PENTRU OB TINEREA GRADULUI DIDACTIC I ÎN ÎNV A TAMÂNT [610531]
UNIVERSITATEA "OVIDIUS" CONSTAN ¸ TA
FACULTATEA DE MATEMATIC ˘A ¸ SI INFORMATIC ˘A
LUCRARE METODICO-¸ STIIN ¸ TIFIC ˘A
PENTRU OB ¸ TINEREA GRADULUI DIDACTIC I ÎN ÎNV ˘A¸ T˘AMÂNT
Coordonator ¸ stiin¸ tific:
Prof. univ. dr. Dumitru Popa
Candidat: [anonimizat] ˘as. Sturzoiu)
Liceul de Arte "Ionel Perlea", Slobozia, Ialomi¸ ta
2020
UNIVERSITATEA "OVIDIUS" CONSTAN ¸ TA
FACULTATEA DE MATEMATIC ˘A ¸ SI INFORMATIC ˘A
LUCRARE METODICO-¸ STIIN ¸ TIFIC ˘A
PENTRU OB ¸ TINEREA GRADULUI DIDACTIC I ÎN ÎNV ˘A¸ T˘AMÂNT
LIMITE DE FUNC ¸ TII
Coordonator ¸ stiin¸ tific:
Prof. univ. dr. Dumitru Popa
Candidat: [anonimizat] ˘as. Sturzoiu)
Liceul de Arte "Ionel Perlea", Slobozia, Ialomi¸ ta
2020
2
CUPRINS
Argument ………………………………………………………………………………………………………..4
Capitolul 1: Limite de func¸ tii ………………………………………………………………………….5
1.1. Limita unei func¸ tii într-un punct ……………………………………………………………………5
1.2. Limite laterale …………………………………………………………………………………………….9
1.3. Propriet ˘a¸ tile limitei …………………………………………………………………………………….11
1.4. Limitele func¸ tiilor elementare ……………………………………………………………………..14
1.5. Opera¸ tii cu limite de func¸ tii …………………………………………………………………………22
1.6. Limite de puteri ………………………………………………………………………………………….23
1.7. Limite de func¸ tii compuse …………………………………………………………………………..24
1.8. Limite remarcabile ……………………………………………………………………………………..25
1.9. Cazuri exceptate la opera¸ tiile cu limite de func¸ tii ……………………………………………29
Capitolul 2: Aplica¸ tii metodice în calculul limitelor de func¸ tii …………………………..35
2.1. Exemple de limite de func¸ tii ………………………………………………………………………..35
2.2. Limite de func¸ tii cu parametri ……………………………………………………………………..58
2.3. Limite de func¸ tii în probleme practice …………………………………………………………..62
Capitolul 3: Metodologia cercet ˘arii ¸ stiin¸ tifice psihopedagogice ¸ si metodice ……… 64
3.1. Cercetarea psihopedagogic ˘a ………………………………………………………………………. 64
3.1.1. Etapele cercet ˘arii …………………………………………………………………………….. 66
3.1.2. Metode folosite în cercetarea pedagogic ˘a …………………………………………… 67
3.2. Proiectarea pedagogic ˘a ……………………………………………………………………………… 73
3.2.1. Importan¸ ta ¸ si necesitatea proiect ˘arii …………………………………………………….73
3.2.2. Func¸ tiile proiect ˘arii didactice ……………………………………………………………..75
3.2.3. Con¸ tinutul proiect ˘arii pedagogice ……………………………………………………….76
3.2.4. Planificarea calendaristic ˘a ………………………………………………………………….78
3.2.5. Proiectarea unei unit ˘a¸ ti de înv ˘a¸ tare ……………………………………………………..78
3.3. Evaluarea ………………………………………………………………………………………………….79
3.3.1. Func¸ tiile evalu ˘arii ……………………………………………………………………………..80
3.3.2. Forme/ tipuri de evaluare ……………………………………………………………………82
3.3.3. Metode ¸ si tehnici de evaluare ………………………………………………………………84
3.3.4. Tipuri de itemi …………………………………………………………………………………87
Bibliografie …………………………………………………………………………………………………….92
Anexe …………………………………………………………………………………………………………….93
3
ARGUMENT
Conceptul de trecere la limit ˘a a fost formulat pentru prima dat ˘a, de Isaac Newton (1642-1727)
¸ si Gottfried Leibniz (1646-1716), fiecare în încerc ˘ari diferite de a rezolva probleme de calcul.
