AYT Matematik · Limit ve Süreklilik

Limit Hesaplama ve Belirsizlik (0/0)

~10 dk okumaZorluk: Orta19 çözümlü soru

Limit, bir fonksiyonun bir noktaya yaklaşırken aldığı değeri inceler; o noktada tanımlı olmasa bile davranışını yakalar. Bu konu, limit hesabının pratik motorunu kurar: doğrudan yerine koyma, \frac{0}{0} belirsizliğini çarpanlara ayırma ve eşlenik ile çözme, ve temel trigonometrik limit. AYT'de neredeyse her yıl çıkan limit sorularının tamamı bu üç tekniğe dayanır.

1. Limitin Özellikleri

\lim\limits_{x\to a}f(x)=L ve \lim\limits_{x\to a}g(x)=M (her ikisi de sonlu) olsun. Limit, işlemlerle uyumludur:

ÖzellikKural
Toplam – fark\lim\limits_{x\to a}\big(f\pm g\big)=L\pm M
Sabitle çarpım\lim\limits_{x\to a}\big(c\cdot f\big)=c\cdot L
Çarpım\lim\limits_{x\to a}\big(f\cdot g\big)=L\cdot M
Bölüm\lim\limits_{x\to a}\dfrac{f}{g}=\dfrac{L}{M}\quad (M\ne 0)
Kuvvet\lim\limits_{x\to a}\big(f(x)\big)^{n}=L^{n}

2. Doğrudan Yerine Koyma

Bir fonksiyon x=a noktasında tanımlı ve sürekliyse, limit basitçe fonksiyon değeridir:

\lim_{x\to a}f(x)=f(a)

Polinomlar her noktada sürekli olduğundan limit her zaman doğrudan yerine koyarak bulunur. Rasyonel, köklü ve trigonometrik ifadelerde de payda sıfır olmadığı sürece bu yöntem geçerlidir. İlk hamlen daima yerine koymak olmalı.

3. \frac{0}{0} Belirsizliği

Yerine koyduğunda \dfrac{0}{0} çıkıyorsa sonuç belirsizdir — bu "limit yok" demek değildir; pay ve payda x=a'da birlikte sıfırlandığından ortak bir çarpan taşırlar. Bu çarpanı sadeleştirerek belirsizliği kaldırırız. İki yöntem vardır.

3.1. Çarpanlara Ayırma

Pay ve paydayı çarpanlarına ayır, ortak çarpanı sadeleştir, sonra yerine koy. x=a kök ise her iki ifade de (x-a) çarpanını içerir.

\lim_{x\to 2}\frac{x^{2}-4}{x-2}=\lim_{x\to 2}\frac{(x-2)(x+2)}{x-2}=\lim_{x\to 2}(x+2)=4

3.2. Eşlenik ile Genişletme

İfade kök içeriyorsa, kökü barındıran kısmın eşleniğiyle pay ve paydayı birlikte çarp. (\sqrt{A}-B)(\sqrt{A}+B)=A-B^{2} özdeşliği kökü kaldırır ve ortak çarpan ortaya çıkar.

\lim_{x\to 0}\frac{\sqrt{x+4}-2}{x}=\lim_{x\to 0}\frac{(x+4)-4}{x\big(\sqrt{x+4}+2\big)}=\lim_{x\to 0}\frac{1}{\sqrt{x+4}+2}=\frac{1}{4}

4. Temel Trigonometrik Limit

Tek bir özel limit ve onun doğrudan sonucu, tüm temel trigonometrik limitleri çözer:

\lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{x}=1\qquad\Longrightarrow\qquad \lim_{x\to 0}\frac{\tan x}{x}=1

Buradaki kritik nokta: kural ancak sinüsün argümanı ile paydadaki ifade aynı olduğunda doğrudan 1 verir. Argümanlar farklıysa, paydayı argümana eşitleyecek biçimde düzenlemek gerekir. Örneğin \dfrac{\sin 3x}{x}'te paydayı 3x yapıp dengelemek için 3 ile çarparız.

Dikkat: \dfrac{\sin 3x}{x} ifadesinin limiti 1 değildir. Argüman 3x, payda x olduğundan sonuç 3'tür. Argüman uyumunu daima kontrol et.

Çözümlü Örnekler

Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 3}\big(x^{2}-2x+1\big) limitini hesaplayınız.

