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Teorema da Permanência do Sinal (Funções): 20 Exercícios Resolvidos Passo a Passo

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By Pimath, 9 Agosto, 2026

Os exercícios seguintes permitem compreender e aplicar, passo a passo, o teorema da permanência do sinal. Parte-se de aplicações diretas, nas quais basta calcular um limite e observar o seu sinal, para se chegar progressivamente a consequências mais importantes do teorema, como a não anulação de uma função, o estudo do sinal de produtos e de quocientes, e a comparação entre duas funções.

Exercício 1 — nível ★☆☆☆☆

Seja

\[ f(x)=x+3. \]

Utilizando o teorema da permanência do sinal, determinar o sinal de \(f(x)\) numa vizinhança adequada de \(x=0\).

Resultado

Existe uma vizinhança de \(0\) na qual

\[ f(x)>0. \]

Resolução

Para aplicar o teorema da permanência do sinal, devemos primeiro calcular o limite da função no ponto considerado.

Como \(f(x)=x+3\), temos

\[ \lim_{x\to0}(x+3)=3. \]

O valor do limite é, portanto,

\[ L=3>0. \]

O teorema da permanência do sinal afirma que, quando o limite é estritamente positivo, também a função é positiva para todos os \(x\) suficientemente próximos do ponto para o qual \(x\) tende.

Logo, existe \(\delta>0\) tal que

\[ f(x)>0 \]

para todo \(x\in(-\delta,\delta)\setminus\{0\}\).

Neste caso simples, podemos também identificar diretamente uma vizinhança possível. Com efeito,

\[ x+3>0 \]

equivale a

\[ x>-3. \]

Por exemplo, tomando \(\delta=1\), se \(-1<x<1\) então certamente \(x>-3\), logo

\[ x+3>0. \]

Verificamos assim, de forma concreta, a conclusão garantida pelo teorema.

Exercício 2 — nível ★☆☆☆☆

Seja

\[ f(x)=2x-5. \]

Determinar o sinal de \(f(x)\) numa vizinhança adequada de \(x=1\).

Resultado

Existe uma vizinhança de \(1\) na qual

\[ f(x)<0. \]

Resolução

Calculemos primeiro o limite da função quando \(x\to1\):

\[ \lim_{x\to1}(2x-5)=2\cdot1-5=-3. \]

O limite é, portanto,

\[ L=-3<0. \]

Como o limite é estritamente negativo, o teorema da permanência do sinal garante que \(f(x)\) é negativa para todos os \(x\) suficientemente próximos de \(1\).

Existe, então, \(\delta>0\) tal que

\[ 2x-5<0 \]

para todo \(x\in(1-\delta,1+\delta)\setminus\{1\}\).

Podemos verificar diretamente esta conclusão. A inequação

\[ 2x-5<0 \]

equivale a

\[ x<\frac52. \]

Basta, então, escolher uma vizinhança de \(1\) que fique inteiramente à esquerda de \(\displaystyle\frac{5}{2}\). Por exemplo, com \(\delta=1\) obtém-se

\[ 0<x<2, \]

e, portanto, \(x<\displaystyle\frac{5}{2}\). Assim, \(f(x)<0\) nessa vizinhança.

Exercício 3 — nível ★☆☆☆☆

Consideremos

\[ f(x)=x^2+1. \]

Utilizar o teorema da permanência do sinal para determinar o sinal da função numa vizinhança de \(x=2\).

Resultado

Existe uma vizinhança de \(2\) na qual

\[ f(x)>0. \]

Resolução

Calculamos o limite:

\[ \lim_{x\to2}(x^2+1)=2^2+1=5. \]

Temos, portanto,

\[ L=5>0. \]

Como o limite é estritamente positivo, o teorema da permanência do sinal assegura que existe uma vizinhança de \(2\) na qual \(f(x)\) também é positiva.

Assim, para um certo \(\delta>0\),

\[ x^2+1>0 \]

para todo \(x\in(2-\delta,2+\delta)\setminus\{2\}\).

Neste caso, podemos observar ainda algo mais forte: como \(x^2\geq0\) para todo \(x\in\mathbb R\), tem-se

\[ x^2+1\geq1>0 \]

para todo número real \(x\). A função é, portanto, positiva não apenas perto de \(2\), mas em todo o \(\mathbb R\).

