Determinare gli eventuali α∈ℝ per i quali il limite indicato esiste finito e in tal caso calcolarlo:
lim x → 0 1 2 · ln ( 1 + x 2 ) − ( sin x ) 2 + 1 2 · tan ( x 2 ) x α
Sviluppi di Taylor:
ln ( 1 + x 2 ) = x 2 − x 4 2 + o ( x 4 )
sin x = x − x 3 6 + o ( x 4 )
tan ( x 2 ) = x 2 + x 6 3 + o ( x 8 )
Sviluppo del numeratore:
N ( x ) = 1 2 · ln ( 1 + x 2 ) − ( sin x ) 2 + 1 2 · tan ( x 2 ) = 1 2 · [ x 2 − x 4 2 + o ( x 4 ) ] − [ x − x 3 6 + o ( x 4 ) ] 2 + 1 2 · [ x 2 + x 6 3 + o ( x 8 ) ] =
= x 2 2 − x 4 4 + o ( x 4 ) − x 2 − x 6 36 + o ( x 8 ) + x 4 3 + o ( x 5 ) + o ( x 7 ) + x 2 2 + x 6 6 + o ( x 8 ) = 1 12 x 4 + 5 36 x 6 + o ( x 4 )
In conclusione:
lim x → 0 1 2 · ln ( 1 + x 2 ) − ( sin x ) 2 + 1 2 · tan ( x 2 ) x α = lim x → 0 1 12 x 4 + 5 36 x 6 + o ( x 4 ) x α = lim x → 0 1 12 + 5 36 x 2 + o ( 1 ) x α − 4
Possono presentarsi tre casi:
{ α < 4 → α − 4 < 0 → lim x → 0 1 12 + 5 x 2 12 + o ( 1 ) x α − 4 = 0 α = 4 → α − 4 = 0 → lim x → 0 1 12 + 5 x 2 12 + o ( 1 ) x 0 = 1 12 α > 4 → α − 4 > 0 → lim x → 0 1 12 + 5 x 2 12 + o ( 1 ) x α − 4 = + ∞ ( non interessa )