  1. İfade bir polinomdur; her noktada süreklidir, doğrudan yerine koy.

  2. x=3 yaz: 3^{2}-2\cdot 3+1=9-6+1.

  3. Sonuç: 4.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 3}\big(x^{2}-2x+1\big)=4.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 3}\dfrac{x^{2}-5x+6}{x-3} limitini hesaplayınız.

Önce yerine koy. \frac{0}{0} çıkarsa payı çarpanlarına ayır.

  1. Yerine koy: pay 9-15+6=0, payda 0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Payı çarpanlara ayır: x^{2}-5x+6=(x-2)(x-3).

  3. Sadeleştir: \dfrac{(x-2)(x-3)}{x-3}=x-2.

  4. Yerine koy: \lim\limits_{x\to 3}(x-2)=3-2=1.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 3}\dfrac{x^{2}-5x+6}{x-3}=1.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sqrt{x+4}-2}{x} limitini hesaplayınız.

Pay kök içerdiğinden, pay ve paydayı \sqrt{x+4}+2 ile genişlet.

  1. Yerine koy: pay \sqrt{4}-2=0, payda 0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Eşlenikle genişlet: pay ve paydayı \sqrt{x+4}+2 ile çarp.

  3. Payı sadeleştir: \big(\sqrt{x+4}-2\big)\big(\sqrt{x+4}+2\big)=(x+4)-4=x.

  4. İfade: \dfrac{x}{x\big(\sqrt{x+4}+2\big)}=\dfrac{1}{\sqrt{x+4}+2}.

  5. Yerine koy: \dfrac{1}{\sqrt{4}+2}=\dfrac{1}{4}.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sqrt{x+4}-2}{x}=\dfrac{1}{4}.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 3x}{x} limitini hesaplayınız.

Paydayı sinüsün argümanı olan 3x'e benzetmek için pay ve paydayı düzenle.

  1. Temel limiti kullanabilmek için paydada 3x görmeliyiz; payı bozmadan 3 ile genişlet:

\frac{\sin 3x}{x}=3\cdot\frac{\sin 3x}{3x}

  1. x\to 0 iken 3x\to 0 olduğundan \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 3x}{3x}=1.

  2. Çarpan ile birlikte: 3\cdot 1=3.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 3x}{x}=3.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 3x}{\sin 2x} limitini hesaplayınız.

Pay ve paydayı kendi argümanlarına böl: her birini \frac{\sin(\cdot)}{(\cdot)} biçimine getir.

  1. İfadeyi \dfrac{\sin 3x}{\sin 2x}=\dfrac{\dfrac{\sin 3x}{x}}{\dfrac{\sin 2x}{x}} biçiminde yaz.

  2. Pay ve paydayı argümanlarına eşle:

\frac{\sin 3x}{x}=3\cdot\frac{\sin 3x}{3x}\to 3,\qquad \frac{\sin 2x}{x}=2\cdot\frac{\sin 2x}{2x}\to 2

  1. Bölümün limiti: \dfrac{3}{2}.
Sonuç: \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 3x}{\sin 2x}=\dfrac{3}{2}.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\tan x}{x} limitini hesaplayınız.

  1. \tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x} yazarak ifadeyi aç: \dfrac{\tan x}{x}=\dfrac{\sin x}{x}\cdot\dfrac{1}{\cos x}.

  2. x\to 0 iken \dfrac{\sin x}{x}\to 1 ve \cos x\to \cos 0=1.

  3. Çarpım: 1\cdot\dfrac{1}{1}=1.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\tan x}{x}=1.

Çözümlü Sorular

Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 2}\dfrac{x^{2}-x-2}{x^{2}-4} limitini hesaplayınız.

  1. Yerine koy: pay 4-2-2=0, payda 4-4=0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Çarpanlara ayır: pay x^{2}-x-2=(x-2)(x+1), payda x^{2}-4=(x-2)(x+2).

  3. Sadeleştir: \dfrac{(x-2)(x+1)}{(x-2)(x+2)}=\dfrac{x+1}{x+2}.

  4. Yerine koy: \dfrac{2+1}{2+2}=\dfrac{3}{4}.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 2}\dfrac{x^{2}-x-2}{x^{2}-4}=\dfrac{3}{4}.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 1}\dfrac{x^{3}-1}{x-1} limitini hesaplayınız.