O teorema, no entanto, exige apenas uma conclusão local: a partir da positividade do limite, podemos certamente deduzir a positividade da função numa vizinhança adequada de \(2\).

Exercício 4 — nível ★☆☆☆☆

Seja

\[ f(x)=\frac{x+1}{x+2}. \]

Determinar o sinal de \(f(x)\) numa vizinhança adequada de \(x=0\).

Resultado

Existe uma vizinhança de \(0\) na qual

\[ f(x)>0. \]

Resolução

Calculamos o limite quando \(x\to0\). Como o denominador tende para \(2\neq0\), podemos substituir diretamente \(x=0\):

\[ \lim_{x\to0}\frac{x+1}{x+2} = \frac{1}{2}. \]

O valor do limite é

\[ L=\frac12>0. \]

O teorema da permanência do sinal permite-nos, então, concluir que a função assume valores positivos para todos os \(x\) suficientemente próximos de \(0\).

Em símbolos, existe \(\delta>0\) tal que

\[ \frac{x+1}{x+2}>0 \]

para todo \(x\in(-\delta,\delta)\setminus\{0\}\).

Importa notar que não foi necessário resolver diretamente uma inequação racional: o sinal positivo do limite é suficiente para garantir o sinal positivo da função numa vizinhança adequada do ponto.

Exercício 5 — nível ★☆☆☆☆

Consideremos

\[ f(x)=\ln(x)-1. \]

Determinar o sinal de \(f(x)\) numa vizinhança adequada de \(x=1\).

Resultado

Existe uma vizinhança de \(1\) na qual

\[ f(x)<0. \]

Resolução

A função está definida para \(x>0\), logo, em particular, está definida numa vizinhança suficientemente pequena de \(1\).

Calculamos o limite:

\[ \lim_{x\to1}(\ln(x)-1)=\ln(1)-1=0-1=-1. \]

Temos, então,

\[ L=-1<0. \]

Pelo teorema da permanência do sinal, existe então \(\delta>0\) tal que, para todo \(x\) suficientemente próximo de \(1\),

\[ \ln(x)-1<0. \]

Por outras palavras, a função mantém o mesmo sinal do seu próprio limite e é negativa numa vizinhança adequada de \(1\).

Exercício 6 — nível ★★☆☆☆

Sabendo que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=4, \]

provar que existe uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)>2. \]

Resultado

Existe \(\delta>0\) tal que

\[ f(x)>2 \]

para todo \(x\in(x_0-\delta,x_0+\delta)\setminus\{x_0\}\).

Resolução

Não pretendemos provar apenas que \(f(x)\) é positiva perto de \(x_0\), mas sim a propriedade mais precisa

\[ f(x)>2. \]

Sabemos que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=4. \]

Pela definição de limite, para todo \(\epsilon>0\) existe \(\delta>0\) tal que

\[ |f(x)-4|<\epsilon \]

quando \(0<|x-x_0|<\delta\).

Queremos obter precisamente \(2\) como cota inferior. Escolhemos, então,

\[ \epsilon=2. \]

A definição de limite garante a existência de \(\delta>0\) tal que

\[ |f(x)-4|<2. \]

Eliminando o valor absoluto, obtemos

\[ -2<f(x)-4<2. \]

Somando \(4\) a todos os membros:

\[ 2<f(x)<6. \]

Em particular,

\[ f(x)>2. \]

Obtivemos, assim, não apenas a positividade de \(f(x)\), mas uma estimativa quantitativa mais forte.

Exercício 7 — nível ★★☆☆☆

Sabendo que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=-6, \]

provar que existe uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)<-3. \]

Resultado

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ f(x)<-3. \]

Resolução

Sabemos que \(f(x)\) tende para \(-6\). Pretendemos mostrar que, aproximando-nos suficientemente de \(x_0\), os valores de \(f(x)\) permanecem abaixo de \(-3\).

