucessão de termo geral

    un = 4 + (−1)n ={

    3 se n é ímpar;

    5 se n é par;

    é limitada pois

    3 6 un 6 5 para qualquer número natural n.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 14 / 74

    2 – Sucessões limitadas

    Exemplos (continuação)

    b) Consideremos a sucessão de termo geral

    un =n + 2

    n.

    Comon + 2

    n=

    n

    n+

    2n

    = 1 +2n

    podemos concluir que

    1 6 un 6 3 para cada número natural n.

    Assim, esta sucessão é limitada.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 15 / 74

    2 – Sucessões limitadas

    Exemplos (continuação)

    c) A sucessão un = n2 não é limitada. De facto,

    u1 = 1; u2 = 4; u3 = 9; u4 = 16; . . .

    pelo que a sucessão não é limitada superiormente.

    d) A sucessão de termo geral vn = −n também não é limitada pois

    v1 = −1; v2 = −2; v3 = −3; . . .

    ou seja, esta sucessão não é limitada inferiormente.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 16 / 74

  • Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 17 / 74

    3 – Sucessões monótonas

    Uma sucessão (un)n∈N diz-se crescente se

    un+1 > un para todo o n ∈ N

    e diz-se decrescente se

    un+1 6 un para todo o n ∈ N.

    Equivalentemente, (un)n∈N é crescente se

    un+1 − un > 0 para todo o n ∈ N

    e é decrescente se

    un+1 − un 6 0 para todo o n ∈ N.

    Uma sucessão diz-se monótona se for crescente ou se for decrescente.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 18 / 74

    3 – Sucessões monótonas

    Exemplos de sucessões monótonas

    a) Consideremos a sucessão de termo geral un =2n − 1

    n + 1. Como

    un+1 − un =2(n + 1) − 1

    (n + 1) + 1−

    2n − 1

    n + 1

    =2n + 1

    n + 2−

    2n − 1

    n + 1

    =(2n + 1)(n + 1) − (2n − 1)(n + 2)

    (n + 1)(n + 2)

    =2n2 + 2n + n + 1 − (2n2 + 4n − n − 2)

    (n + 1)(n + 2)

    =2n2 + 3n + 1 − 2n2 − 3n + 2

    (n + 1)(n + 2)

    =3

    (n + 1)(n + 2)> 0

    para qualquer número natural n, a sucessão é crescente.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 19 / 74

    3 – Sucessões monótonas

    Exemplos de sucessões monótonas (continuação)

    b) Para a sucessão de termo geral un =2n + 1

    n, temos

    un+1 − un =2(n + 1) + 1

    n + 1−

    2n + 1

    n

    =2n + 3

    n + 1−

    2n + 1

    n

    =(2n + 3)n − (2n + 1)(n + 1)

    n(n + 1)

    =2n2 + 3n − (2n2 + 2n + n + 1)

    n(n + 1)

    =2n2 + 3n − 2n2 − 3n − 1

    n(n + 1)

    =−1

    n(n + 1)6 0

    para qualquer número natural n. Logo a sucessão é decrescente.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 20 / 74

  • Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 21 / 74

    4 – Sucessões convergentes

    Dados uma sucessão (un)n∈N e um número real a, dizemos que (un)converge ou tende para a se para qualquer ε > 0, existe N ∈ N talque

    |un − a| < ε para todo o número natural n > N .A condição

    |un − a| < εé equivalente às condições

    −ε < un − a < ε, a − ε < un < a + ε e un ∈ ]a − ε, a + ε[.

    Assim, uma sucessão (un) converge ou tende para um número real ase para qualquer ε > 0, existe N ∈ N tal que

    a − ε < un < a + ε para cada número natural n > N ;

    ou se para qualquer ε > 0, existe N ∈ N tal que

    un ∈ ]a − ε, a + ε[ para cada número natural n > N .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 22 / 74

    4 – Sucessões convergentes

    Geometricamente, uma sucessão un tende para a se dado ε > 0 todosos termos da sucessão estão na “faixa” limitada pela rectas y = a − ε ey = a + ε a partir de determinada ordem. A figura seguinte ilustra essefacto.

    1 2 3 4 N N + 1 N + 2 N + 3 N + 4

    a

    a − ε

    a + ε

    b

    b

    b

    b

    b

    b

    b

    bb

    Interpretação geométrica do limite de uma sucessão

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 23 / 74

    4 – Sucessões convergentes

    Qualquer uma das notações

    limn→∞

    un = a,

    limn→∞un = a,

    limn

    un = a,

    lim un = a,

    un → a

    é usada para exprimir o facto de que a sucessão (un) converge para a.