  1. Yerine koy: pay 1-1=0, payda 0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Pay bir küpler farkıdır: x^{3}-1=(x-1)(x^{2}+x+1).

  3. Sadeleştir: \dfrac{(x-1)(x^{2}+x+1)}{x-1}=x^{2}+x+1.

  4. Yerine koy: 1+1+1=3.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 1}\dfrac{x^{3}-1}{x-1}=3.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to -1}\dfrac{x^{2}-1}{x^{2}+3x+2} limitini hesaplayınız.

  1. Yerine koy: pay 1-1=0, payda 1-3+2=0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Çarpanlara ayır: pay x^{2}-1=(x-1)(x+1), payda x^{2}+3x+2=(x+1)(x+2).

  3. Sadeleştir: \dfrac{(x-1)(x+1)}{(x+1)(x+2)}=\dfrac{x-1}{x+2}.

  4. Yerine koy: \dfrac{-1-1}{-1+2}=\dfrac{-2}{1}=-2.

Sonuç: \lim\limits_{x\to -1}\dfrac{x^{2}-1}{x^{2}+3x+2}=-2.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 3}\dfrac{\sqrt{x+1}-2}{x-3} limitini hesaplayınız.

  1. Yerine koy: pay \sqrt{4}-2=0, payda 0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Pay kök içerdiğinden, pay ve paydayı \sqrt{x+1}+2 ile genişlet.

  3. Payı sadeleştir: \big(\sqrt{x+1}-2\big)\big(\sqrt{x+1}+2\big)=(x+1)-4=x-3.

  4. İfade: \dfrac{x-3}{(x-3)\big(\sqrt{x+1}+2\big)}=\dfrac{1}{\sqrt{x+1}+2}.

  5. Yerine koy: \dfrac{1}{\sqrt{4}+2}=\dfrac{1}{4}.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 3}\dfrac{\sqrt{x+1}-2}{x-3}=\dfrac{1}{4}.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 4}\dfrac{x-4}{\sqrt{x}-2} limitini hesaplayınız.

  1. Yerine koy: pay 0, payda \sqrt{4}-2=0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Payda kök içerdiğinden, pay ve paydayı \sqrt{x}+2 ile genişlet.

  3. Paydayı sadeleştir: \big(\sqrt{x}-2\big)\big(\sqrt{x}+2\big)=x-4.

  4. İfade: \dfrac{(x-4)\big(\sqrt{x}+2\big)}{x-4}=\sqrt{x}+2.

  5. Yerine koy: \sqrt{4}+2=4.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 4}\dfrac{x-4}{\sqrt{x}-2}=4.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 5x}{\tan 2x} limitini hesaplayınız.

  1. Pay ve paydayı x'e bölerek temel limitlere indirge: \dfrac{\sin 5x}{\tan 2x}=\dfrac{\dfrac{\sin 5x}{x}}{\dfrac{\tan 2x}{x}}.

  2. Argümanlara eşle: \dfrac{\sin 5x}{x}=5\cdot\dfrac{\sin 5x}{5x}\to 5 ve \dfrac{\tan 2x}{x}=2\cdot\dfrac{\tan 2x}{2x}\to 2.

  3. Bölümün limiti: \dfrac{5}{2}.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 5x}{\tan 2x}=\dfrac{5}{2}.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{1-\cos x}{x^{2}} limitini hesaplayınız.

Payı 1-\cos^{2}x=\sin^{2}x yapmak için 1+\cos x ile genişlet.

  1. Yerine koy: pay 1-1=0, payda 0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Pay ve paydayı 1+\cos x ile genişlet; pay \big(1-\cos x\big)\big(1+\cos x\big)=1-\cos^{2}x=\sin^{2}x olur.

  3. İfade: \dfrac{\sin^{2}x}{x^{2}\big(1+\cos x\big)}=\Big(\dfrac{\sin x}{x}\Big)^{2}\cdot\dfrac{1}{1+\cos x}.

  4. x\to 0 iken \dfrac{\sin x}{x}\to 1 ve \cos x\to 1, yani \dfrac{1}{1+\cos x}\to\dfrac{1}{2}.

  5. Çarpım: 1^{2}\cdot\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{2}.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{1-\cos x}{x^{2}}=\dfrac{1}{2}.