Pela definição de limite, fixado qualquer \(\epsilon>0\), para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\) verifica-se

\[ |f(x)+6|<\epsilon. \]

Escolhemos

\[ \epsilon=3. \]

Obtemos

\[ |f(x)+6|<3. \]

Isto equivale a

\[ -3<f(x)+6<3. \]

Subtraindo \(6\) a todos os membros:

\[ -9<f(x)<-3. \]

Desta dupla desigualdade decorre imediatamente

\[ f(x)<-3. \]

Em particular, \(f(x)\) é negativa numa vizinhança adequada de \(x_0\), exatamente como previsto pelo teorema da permanência do sinal.

Exercício 8 — nível ★★☆☆☆

Seja

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=L \]

com \(L>0\). Provar que existe uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)>\frac{L}{2}. \]

Resultado

Existe \(\delta>0\) tal que, se \(0<|x-x_0|<\delta\), então

\[ f(x)>\frac{L}{2}>0. \]

Resolução

Como \(L>0\), também

\[ \frac{L}{2}>0. \]

Escolhemos, na definição de limite,

\[ \epsilon=\frac{L}{2}. \]

Existe, então, \(\delta>0\) tal que, se

\[ 0<|x-x_0|<\delta, \]

então

\[ |f(x)-L|<\frac{L}{2}. \]

Eliminando o valor absoluto:

\[ -\frac{L}{2}<f(x)-L<\frac{L}{2}. \]

Somando \(L\) aos três membros:

\[ \frac{L}{2}<f(x)<\frac{3L}{2}. \]

Em particular,

\[ f(x)>\frac{L}{2}. \]

Como \(\displaystyle\frac{L}{2}>0\), segue-se também

\[ f(x)>0. \]

Este é precisamente o caso positivo da demonstração do teorema da permanência do sinal.

Exercício 9 — nível ★★☆☆☆

Seja

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=L \]

com \(L<0\). Provar que, para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ f(x)<\frac{L}{2}<0. \]

Resultado

Existe \(\delta>0\) tal que

\[ f(x)<\frac{L}{2}<0 \]

para todo \(x\) com \(0<|x-x_0|<\delta\).

Resolução

Como \(L<0\), temos

\[ |L|=-L. \]

Escolhemos

\[ \epsilon=\frac{|L|}{2}=-\frac{L}{2}. \]

Este número é positivo, pelo que constitui uma escolha admissível na definição de limite.

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\) verifica-se, então,

\[ |f(x)-L|<\frac{|L|}{2}. \]

Desta desigualdade obtemos, em particular,

\[ f(x)<L+\frac{|L|}{2}. \]

Como \(|L|=-L\),

\[ L+\frac{|L|}{2} = L-\frac{L}{2} = \frac{L}{2}. \]

Logo,

\[ f(x)<\frac{L}{2}. \]

Sendo \(L<0\), também \(\displaystyle\frac{L}{2}<0\). Consequentemente,

\[ f(x)<\frac{L}{2}<0, \]

e a função é negativa numa vizinhança adequada de \(x_0\).

Exercício 10 — nível ★★☆☆☆

Provar que, se

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=L\neq0, \]

então \(f(x)\neq0\) para todos os \(x\) suficientemente próximos de \(x_0\).

Resultado

Existe uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)\neq0. \]

Resolução

A hipótese fundamental é

\[ L\neq0. \]

Um número real diferente de zero só pode ser positivo ou negativo. Devemos, então, distinguir dois casos.

Se

\[ L>0, \]

o teorema da permanência do sinal garante que, para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ f(x)>0. \]

Um número estritamente positivo não pode ser zero, logo

\[ f(x)\neq0. \]

Se, pelo contrário,

\[ L<0, \]

o mesmo teorema garante

\[ f(x)<0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\). Também neste caso \(f(x)\) não pode ser igual a zero.

Em ambos os casos existe, portanto, uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)\neq0. \]

Esta consequência é particularmente importante quando \(f(x)\) aparece no denominador de um quociente.

Exercício 11 — nível ★★★☆☆

Sejam \(f\) e \(g\) duas funções tais que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=2, \qquad \lim_{x\to x_0}g(x)=-3. \]

Determinar o sinal de \(f(x)g(x)\) para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Resultado

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ f(x)g(x)<0. \]

Resolução

Analisemos separadamente as duas funções.