Contribu¸ tii importante aduce în acest domeniu ¸ si Leonhard Euler (1707-1783). El fundamenteaz ˘a
conceptul de func¸ tie. Descrieri verbale ale conceptului de limit ˘a au fost propuse de diferi¸ ti matem-
aticieni, dar insuficiente pentru a fi utilizate în demonstra¸ tii. În 1821, Augustin-Louis Cauchy
(1789-1857) în lucrarea ”Cours d’ Analyse” formuleaz ˘a defini¸ tii ¸ si prezint ˘a argumente cu mai
mult ˘a aten¸ tie decât predecesorii s ˘ai. Dar cel care formuleaz ˘a defini¸ tia precis ˘a a limitei este Karl
Weierstrass (1815-1897). Aceasta este defini¸ tia pe care o utiliz ˘am ¸ si ast ˘azi.
Conceptul de limit ˘a a unei func¸ tii într-un punct este fundamental în Analiza Matematic ˘a.
În demersul didactic desf ˘a¸ surat în ciclul liceal, profilul real, calculul limitelor de func¸ tii, fun-
damenteaz ˘a teoretic capitolele ”Func¸ tii continue” ¸ si ”Func¸ tii derivabile”. Oricare dintre no¸ tiunile
introduse în aceste capitole, se define¸ ste cu ajutorul limitelor, asigurând suportul studiului aces-
tor propriet ˘a¸ ti pentru orice tip de func¸ tii. ”Reprezentarea grafic ˘a a func¸ tiilor” este deasemenea
un capitol din Analiza Matematic ˘a, ce nu poate fi parcurs f ˘ar˘a a utiliza limitele func¸ tiilor, pentru
determinarea asimptotelor, imaginii, etc.
În lucrare îmi propun s ˘a tratez aspecte teoretice ¸ si metodice ale limitelor de func¸ tii.
În primul capitol sunt abordate aspecte teoretice privind: conceptul de limit ˘a a unei func¸ tii
într-un punct, propriet ˘a¸ tile limitei, limitele func¸ tiilor elementare, opera¸ tiile cu limite de func¸ tii
(similare celor de la ¸ siruri), limite de func¸ tii compuse ¸ si limite remarcabile. În ultima parte a
capitolului se dau tehnici pentru eliminarea nedetermin ˘arilor în calculul limitelor.
Capitol al doilea este rezervat aplica¸ tiilor limitelor de func¸ tii , înso¸ tite de solu¸ tii ¸ si de câteva
exemple ale aplic ˘arii limitelor de func¸ tii în probleme practice.
Cel de-al treilea capitol este rezervat cercet ˘arii ¸ stiin¸ tifice psihopedagogice ¸ si metodice.
4
Capitolul 1
Limite de functii
1.1. Limita unei func¸ tii într-un punct
Pentru a defini conceptul de limit ˘a a unei func¸ tii într-un punct trebuie ca acel punct s ˘a fie punct
de acumulare pentru domeniul de defini¸ tie al respectivei func¸ tii.
Cazul când punctul de acumulare este un num ˘ar real ¸ si limita tot un num ˘ar real
Defini¸ tia 1 .Fie DR. Un punct a2Rse nume¸ ste punct de acumulare al mul¸ timii D dac˘ a
¸ si numai dac˘ a este satisf˘ acut˘ a condi¸ tia
8e>0;(a e;a+e)\(D fag)6=?:
Condi¸ tia din aceast ˘a defini¸ tie este uneori mai dificil de verificat. În continuare indic ˘am un
mod mai comod de verificat, în exemple, ca un punct s ˘a fie punct de acumulare pentru o mul¸ time.
Teorema care urmeaz ˘a se nume¸ ste teorema de caracterizare a punctelor de acumulare în R.
Teorema 2 .Fie DR¸ si a2R. Urm˘ atoarele afirma¸ tii sunt echivalente:
(i) a este punct de acumulare al mul¸ timii D adic˘ a: 8e>0,(a e;a+e)\(D fag)6=?.