Sınav Tarzı Sorular

Aşağıdaki sorular, ÖSYM'nin AYT'de sorduğu çok kavramlı, dolaylı (5 şıklı) soru tarzına örnek olarak özgün biçimde hazırlanmıştır.

Örnek
Soru

a=\lim\limits_{x\to 3}\dfrac{\sqrt{x+1}-2}{x^{2}-5x+6} ve b=\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin 6x}{2x} olarak veriliyor.

Buna göre a\cdot b çarpımı kaçtır?

A) \dfrac{1}{4} · B) \dfrac{1}{2} · C) \dfrac{3}{4} · D) 1 · E) \dfrac{3}{2}

  1. a için yerine koy: pay \sqrt{4}-2=0, payda 9-15+6=0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Payı eşlenikle genişlet: \big(\sqrt{x+1}-2\big)\big(\sqrt{x+1}+2\big)=(x+1)-4=x-3.

  3. Paydayı çarpanlara ayır: x^{2}-5x+6=(x-2)(x-3).

  4. İfade: \dfrac{x-3}{(x-2)(x-3)\big(\sqrt{x+1}+2\big)}=\dfrac{1}{(x-2)\big(\sqrt{x+1}+2\big)}.

  5. Yerine koy: a=\dfrac{1}{(3-2)\big(\sqrt{4}+2\big)}=\dfrac{1}{1\cdot 4}=\dfrac{1}{4}.

  6. b için argümanı eşle: \dfrac{\sin 6x}{2x}=\dfrac{6}{2}\cdot\dfrac{\sin 6x}{6x}\to 3\cdot 1=3, yani b=3.

  7. Çarpım: a\cdot b=\dfrac{1}{4}\cdot 3=\dfrac{3}{4}.

Sonuç: C) \dfrac{3}{4}
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{1-\cos 4x}{x\cdot\sin 3x} limiti veriliyor.

Buna göre bu limitin değeri kaçtır?

A) \dfrac{4}{3} · B) 2 · C) \dfrac{8}{3} · D) 3 · E) \dfrac{16}{3}

  1. Yerine koy: pay 1-\cos 0=0, payda 0. Belirsizlik \dfrac{0}{0}.

  2. Payı 1+\cos 4x ile genişlet: \big(1-\cos 4x\big)\big(1+\cos 4x\big)=1-\cos^{2}4x=\sin^{2}4x.

  3. İfade: \dfrac{\sin^{2}4x}{x\cdot\sin 3x\cdot\big(1+\cos 4x\big)}.

  4. Her çarpanı argümanına eşle:

\frac{\sin^{2}4x}{x^{2}}=\Big(\frac{\sin 4x}{x}\Big)^{2}\to 16,\qquad \frac{\sin 3x}{x}\to 3

  1. Limiti düzenle: \dfrac{\big(\frac{\sin 4x}{x}\big)^{2}}{\big(\frac{\sin 3x}{x}\big)\cdot\big(1+\cos 4x\big)}\to\dfrac{16}{3\cdot(1+1)}=\dfrac{16}{6}=\dfrac{8}{3}.
Sonuç: C) \dfrac{8}{3}
Örnek
Soru

a ve b gerçek sayılar olmak üzere \lim\limits_{x\to 2}\dfrac{x^{2}+ax+b}{x-2} limiti sonlu bir değere eşit ve bu değer 5'tir.

Buna göre a-b farkı kaçtır?

A) -7 · B) -5 · C) 1 · D) 5 · E) 7

  1. Payda x\to 2 iken 0'a gider. Limitin sonlu olması için pay da x=2'de 0 olmalı; yani \dfrac{0}{0} belirsizliği gerekir.

  2. Pay (x-2) çarpanını içerir; payı x^{2}+ax+b=(x-2)(x-c) biçiminde yaz.

  3. Sadeleştir: \dfrac{(x-2)(x-c)}{x-2}=x-c.

  4. Yerine koy: \lim\limits_{x\to 2}(x-c)=2-c=5\Rightarrow c=-3.

  5. Payı aç: (x-2)(x+3)=x^{2}+x-6, yani a=1 ve b=-6.

  6. Fark: a-b=1-(-6)=7.

Sonuç: E) 7
Örnek
Soru

L=\lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\tan 4x-\sin 4x}{x^{3}} limiti veriliyor.