Como

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=2>0, \]

pelo teorema da permanência do sinal existe uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)>0. \]

Analogamente,

\[ \lim_{x\to x_0}g(x)=-3<0, \]

logo existe uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ g(x)<0. \]

Podemos escolher uma vizinhança suficientemente pequena na qual ambas as propriedades sejam verdadeiras simultaneamente.

Nessa vizinhança, \(f(x)\) é positiva e \(g(x)\) é negativa. O produto de um número positivo por um número negativo é negativo. Logo,

\[ f(x)g(x)<0. \]

Exercício 12 — nível ★★★☆☆

Sejam \(f\) e \(g\) tais que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=-4, \qquad \lim_{x\to x_0}g(x)=-2. \]

Determinar o sinal do produto \(f(x)g(x)\) perto de \(x_0\).

Resultado

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ f(x)g(x)>0. \]

Resolução

O limite de \(f(x)\) é

\[ -4<0. \]

Pela permanência do sinal, \(f(x)<0\) para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Também o limite de \(g(x)\) é negativo:

\[ -2<0. \]

Logo, novamente pelo teorema da permanência do sinal,

\[ g(x)<0 \]

numa vizinhança adequada de \(x_0\).

Restringindo eventualmente a vizinhança, podemos fazer com que ambas as desigualdades se verifiquem simultaneamente.

O produto de dois números negativos é positivo. Segue-se, então, que

\[ f(x)g(x)>0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Exercício 13 — nível ★★★☆☆

Sejam \(f\) e \(g\) duas funções tais que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=5, \qquad \lim_{x\to x_0}g(x)=-2. \]

Determinar o sinal do quociente

\[ \frac{f(x)}{g(x)} \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Resultado

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ \frac{f(x)}{g(x)}<0. \]

Resolução

Da primeira hipótese temos

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=5>0. \]

O teorema da permanência do sinal implica, então, que

\[ f(x)>0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Para a segunda função,

\[ \lim_{x\to x_0}g(x)=-2<0. \]

Segue-se que

\[ g(x)<0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Em particular, \(g(x)\neq0\) nessa vizinhança, pelo que o quociente está bem definido.

Como o numerador é positivo e o denominador é negativo, o seu quociente é negativo:

\[ \frac{f(x)}{g(x)}<0. \]

Exercício 14 — nível ★★★☆☆

Seja

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=-3. \]

Determinar o sinal da função recíproca

\[ \frac{1}{f(x)} \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Resultado

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ \frac{1}{f(x)}<0. \]

Resolução

Temos

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=-3<0. \]

Pelo teorema da permanência do sinal, existe, então, uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)<0. \]

Como \(f(x)\) é estritamente negativa, nessa vizinhança não pode ser igual a zero. Consequentemente, a função recíproca

\[ \frac{1}{f(x)} \]

está bem definida.

O recíproco de um número negativo é também negativo. Logo,

\[ \frac{1}{f(x)}<0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Exercício 15 — nível ★★★☆☆

Consideremos

\[ f(x)=x^2. \]

Quando \(x\to0\), tem-se

\[ \lim_{x\to0}x^2=0. \]

É possível aplicar diretamente o teorema da permanência do sinal? O que podemos, ainda assim, afirmar sobre o sinal de \(f(x)\) numa vizinhança de \(0\)?

Resultado

O teorema da permanência do sinal, na forma relativa a um limite \(L\neq0\), não é aplicável. No entanto,

\[ x^2>0 \]

para todo \(x\neq0\).

Resolução

O limite da função é

\[ \lim_{x\to0}x^2=0. \]

O teorema da permanência do sinal estudado exige que o limite seja diferente de zero:

\[ L\neq0. \]

Neste exercício, porém,

\[ L=0. \]

Não podemos, portanto, utilizar diretamente o teorema para deduzir o sinal da função.

Isto não significa que \(f(x)\) não tenha um sinal determinado perto de \(0\). Devemos simplesmente estudá-lo com outros argumentos.

para todo número real \(x\),

\[ x^2\geq0. \]

Além disso,

\[ x^2=0 \]

apenas quando \(x=0\). Assim, numa vizinhança de \(0\), para \(x\neq0\), temos sempre

\[ x^2>0. \]

Este exercício mostra um ponto importante: ter um limite diferente de zero é uma condição suficiente para aplicar o teorema da permanência do sinal, mas uma função pode manter um sinal determinado mesmo quando o seu limite é igual a zero.