    Uma sucessão (un)n∈N diz-se convergente se existe um número real atal que un → a.

    As sucessões que não são convergentes dizem-se divergentes.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 24 / 74

  • 4 – Sucessões convergentes

    As sucessões constantes são convergentes. Se un = c para qualquernúmero natural n, temos |un − c|=0 para cada n ∈ N, pelo que, dadoε > 0, tomando N = 1 vem

    |un − c| < ε para qualquer n > N .

    Logo (un) converge para c.

    A sucessão de termo geral un =1n

    converge para zero. De facto, dado

    ε > 0, basta escolher um número natural N tal que Nε > 1 e, porconseguinte, 1/N < ε. Assim, para n > N , temos

    |un − 0| = 1/n < 1/N < ε,

    o que prova que un → 0.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 25 / 74

    4 – Sucessões convergentes

    Unicidade do limite

    Sejam (un) uma sucessão e a e b dois números reais. Se

    un → a e un → b,

    entãoa = b.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 26 / 74

    Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 27 / 74

    5 – Operações com limites

    Dadas duas sucessões u = (un)n∈N e v = (vn)n∈N de números reais,define-se a soma de u e v, e designa-se por u + v, a sucessão cujotermo de ordem n é un + vn, isto é,

    (u + v)n = un + vn.

    De modo análogo se define a diferença, o produto e o quociente deu e v (este último apenas na hipótese de se ter vn 6= 0 para todo on ∈ N):

    (u − v)n = un − vn, (uv)n = unvne, na hipótese de vn 6= 0 para todo o n ∈ N,

    (

    u

    v

    )

    n=

    unvn

    .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 28 / 74

  • 5 – Operações com limites

    Assim, se u e v são as sucessões dadas por

    (

    1, 4, 9, . . . , n2, . . .)

    e(

    1,12

    ,13

    , . . . ,1n

    , . . .

    )

    ,

    respectivamente, então u + v é a sucessão dada por

    (

    1 + 1, 4 +12

    , 9 +13

    , . . . , n2 +1n

    , . . .

    )

    =

    (

    2,92

    ,283

    , . . . ,n3 + 1

    n, . . .

    )

    e a diferença de u e v, u − v, é a sucessão(

    1 − 1, 4 − 12

    , 9 − 13

    , . . . , n2 − 1n

    , . . .

    )

    =

    (

    0,72

    ,263

    , . . . ,n3 − 1

    n, . . .

    )

    .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 29 / 74

    5 – Operações com limites

    Continuando a usar as sucessões u e v dadas por

    (

    1, 4, 9, . . . , n2, . . .)

    e(

    1,12

    ,13

    , . . . ,1n

    , . . .

    )

    ,

    o produto uv é a sucessão(

    1.1, 4.12

    , 9.13

    , . . . , n2.1n

    , . . .

    )

    = (1, 2, 3, . . . , n, . . .)

    e o quocienteu

    vé a sucessão

    (

    11

    ,4

    1/2,

    91/3

    , . . . ,n2

    1/n, . . .

    )

    =(

    1, 8, 27, . . . , n3, . . .)

    .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 30 / 74

    5 – Operações com limites

    As sucessões que convergem para zero designam-se por infinitésimos.

    O produto de um infinitésimo por uma sucessão limitada é uminfinitésimo.

    Exemplo

    Para todo o x ∈ R, temos limn→∞

    sen(nx)n

    = 0. De facto,

    sen(nx)n

    =1n

    sen(nx)

    é o produto de um infinitésimo por uma sucessão limitada e, portanto,converge para zero.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 31 / 74

    5 – Operações com limites

    Álgebra dos limites

    Sejam (un) e (vn) sucessões tais que lim un = a e lim vn = b. Então

    a) (un + vn)n∈N é convergente e

    lim(un + vn) = lim un + lim vn = a + b;

    b) (un − vn)n∈N é convergente e

    lim(un − vn) = lim un − lim vn = a − b;

    c) (un . vn)n∈N é convergente e

    lim(un . vn) = lim un . lim vn = a . b;

    d) se b 6= 0 e vn 6= 0 para todo o n ∈ N,(

    unvn

    )

    n∈N

    é convergente e

    lim(

    unvn

    )

    =lim unlim vn

    =a

    b.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 32 / 74

  • 5 – Operações com limites

    Suponhamos queun → a

    e que todos os termos un pertencem ao domínio de uma função f . Se fé contínua em a, então

    f(un) → f(a).