(ii) exist˘ a un ¸ sir (xn)n2ND astfel încât x n6=a,8n2Niarlimn!¥xn=a.
Demonstra¸ tie . (i))(ii). Ipoteza (i) fiind adevarat ˘a pentru orice num ˘are>0 ea va fi adev ˘arat˘a,
în particular pentru e=1
n,8n2Ndeci
a 1
n;a+1
n
\(D fag)6=?,8n2N. Dar aceasta
fiind mul¸ time nevid ˘a înseamn ˘a c˘a ea are cel pu¸ tin un element, element care depinde de ndeci
8n2Nexist ˘axn2
a 1
n;a+1
n
\(D fag)adic˘axn2D¸ sixn2
a 1
n;a+1
n
. Condi¸ tia xn2
a 1
n;a+1
n
înseamn ˘aa 1
n<xn<a+1
n,8n2Nsau 1
n<xn a<1
n, saujxn aj<1
n. Cum
limn!¥1
n=0 din defini¸ tia limitei unui ¸ sir rezult ˘a c˘a8e>0,9ne2Nastfel încât8nneavem1
n<e.
Folosind acum inegalitatea jxn aj<1
n,8n2Ndeducem c ˘a8nneavemjxn aj<e. Din
defini¸ tia limitei unui ¸ sir rezult ˘a c˘a limn!¥xn=q. Astfel (ii) este demonstrat.
(ii))(i). Deoarece limn!¥xn=a, din defini¸ tia limitei unui ¸ sir rezult ˘a c˘a8e>0,9ne2Nastfel
încât8nneavemjxn aj<e. Aceast ˘a inegalitate este echivalent ¯a cu e<xn a<ede unde
rezult ˘a c˘aa e<xn<a+e,xn2(a e;a+e). Dar s ˘a ne amintim c ˘a(xn)n2NDastfel încât
xn6=a,8n2Nadic˘axn2D¸ sixn6=a,8n2Naltfel spus xn2D fag¸ sixn2(a e;a+e). Cum
¸ si înseamn ˘a intersec¸ tie de mul¸ timi rezult ˘a c˘axn2(a e;a+e)\(D fag), adic ˘a(a e;a+e)\
(D fag)6=?ceea ce înseamn ˘a (i).
Introducem acum conceptul de limit ˘a a unei func¸ tii într-un punct.
Defini¸ tia 3 .Fie DR, f:D!Ro func¸ tie ¸ si a2Run punct de acumulare pentru D. Un
num˘ ar l2Rse nume¸ ste limita func¸ tiei în punctul a ¸ si scriem limx!af(x) =l dac˘ a ¸ si numai dac˘ a
8e>0,9de>0astfel încât pentru 8x2D, x6=a cu proprietatea c˘ a jx aj<deeste adev˘ arat˘ a
rela¸ tiajf(x) lj<e.
Condi¸ tia din aceast ˘a defini¸ tie este dificil de verificat. Ea se nume ¸ ste condi¸ tia e dprivind
limita unei func¸ tii într-un punct.
Important .Deoarece a2Reste punct de acumulare pentru D ,din defini¸ tia 1 rezult˘ a c˘ a exist˘ a
puncte x2D, x6=a cu proprietatea c˘ a jx aj<de.
În continuare indic ˘am un criteriu mai comod de verificat în exemple ca un num ˘ar real s ˘a fie
limita unei func¸ tii într-un punct. Teorema care urmeaz ˘a se numeste teorema de caracterizare a
limitei unei func¸ tii într-un punct cu ¸ siruri .
Teorema 4 .Fie DR, f:D!Ro func¸ tie ¸ si a2Rcare este punct de acumulare pentru D ¸ si
l2R. Urm˘ atoarele afirma¸ tii sunt echivalente:
(i)limx!af(x) =l adic˘ a:8e>0,9de>0astfel încât8x2D, x6=a cu proprietatea c˘ a jx aj<
deeste adev˘ arat˘ a rela¸ tia jf(x) lj<e.
5
(ii) Pentru orice ¸ sir (xn)n2ND astfel încât x n6=a,8n2Niarlimn!¥xn=a rezult˘ a c˘ a limn!¥f(xn) =
l.