Buna göre L kaçtır?

A) 8 · B) 16 · C) 24 · D) 32 · E) 64

  1. Payı ortak parantezine al: \tan 4x-\sin 4x=\dfrac{\sin 4x}{\cos 4x}-\sin 4x=\sin 4x\cdot\dfrac{1-\cos 4x}{\cos 4x}.

  2. İfade: \dfrac{\sin 4x\,(1-\cos 4x)}{x^{3}\cos 4x}.

  3. 1-\cos 4x'i 1+\cos 4x ile genişlet: 1-\cos 4x=\dfrac{\sin^{2}4x}{1+\cos 4x}.

  4. İfade: \dfrac{\sin 4x\cdot\sin^{2}4x}{x^{3}\cos 4x\,(1+\cos 4x)}=\dfrac{\sin^{3}4x}{x^{3}}\cdot\dfrac{1}{\cos 4x\,(1+\cos 4x)}.

  5. \dfrac{\sin^{3}4x}{x^{3}}=\Big(\dfrac{\sin 4x}{x}\Big)^{3}\to 4^{3}=64, ve x\to 0 iken \cos 4x\to 1, 1+\cos 4x\to 2.

  6. Limit: L=64\cdot\dfrac{1}{1\cdot 2}=32.

Sonuç: D) 32
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to 1}\dfrac{\sqrt[3]{x}-1}{\sqrt{x}-1} limiti veriliyor.

Buna göre bu limitin değeri kaçtır?

A) \dfrac{1}{3} · B) \dfrac{1}{2} · C) \dfrac{2}{3} · D) 1 · E) \dfrac{3}{2}

u=\sqrt[6]{x} dönüşümü ile \sqrt[3]{x}=u^{2} ve \sqrt{x}=u^{3} olur; x\to 1 iken u\to 1.

  1. u=\sqrt[6]{x} diyelim. O zaman \sqrt[3]{x}=x^{1/3}=u^{2} ve \sqrt{x}=x^{1/2}=u^{3}. x\to 1 iken u\to 1.

  2. İfade: \dfrac{u^{2}-1}{u^{3}-1}=\dfrac{(u-1)(u+1)}{(u-1)(u^{2}+u+1)}.

  3. u\to 1 için u\ne 1, sadeleştir: \dfrac{u+1}{u^{2}+u+1}.

  4. Yerine koy (u=1): \dfrac{1+1}{1+1+1}=\dfrac{2}{3}.

Sonuç: C) \dfrac{2}{3}
Örnek
Soru

f(x)=\dfrac{\sin(x-2)}{x^{2}-4} olmak üzere L=\lim\limits_{x\to 2} f(x) değeri veriliyor.

Buna göre 8L kaçtır?

A) 1 · B) 2 · C) 3 · D) 4 · E) 6

  1. Paydayı çarpanlara ayır: x^{2}-4=(x-2)(x+2).

  2. İfade: \dfrac{\sin(x-2)}{(x-2)(x+2)}=\dfrac{\sin(x-2)}{x-2}\cdot\dfrac{1}{x+2}.

  3. x\to 2 iken (x-2)\to 0, yani \dfrac{\sin(x-2)}{x-2}\to 1 (temel limit, argüman ile payda aynı).

  4. Geri kalan: \dfrac{1}{x+2}\to\dfrac{1}{2+2}=\dfrac{1}{4}.

  5. Limit: L=1\cdot\dfrac{1}{4}=\dfrac{1}{4}, dolayısıyla 8L=8\cdot\dfrac{1}{4}=2.

Sonuç: B) 2

Sık Yapılan Hatalar

Sınav İpucu

Limit sorusunda izlenecek sıra nettir:

  1. Önce doğrudan yerine koy. Sonuç sonlu bir sayıysa cevap odur.
  2. \dfrac{0}{0} çıktıysa: polinomda çarpanlara ayır, kökte eşlenik kullan, ortak çarpanı sadeleştir, tekrar yerine koy.
  3. İfade \sin veya \tan içeriyor ve x\to 0 ise: paydayı argümana eşleyerek \lim\limits_{x\to 0}\dfrac{\sin x}{x}=1 kuralına indirgenir. Katsayıları (örneğin \dfrac{\sin ax}{\sin bx}\to\dfrac{a}{b}) hızlıca kullan.