Exercício 16 — nível ★★★☆☆

Consideremos

\[ f(x)=x \]

quando \(x\to0\). Determinar se a função mantém um sinal constante numa vizinhança de \(0\).

Resultado

Não. Em qualquer vizinhança de \(0\), a função assume tanto valores negativos como positivos.

Resolução

O limite é

\[ \lim_{x\to0}x=0. \]

Também neste caso o limite é igual a zero, pelo que o teorema da permanência do sinal, na forma estudada, não é aplicável.

Examinemos diretamente o comportamento da função.

Se \(x<0\), então

\[ f(x)=x<0. \]

Se, pelo contrário, \(x>0\), então

\[ f(x)=x>0. \]

Qualquer vizinhança de \(0\) contém tanto números negativos como positivos. Consequentemente, em qualquer vizinhança de \(0\), a função assume valores de ambos os sinais.

Não existe, portanto, nenhuma vizinhança de \(0\) na qual \(f(x)\) seja sempre positiva ou sempre negativa.

Comparando este exercício com o anterior, vemos que, quando o limite é igual a zero, não é possível determinar o sinal da função conhecendo apenas o valor do limite: \(x^2\) é positiva numa vizinhança de \(0\), ao passo que \(x\) muda de sinal.

Exercício 17 — nível ★★★★☆

Seja

\[ f_a(x)=x^2+a, \]

onde \(a\in\mathbb R\). Estudar, utilizando o teorema da permanência do sinal sempre que possível, o sinal de \(f_a(x)\) numa vizinhança de \(x=0\) nos casos \(a>0\), \(a<0\) e \(a=0\).

Resultado

Se \(a>0\), então \(f_a(x)>0\) perto de \(0\).

Se \(a<0\), então \(f_a(x)<0\) perto de \(0\).

Se \(a=0\), o teorema não é diretamente aplicável, mas \(f_0(x)=x^2>0\) para todo \(x\neq0\).

Resolução

Calculemos primeiro o limite em função do parâmetro \(a\):

\[ \lim_{x\to0}(x^2+a)=a. \]

O sinal do limite depende, portanto, diretamente do valor de \(a\).

Se

\[ a>0, \]

o limite é estritamente positivo. Pelo teorema da permanência do sinal existe, então, uma vizinhança de \(0\) na qual

\[ f_a(x)=x^2+a>0. \]

Se, pelo contrário,

\[ a<0, \]

o limite é estritamente negativo. O teorema garante, então, que, para \(x\) suficientemente próximo de \(0\),

\[ f_a(x)=x^2+a<0. \]

Esta última conclusão pode parecer menos imediata, uma vez que \(x^2\) é sempre não negativo. Contudo, quando \(x\) está muito próximo de \(0\), também \(x^2\) é muito pequeno e não é suficiente para compensar o termo constante negativo \(a\).

Resta o caso

\[ a=0. \]

Neste caso,

\[ \lim_{x\to0}f_0(x)=0. \]

O teorema não é diretamente aplicável, porque o limite não é diferente de zero. No entanto,

\[ f_0(x)=x^2>0 \]

para todo \(x\neq0\).

O exercício mostra, assim, com clareza, o papel da hipótese \(L\neq0\).

Exercício 18 — nível ★★★★☆

Sejam \(f\) e \(g\) duas funções tais que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=7, \qquad \lim_{x\to x_0}g(x)=3. \]

Provar que, para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ f(x)>g(x). \]

Resultado

Existe uma vizinhança de \(x_0\) na qual

\[ f(x)>g(x). \]

Resolução

Para comparar \(f(x)\) e \(g(x)\), é útil considerar a sua diferença:

\[ h(x)=f(x)-g(x). \]

Dizer que

\[ f(x)>g(x) \]

equivale, com efeito, a dizer que

\[ f(x)-g(x)>0. \]

Calculemos, então, o limite da diferença:

\[ \lim_{x\to x_0}[f(x)-g(x)] = \lim_{x\to x_0}f(x)-\lim_{x\to x_0}g(x). \]