Demonstra¸ tie . (i))(ii). Fie (xn)n2ND astfel încât x n6=a,8n2Niarlimn!¥xn=a. Trebuie
s˘ a demonstr˘ am c˘ a lim
n!¥f(xn) =ladic˘a ¸ tinând cont de defini¸ tia limitei unui ¸ sir 8e>0,9ne2N
astfel încât8nneavemjf(xn) lj<e. Fie deci e>0. Din (i) rezult ˘a c˘a9de>0 astfel încât
8x2D,x6=acu proprietatea c ˘ajx aj<deeste adev ˘arat˘a rela¸ tia
jf(x) lj<e:(1)
Deoarece limn!¥xn=apentru de>0,9ne2Nastfel încât8nneavemjxn aj<de. Fie acum
nne. Atuncijxn aj<de¸ si s˘a nu uit ˘amxn2D;iarxn6=a. Din rela¸ tia (1) rezult ˘a c˘a
jf(xn) lj<e
adic˘a exact ce voiam s ˘a demonstr ˘am.
(ii))(i). Presupunem prin absurd c ˘a (i) nu are loc. Aceasta înseamn ˘a c˘a9e0>0astfel încât
8d>0exist˘ a x d2D, xd6=a cu proprietatea c˘ a jxd aj<ddarjf(xd) lje0. Aceast ˘a rela¸ tie
fiind adev ˘arat˘a pentru orice d>0 ea va fi adev ˘arat˘a pentru d=1
n>0 deci exist ˘axn2D,xn6=a
cu proprietatea c ˘ajxn aj<1
ndarjf(xn) lje0¸ si aceste rela¸ tii au loc 8n2N. Dar, am ar ˘atat
anterior c ˘a dac ˘ajxn aj<1
n,8n2Natunci limn!¥xn=a. A¸ sadar dac ˘a (i) nu are loc, exist ˘aun ¸ sir
(xn)n2ND astfel încât x n6=a,8n2N;iarlimn!¥xn=a.Cum (ii) este adev ˘arat pentru orice ¸ sir
rezult ˘a c˘a limn!¥f(xn) =l. Dar s ˘a ne amintim c ˘ajf(xn) lje0,8n2N. Folosind acum teorema
de trecere la limit ˘a în inegalit ˘a¸ ti deducem c ˘a lim
n!¥jf(xn) lje0. Cum lim
n!¥f(xn) =lrezult ˘a c˘a
0e0, ceea ce este fals, s ˘a nu uit ˘am c ˘ae0>0. A¸ sadar, presupuerea f ˘acut˘a este fals ˘a deci (i) este
adev ˘arat.
Important .Deoarece a2Reste punct de acumulare pentru D ,din teorema 2 rezult˘ a c˘ a exist˘ a
¸ siruri ca în (ii), adic˘ a exist˘ a ¸ siruri (xn)n2ND astfel încât x n6=a,8n2Niarlimn!¥xn=a.
Cazul când punctul de acumulare este ¥¸ si limita un num ˘ar real
Defini¸ tia 5 .Fie DR.¥este (sau se nume¸ ste) punct de acumulare al mul¸ timii D dac˘ a ¸ si
numai dac˘ a este satisf˘ acut˘ a condi¸ tia
8e>0;(e;¥)\D6=?:
Teorema 6 .Fie DR. Urm˘ atoarele afirma¸ tii sunt echivalente:
(i)¥este punct de acumulare al mul¸ timii D adic˘ a: 8e>0,(e;¥)\D6=?.
(ii) exist˘ a un ¸ sir (xn)n2ND astfel încât limn!¥xn=¥.
Demonstra¸ tie . (i))(ii). Ipoteza (i) fiind adevarat ˘a pentru orice num ˘are>0 ea va fi adevarat ˘a,
în particular pentru e=n,8n2Ndeci(n;¥)\D6=?,8n2N. Dar aceasta fiind mul¸ time nevid ˘a
înseamn ˘a c˘a ea are cel pu¸ tin un element care depinde de ndeci8n2Nexist ˘axn2(n;¥)\D
adic˘axn2D¸ sixn2(n;¥). Condi¸ tia xn2(n;¥)înseamn ˘axn>n,8n2N. Cum limn!¥n=0 din
defini¸ tia limitei unui ¸ sir rezult ˘a c˘a8e>0,9ne2Nastfel încât8nneavem n>e. Folosind acum
inegalitatea xn>n,8n2Ndeducem c ˘a8nneavem xn>e. Din defini¸ tia limitei unui ¸ sir rezult ˘a
c˘a limn!¥xn=¥. Astfel (ii) este demonstrat.