    Como consequência imediata temos a seguinte propriedade.

    Seja (un) uma sucessão convergente para a ∈ R e p > 0. Entãoa) se un → a, então (un)p → ap;b) se un > 0 para todo o n ∈ N e un → a, então p

    √un → p

    √a.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 33 / 74

    5 – Operações com limites

    Seja f é um função com domínio contendo o conjunto dos númerosnaturais. Se

    limx→+∞

    f(x) = a,

    entãolim

    n→+∞f(n) = a.

    Exemplo

    Como

    limx→+∞

    (

    1 +1x

    )x

    = e,

    temos

    limn→+∞

    (

    1 +1n

    )n

    = e .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 34 / 74

    5 – Operações com limites

    Teorema da sucessão enquadrada

    Sejam (un), (vn) e (wn) sucessões e suponha-se que existe uma ordemp ∈ N tal que

    un 6 vn 6 wn para todo o número natural n > p.

    Se un → a e wn → a, entãovn → a.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 35 / 74

    5 – Operações com limites

    Exemplo de aplicação do teorema da sucessão enquadrada

    Vejamos que√

    4 +1n2

    → 2.

    Como

    2 6

    4 +1n2

    6

    4 + 41n

    +(

    1n

    )2

    =

    (

    2 +1n

    )2

    = 2 +1n

    e2 +

    1n

    → 2,

    pelo teorema da sucessão enquadrada temos de ter√

    4 +1n2

    → 2.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 36 / 74

  • 5 – Operações com limites

    Toda a sucessão convergente é limitada.

    Observação

    O recíproco não é verdadeiro. A sucessão de termo geral un = (−1)n élimitada, mas não é convergente.

    Todas as sucessões ilimitadas são divergentes.

    Exemplo

    Já vimos que a sucessão de termo geral un = n2 não é limitada. Logonão é convergente.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 37 / 74

    5 – Operações com limites

    As sucessões monótonas e limitadas são convergentes.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 38 / 74

    Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 39 / 74

    6 – Subsucessões

    Se (un) é uma sucessão e (nk) é uma sucessão de números naturaisestritamente crescente, isto é,

    n1 < n2 < . . . < nk < nk+1 < . . . ,

    a sucessão(unk ) = (un1 , un2 , . . . , unk , . . .)

    diz-se uma subsucessão de (un).

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 40 / 74

  • 6 – Subsucessões

    As subsucessões de uma sucessão convergente são convergentes para omesmo limite da sucessão.

    Exemplo

    A sucessão de termo geral

    un = (−1)n

    é divergente pois tem duas subsucessões que convergem para valoresdiferentes.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 41 / 74

    6 – Subsucessões

    Teorema de Bolzano-Weierstrass

    Todas as sucessões limitadas têm subsucessões convergentes.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 42 / 74

    Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 43 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Existem sucessões divergentes que, pelas propriedades de que gozam,merecem ser estudadas. Essas sucessões designam-se por infinitamentegrandes.

    Diz-se que uma sucessão (un) tende para mais infinito ou que é uminfinitamente grande positivo, e escreve-se

    un → +∞, ou lim un = +∞,

    se para cada L > 0, existe N ∈ N tal que

    un > L para qualquer natural n > N .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 44 / 74

  • 7 – Infinitamente grandes

    Se −un → +∞ diz-se que (un) tende para menos infinito ou que asucessão (un) é um infinitamente grande negativo e escreve-se

    un → −∞, ou lim un = −∞.