Substituindo os valores dados:

\[ \lim_{x\to x_0}[f(x)-g(x)] = 7-3 = 4. \]

Como

\[ 4>0, \]

o teorema da permanência do sinal, aplicado à função \(h(x)=f(x)-g(x)\), garante que

\[ f(x)-g(x)>0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Somando \(g(x)\) a ambos os membros, obtemos

\[ f(x)>g(x). \]

Exercício 19 — nível ★★★★☆

Sejam \(f\) e \(g\) duas funções tais que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=-2, \qquad \lim_{x\to x_0}g(x)=3. \]

Determinar, para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\), o sinal das expressões

\[ f(x),\qquad g(x),\qquad f(x)g(x),\qquad \frac{f(x)}{g(x)}. \]

Resultado

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ f(x)<0,\qquad g(x)>0,\qquad f(x)g(x)<0,\qquad \frac{f(x)}{g(x)}<0. \]

Resolução

Comecemos pela função \(f\). Como

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=-2<0, \]

o teorema da permanência do sinal garante que

\[ f(x)<0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Para a função \(g\), pelo contrário,

\[ \lim_{x\to x_0}g(x)=3>0. \]

Logo,

\[ g(x)>0 \]

numa vizinhança adequada de \(x_0\).

Restringindo eventualmente a vizinhança, podemos supor que ambas as propriedades se verificam simultaneamente.

Como \(f(x)\) é negativa e \(g(x)\) é positiva, o seu produto é negativo:

\[ f(x)g(x)<0. \]

Além disso, \(g(x)>0\), pelo que, em particular,

\[ g(x)\neq0. \]

O quociente está, portanto, bem definido. Sendo o numerador negativo e o denominador positivo, obtemos

\[ \frac{f(x)}{g(x)}<0. \]

Utilizámos, assim, o teorema da permanência do sinal para controlar simultaneamente o sinal de várias expressões construídas a partir das duas funções.

Exercício 20 — nível ★★★★★

Sejam \(f\), \(g\) e \(h\) três funções tais que

\[ \lim_{x\to x_0}f(x)=-2, \qquad \lim_{x\to x_0}g(x)=5, \qquad \lim_{x\to x_0}h(x)=-1. \]

Determinar o sinal da expressão

\[ \frac{[f(x)-g(x)]h(x)}{g(x)} \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Resultado

Para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\),

\[ \frac{[f(x)-g(x)]h(x)}{g(x)}>0. \]

Resolução

A expressão contém vários fatores, pelo que procedemos com ordem e determinamos separadamente o sinal de cada parte.

Comecemos pela diferença

\[ f(x)-g(x). \]

Utilizando a álgebra dos limites:

\[ \lim_{x\to x_0}[f(x)-g(x)] = -2-5 = -7. \]

Como

\[ -7<0, \]

o teorema da permanência do sinal garante que

\[ f(x)-g(x)<0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Consideremos agora \(h(x)\). Temos

\[ \lim_{x\to x_0}h(x)=-1<0. \]

Consequentemente,

\[ h(x)<0 \]

perto de \(x_0\).

O numerador da expressão é, então, o produto

\[ [f(x)-g(x)]h(x) \]

de duas quantidades negativas. O produto de dois números negativos é positivo, logo

\[ [f(x)-g(x)]h(x)>0. \]

Passemos, por fim, ao denominador. Como

\[ \lim_{x\to x_0}g(x)=5>0, \]

o teorema da permanência do sinal implica

\[ g(x)>0 \]

para \(x\) suficientemente próximo de \(x_0\).

Em particular, \(g(x)\neq0\), pelo que o quociente está bem definido.

Temos, então, um numerador positivo e um denominador positivo. O seu quociente é positivo:

\[ \frac{[f(x)-g(x)]h(x)}{g(x)}>0. \]

Importa notar que cada informação sobre o sinal poderia, inicialmente, ser válida numa vizinhança diferente de \(x_0\). Contudo, como as vizinhanças a considerar são em número finito, podemos escolher uma única vizinhança suficientemente pequena na qual todas as propriedades obtidas sejam verdadeiras simultaneamente.


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