(ii))(i). Deoarece limn!¥xn=¥, din defini¸ tia limitei unui ¸ sir rezult ˘a c˘a8e>0,9ne2Nastfel
încât8nneavem xn>e. Dar s ˘a ne amintim c ˘a(xn)n2NDadic˘axn2D¸ sixn2(e;¥). Cum ¸ si
înseamn ˘a intersec¸ tie de mul¸ timi rezult ˘a c˘axn2(e;¥)\D, adic ˘a(e;¥)\D6=?ceea ce înseamn ˘a
(i).
6
Defini¸ tia 7 .Fie DR, f:D!Ro func¸ tie astfel încât ¥este punct de acumulare pentru
D. Un numar l2Rse nume¸ ste limita func¸ tiei în punctul ¥¸ si scriem limx!¥f(x) =l dac˘ a ¸ si numai
dac˘ a8e>0,9de>0astfel încât pentru 8x2D cu proprietatea c˘ a x >deeste adevarat˘ a rela¸ tia
jf(x) lj<e.
Avem de asemenea
Teorema 8 .Fie DR, f:D!Ro func¸ tie astfel încât ¥este punct de acumulare pentru D
¸ si l2R. Urm˘ atoarele afirma¸ tii sunt echivalente:
(i)limx!¥f(x) =l adica8e>0,9de>0astfel încât pentru 8x2D cu proprietatea c˘ a x >de
este adevarat˘ a rela¸ tia jf(x) lj<e.
(ii) Pentru orice ¸ sir (xn)n2ND astfel încât limn!¥xn=¥rezult ˘ac˘ alimn!¥f(xn) =l.
Demonstra¸ tie . (i))(ii). Fie (xn)n2ND astfel încât limn!¥xn=¥.Trebuie s ˘a demonstr ˘am c ˘ a
limn!¥f(xn) =ladic˘a ¸ tinând cont de defini¸ tia limitei unui ¸ sir 8e>0,9ne2Nastfel încât8nne
avemjf(xn) lj<e. Fie deci e>0. Din (i) rezult ˘a c˘a9de>0 astfel încât8x2D,x>deeste
adev ˘arat˘a rela¸ tia
jf(x) lj<e:(1)
Deoarece limn!¥xn=¥pentru de>0,9ne2Nastfel încât8nneavem xn>de. Fie acum nne.
Atunci xn>de¸ si s˘a nu uit ˘amxn2D. Din rela¸ tia (1) rezult ˘a c˘a
jf(xn) lj<e
adic˘a exact ce voiam s ˘a demonstr ˘am.
(ii))(i). Presupunem prin absurd c ˘a (i) nu are loc. Aceasta înseamn ˘a c˘a9e0>0astfel încât
8d>0exist˘ a x d2Dcu proprietatea c ˘axd>ddarjf(xd) lje0. Aceast ˘a rela¸ tie fiind adev ˘arat˘a
pentru orice d>0 ea va fi adev ˘arat˘a pentru d=n>0 deci exist ˘axn2Dcu proprietatea c ˘a
xn>ndarjf(xn) lje0¸ si aceste rela¸ tii au loc 8n2N. Dar dac ˘axn>n,8n2N;atunci
limn!¥xn=¥. A¸ sadar dac ˘a (i) nu are loc, exist ˘a un ¸ sir (xn)n2NDastfel încât limn!¥xn=¥. Cum
(ii) este adevarat pentru orice ¸ sir rezult ˘a c˘a limn!¥f(xn) =l. Dar s ˘a ne amintim c ˘ajf(xn) lje0,
8n2N. Folosind acum teorema de trecere la limit ˘a în inegalit ˘a¸ ti deducem c ˘a limn!¥jf(xn) lje0.