    Diz-se ainda que (un) tende para infinito ou que (un) é uminfinitamente grande se |un| → +∞ e escreve-se

    un → ∞ ou lim un = ∞.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 45 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Exemplos

    A sucessão de termo geralun = n

    tende para mais infinito, a sucessão de termo geral

    vn = −n

    tende para menos infinito e a sucessão de termo geral

    wn = (−1)nn

    tende para infinito. A sucessão (wn) é um exemplo de um infinitamentegrande que não é nem um infinitamente grande positivo, nem uminfinitamente grande negativo.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 46 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Observações

    a) Os infinitamente grandes positivos e os infinitamente grandesnegativos, são infinitamente grandes. A sucessão de termo geral

    wn = (−1)nn

    mostra que o contrário nem sempre se verifica.

    b) Resulta imediatamente da definição que se un → +∞, então (un) élimitada inferiormente.

    c) Da definição resulta imediatamente que se (un) e (vn) são duassucessões tais que

    un 6 vn a partir de certa ordem e un → +∞,

    entãovn → +∞.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 47 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Sejam (un) e (vn) duas sucessões de números reais.

    a) Se un → +∞ e (vn) tende para a ∈ R ou para +∞, então

    (un + vn) → +∞.

    b) Se un → −∞ e (vn) tende para a ∈ R ou para −∞, então

    (un + vn) → −∞.

    c) Se un → ∞ e (vn) tende para a ∈ R, então

    (un + vn) → ∞.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 48 / 74

  • 7 – Infinitamente grandes

    Vê-se assim que pode usar-se a regra do limite da soma desde que seadoptem as convenções

    (+∞) + a = +∞ = a + (+∞)(−∞) + a = −∞ = a + (−∞)∞ + a = ∞ = a + ∞(+∞) + (+∞) = +∞(−∞) + (−∞) = −∞

    onde a é um número real qualquer.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 49 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Observação

    Seun → +∞ e vn → −∞,

    então nada se pode dizer sobre (un + vn) pois em alguns casos(un + vn) é convergente, noutros é divergente. Por isso, não fazemosnenhuma convenção para o símbolo

    (+∞) + (−∞);

    este símbolo designa-se por símbolo de indeterminação. Algo desemelhante acontece com

    ∞ − ∞.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 50 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Sejam (un) e (vn) duas sucessões de números reais.

    a) Se un → +∞ e se (vn) tende para a > 0 ou tende para +∞, entãoun.vn → +∞.

    b) Se un → +∞ e se (vn) tende para a < 0 ou tende para −∞, entãoun.vn → −∞.

    c) Se un → −∞ e se (vn) tende para a > 0 ou tende para +∞, entãoun.vn → −∞.

    d) Se un → −∞ e se (vn) tende para a < 0 ou tende para −∞, entãoun.vn → +∞.

    e) Se un → ∞ e (vn) tende para a ∈ R \ {0} ou tende para ∞, entãoun.vn → ∞.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 51 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Adoptando as convenções que se seguem, vê-se que se pode usar aregra do limite do produto:

    (+∞) × a = +∞ = a × (+∞) onde a ∈ R+

    (−∞) × a = −∞ = a × (−∞) onde a ∈ R+

    (+∞) × a = −∞ = a × (+∞) onde a ∈ R−(−∞) × a = +∞ = a × (−∞) onde a ∈ R−∞ × a = ∞ = a × ∞ onde a ∈ R \ {0}(+∞) × (+∞) = +∞ = (−∞) × (−∞)(+∞) × (−∞) = −∞ = (−∞) × (+∞)∞ × ∞ = ∞

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 52 / 74

  • 7 – Infinitamente grandes

    Observação

    Não se faz nenhuma convenção para os símbolos

    0 × (+∞),

    0 × (−∞)e

    0 × ∞,pois são símbolos de indeterminação.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 53 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Seja (un) uma sucessão de termos não nulos.

    a) Se un → ∞, então1

    un→ 0.

    b) Se un → 0, então1

    un→ ∞.

    c) Se un → 0 e un > 0 a partir de certa ordem, então1

    un→ +∞.

    d) Se un → 0 e un < 0 a partir de certa ordem, então1

    un→ −∞.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 54 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    A regra do limite quociente pode manter-se desde que se adoptem asseguintes convenções

    1∞ = 0

    10

    = ∞ 10+

    = +∞ 10−

    = −∞

    onde 0+ significa que

    un → 0 e un > 0 a partir de certa ordem

    e 0− significa que

    un → 0 e un < 0 a partir de certa ordem.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 55 / 74

    7 – Infinitamente grandes

    Observação

    Os símbolos ∞∞

    e00

    são símbolos de indeterminação.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 56 / 74

  • Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 57 / 74

    8 – A sucessão de termo geral an

    Dado a ∈ R, consideremos a sucessão de termo geral un = an.

    Se a > 1, então temos an → +∞.

    Quando a = 1, então un = 1n = 1 pelo que a sucessão tende para 1.

    Se a < −1, então an → ∞.

    Para a = −1 obtemos a sucessão (−1)n que já vimos anteriormente.Esta sucessão é divergente.

    Se −1 < a < 1, então an → 0.

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 58 / 74

    8 – A sucessão de termo geral an

    Assim,

    lim an =

    +∞ se a > 11 se a = 1

    0 se −1 < a < 1não existe se a = −1∞ se a < −1

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 59 / 74

    8 – A sucessão de termo geral an

    Exemplos

    a) Calculemos lim (3n − 2n). Como lim 3n = +∞ e lim 2n = +∞,temos uma indeterminação do tipo

    ∞ − ∞.No entanto, pondo em evidência 3n temos

    lim (3n − 2n) = lim[

    3n(

    1 − 2n

    3n

    )]

    = lim[

    3n(

    1 −(

    23

    )n)]

    = +∞ × (1 − 0)= +∞ × 1= +∞

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 60 / 74

  • 8 – A sucessão de termo geral an

    Exemplos (continuação)

    b) Calculemos lim2n + 5n+1

    2n+1 + 5n. Temos uma indeterminação pois

    lim2n + 5n+1

    2n+1 + 5n=

    +∞ + (+∞)+∞ + (+∞) =

    +∞+∞ .

    Podemos levantar a indeterminação da seguinte forma

    lim2n + 5n+1

    2n+1 + 5n= lim

    2n + 5n × 52n × 2 + 5n = lim

    2n

    5n+

    5n × 55n

    2n × 25n

    +5n

    5n

    = lim

    (

    25

    )n

    + 5(

    25

    )n

    × 2 + 1=

    0 + 50 × 2 + 1 = 5

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 61 / 74

    Índice

    1 Definição e exemplos

    2 Sucessões limitadas

    3 Sucessões monótonas

    4 Sucessões convergentes

    5 Operações com limites

    6 Subsucessões

    7 Infinitamente grandes

    8 A sucessão de termo geral an

    9 Exercícios

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 62 / 74

    9 – Exercícios

    1) Calcule os dez primeiros termos das sucessões de termo geral

    a) un =2 − 3n

    2

    b) un = (−1)nn

    n + 1

    c) un =2 + (−1)n n

    n

    d) un = (−2)n

    e)

    u1 = 1

    un+1 = 1 +un10

    f) un =1

    1.2+

    12.22

    +1

    3.23+ ... +

    1n.2n

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 63 / 74

    9 – Exercícios

    2) Determine o termo geral das sucessões sugeridas pelos primeirostermos a seguir listados

    a) 8, 16, 24, 32, . . .

    b) 2, −2, 2, −2, 2, −2, . . .

    c) −2, 2, −2, 2, −2, 2, . . .

    d) 4, 6, 8, 10, 12, 14, . . .

    e) 3, 5, 7, 9, 11, 13, . . .

    f) 2, 5, 8, 11, 14, . . .

    g) 4, 16, 64, 256, 1024, . . .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 64 / 74

  • 9 – Exercícios

    3) Escreva os dez primeiros termos das sucessões definidas porrecorrência:

    a)

    {

    u1 = 4

    un+1 = 2un

    b)

    u1 = 1

    un+1 = un +(

    12

    )n

    c)

    u1 = 1

    u2 = 1

    un+2 = un + un+1

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 65 / 74

    9 – Exercícios

    4) Defina, por recorrência, as sucessões sugeridas pelos primeirostermos listados a seguir

    a) 1,12

    ,14

    ,18

    ,116

    , . . .

    b) −12

    ,14

    , −18

    ,116

    , . . .

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 66 / 74

    9 – Exercícios

    5) Mostre que são limitadas as sucessões:

    a) an = 1 +1n

    b) bn = 5

    c) cn = (−1)n1n

    d) en =3n + 10

    n

    e) fn = 2 −5n2

    f) gn =1√

    n2 + 3

    g) hn = −4n

    n + 3h) dn =

    1n

    se n é par

    −1 se n é ímpar

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 67 / 74

    9 – Exercícios

    6) Estude, quanto à monotonia, as sucessões cujos termos gerais são:

    a) un = n2 − n b) un = 2n + (−1)n

    c) un = (−1)nn d) un = (−1)n + (−1)n−1

    e) un =1

    2n − (−1)n f) un = 1 −n + 1

    2n

    g) un =n + 1n2 + 3

    h) un =n2 + 33n + 2

    i) un =

    (

    32

    )n

    n!j)