Cum lim
n!¥f(xn) =lrezult ˘a c˘a 0e0, ceea ce este fals, s ˘a nu uit ˘am c ˘ae0>0. A¸ sadar, presupuerea
f˘acut˘a este fals ˘a deci (i) este adevarat.
De ce calcul ˘am numai limita la ¥pentru ¸ siruri. Explica¸ tie
Propozi¸ tia 9 .a)¥este punct de acumulare pentru N.
b) Nu exist˘ a numere reale care s˘ a fie puncte de acumulare pentru N.
Demonstra¸ tie . a) Conform teoremei 6 trebuie s ˘a ar˘at˘am c ˘a exist ˘a un ¸ sir (xn)n2NDastfel
încât limn!¥xn=¥. Cel mai simplu exemplu este xn=n2N.
b) Presupunem prin absurd c ˘a exist ˘aa2Rcare este punct de acumulare pentru N. Din teorem ˘a
rezult ˘a c˘a exist ˘a un ¸ sir (xn)n2NNastfel încât xn6=a,8n2N;iar lim
n!¥xn=a. Din defini¸ tia
limitei rezult ˘a c˘a8e>0,9ne2Nastfel încât8nneavemjxn aj<e. În particular pentru
e=1
2>09n02Nastfel încât8nn0avemjxn aj<1
2. Fie acum nn0. Atunci din inegalitatea
modululuija+bjjaj+jbjdeducem c ˘ajxn xn0jjxn aj+ja xn0j<1
2+1
2=1. A¸ sadar,
jxn xn0j<1. Cum xn;xn02Nrezult ˘a c˘axn xn02Zdeci ¸ sijxn xn0j2Z¸ si cumjxn xn0j0
rezult ˘a c˘ajxn xn0j2N¸ si s˘a nu uit ˘amjxn xn0j<1. Dar singurul num ˘ar natural strict mai mic
decât 1 este 0 deci jxn xn0j=0 adic ˘axn=xn0. A¸ sadar, xn=xn0,8nn0adic˘a ¸ sirul începând de
lan0este constant egal cu xn0. Dar limita unui ¸ sir constant este chiar constanta adic ˘a limn!¥xn=xn0.
7
Dar limn!¥xn=a¸ si din unicitatea limitei unui ¸ sir de numere reale rezult ˘a c˘axn0=a, ceea ce este fals
pentru c ˘a s˘a nu uit ˘amxn6=a,8n2N, în particular xn06=a.
Important .Deoarece un ¸ sir (xn)n2NReste o func¸ tie f :N!R, f(n) =xn, ¸ si cum problema
limitei unei func¸ tii într-un punct se pune numai în puncte de acumulare ale domeniului de defini¸ tie
al func¸ tiei respective, (¸ si cum singurul punct de acumulare al lui Neste¥), rezult˘ a c˘ a pentru
¸ sirurile de numere reale are sens doar calcularea limitei la ¥. Aceasta explic˘ a de ce la ¸ siruri
calcul˘ am numai limita la ¥.
Cazul când punctul de acumulare este ¥¸ si limita un num ˘ar real
Defini¸ tia 10 .Fie DR. ¥este (sau se nume¸ ste) punct de acumulare al mul¸ timii D dac˘ a ¸ si
numai dac˘ a este satisf˘ acut˘ a condi¸ tia
8e>0;( ¥; e)\D6=?:
Teorema 11 .Fie DR. Urm˘ atoarele afirma¸ tii sunt echivalente:
(i) ¥este punct de acumulare al mul¸ timii D adic˘ a 8e>0,( ¥; e)\D6=?.
(ii) exist˘ a un ¸ sir (xn)n2ND astfel încât limn!¥xn= ¥.
Demonstra¸ tie . (i))(ii). Ipoteza (i) fiind adevarat ˘a pentru orice num ˘are>0 ea va fi adev ˘arat˘a,
în particular pentru e=n,8n2Ndeci( ¥; n)\D6=?,8n2N. Dar aceasta fiind mul¸ time nev-
id˘a înseamn ˘a c˘a ea are cel pu¸ tin un element care depinde de ndeci8n2Nexist ˘axn2( ¥; n)\D
adic˘axn2D¸ sixn2( ¥; n). Condi¸ tia xn2( ¥; n)înseamn ˘axn<