    {

    u1 = 1

    un+1 = n(1 + un)

    k)

    {

    u1 = 1

    un+1 =√

    25 + 3unl) un =

    2n − 15

    se n 6 15

    5 − 12n

    se n > 15

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 68 / 74

  • 9 – Exercícios

    7) Calcule, caso exista, o limite de cada uma das sucessões de termo geral

    a) an = 1 − n b) bn = n − 3 c) cn = −n + 1

    d) dn =−3n + 2

    2e) en =

    1 − nn

    f) an =(

    1 − nn

    )2

    g) dn =(

    n − 1−2n

    )3

    h) an =6 + (−1)n

    7ni) an =

    2n + 1

    j) an =2n + 3

    4nk) un =

    2n2 + 1n2

    l) vn =(

    −12

    − 1n + 1

    )2

    m) an =7n2

    n3− 1

    nn) an = (n + 1)

    2 + n3 o) an = −n2 − n3;

    p) cn = n3 − n2 q) dn = n2 − n3 r) en = n3 + n2

    s) an =

    2 +3n

    se n é par

    2n2 + nn2

    se n é ímpart) bn =

    3√n

    + 1 se n é par

    2 − 1√n

    se n é ímpar

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 69 / 74

    9 – Exercícios

    8) Calcule

    a) limn→+∞

    2n

    4n+1b) lim

    n→+∞

    6n

    4n+1

    c) limn→+∞

    2n

    1 + 5n+1d) lim

    n→+∞

    3n+1 + 73n − 1

    e) limn→+∞

    2n + 34n + 8

    f) limn→+∞

    2n − 3n6n

    g) limn→+∞

    (

    2n+1 − 2n)

    h) limn→+∞

    [

    1 −(

    23

    )n]

    i) limn→+∞

    [

    1 −(

    32

    )n]

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 70 / 74

    9 – Exercícios

    9) Calcule

    a) limn→+∞

    (

    1 +1n

    )n−1

    b) limn→+∞

    (

    1 +1

    n + 3

    )n

    c) limn→+∞

    (

    1 +1n

    )8n

    d) limn→+∞

    (

    1 +1n

    )n/2

    e) limn→+∞

    (

    1 +1n

    )

    −3n

    f) limn→+∞

    (

    1 +1

    3n

    )n

    g) limn→+∞

    (

    1 − 12n

    )n

    h) limn→+∞

    (

    1 +4

    3n

    )n

    i) limn→+∞

    (

    n − 1n + 2

    )n

    j) limn→+∞

    (

    n2 + 1n2 + 5

    )n2

    k) limn→+∞

    (

    5n − 25n + 3

    )3n

    l) limn→+∞

    (

    1 +12n

    )2n+1

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 71 / 74

    9 – Exercícios

    10) Dê exemplos de sucessões (an) e (bn) tais que an → +∞, bn → +∞ e

    a) (an − bn) → −∞ b) (an − bn) → +∞

    c) (an − bn) → 0 d) (an − bn) → 3

    e) (an − bn) não tem limite f)anbn

    → 0

    g)anbn

    → +∞ h) anbn

    → 5

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 72 / 74

  • 9 – Exercícios

    11) Das seguintes sucessões, indique as que são convergentes.

    a)800n

    + (−1)n b) 800 + (−1)n

    n

    c) 800 + (−1)n × n d) n2[(−1)n + 1]

    e) 3n + (−1)n f) 3 + (−1)n

    n2

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 73 / 74

    9 – Exercícios

    12) Calcule cada um dos seguintes limites:

    a) limn→+∞

    (−1)nn2 + 1

    b) limn→+∞

    n

    n2 + 1

    c) limn→+∞

    (

    1 +2n

    )

    −n−2

    d) limn→+∞

    3n + 2n

    5n

    e) limn→+∞

    3 − n52 + n4

    f) limn→+∞

    (

    n + 33n + 1

    )3

    g) limn→+∞

    √n2 + n + 3

    n + 1h) lim

    n→+∞

    7−n

    2−n

    i) limn→+∞

    3 + (−1)nnn2

    j) limn→+∞

    (

    2n8n + 1

    )2n

    k) limn→+∞

    n3 + 1 −√

    n2 + 2

    António Bento (UBI) Cálculo II 2014/2015 74 / 74

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