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\( \lim _ { x \rightarrow . ^ { - } } \frac { \sqrt { 1 - \sqrt { 1 + x } } } { x } \)

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Feb 20,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The limit is -∞.

Solución

Calculate the limit \( \lim_{x\rightarrow -0} \frac{\sqrt{1-\sqrt{1+x}}}{x} \). Evaluate the limit by following steps: - step0: Evaluate using L'Hopital's rule: \(\lim _{x\rightarrow 0}\left(\frac{\sqrt{1-\sqrt{1+x}}}{x}\right)\) - step1: Rewrite the expression: \(\lim _{x\rightarrow 0^{-}}\left(\frac{\sqrt{1-\sqrt{1+x}}}{x}\right)\) - step2: Use the L'Hopital's rule: \(\lim _{x\rightarrow 0^{-}}\left(\frac{\frac{d}{dx}\left(\sqrt{1-\sqrt{1+x}}\right)}{\frac{d}{dx}\left(x\right)}\right)\) - step3: Find the derivative: \(\lim _{x\rightarrow 0^{-}}\left(\frac{-\frac{1}{4\sqrt{\left(1-\sqrt{1+x}\right)\left(1+x\right)}}}{1}\right)\) - step4: Simplify the expression: \(\lim _{x\rightarrow 0^{-}}\left(\frac{-1}{4\sqrt{\left(1-\sqrt{1+x}\right)\left(1+x\right)}}\right)\) - step5: Calculate: \(-\infty\) The limit of \( \frac{\sqrt{1-\sqrt{1+x}}}{x} \) as \( x \) approaches -0 is -∞.

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The Deep Dive

To evaluate the limit \( \lim_{x \rightarrow 0^{-}} \frac{\sqrt{1 - \sqrt{1 + x}}}{x} \), we start by recognizing that as \( x \) approaches \( 0 \) from the left, \( \sqrt{1 + x} \) approaches \( 1 \). Hence, we can look into simplifying the expression. First, calculate \( \sqrt{1 + x} \). As \( x \to 0^{-} \), we can use the binomial approximation for small values: \[ \sqrt{1 + x} \approx 1 + \frac{x}{2} - \frac{x^2}{8} + \ldots \] Thus, \[ 1 - \sqrt{1 + x} \approx 1 - \left( 1 + \frac{x}{2} - \frac{x^2}{8} \right) = -\frac{x}{2} + \frac{x^2}{8} + O(x^3). \] Now, substituting this approximation into \( \sqrt{1 - \sqrt{1 + x}} \): \[ \sqrt{1 - \sqrt{1 + x}} \approx \sqrt{-\frac{x}{2} + \frac{x^2}{8}}. \] For small \( x \), we can take the leading term: \[ \sqrt{1 - \sqrt{1 + x}} \approx \sqrt{-\frac{x}{2}} = i\sqrt{\frac{-x}{2}} \text{ because } x \text{ is negative as } x \to 0^{-}. \] Thus, we have: \[ \sqrt{1 - \sqrt{1 + x}} \approx i \cdot \sqrt{\frac{-x}{2}} = \frac{i \sqrt{-x}}{\sqrt{2}}. \] Substituting this back into the limit, \[ \lim_{x \rightarrow 0^{-}} \frac{\frac{i \sqrt{-x}}{\sqrt{2}}}{x} = \lim_{x \rightarrow 0^{-}} \frac{i}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sqrt{-x}}{x} = \lim_{x \rightarrow 0^{-}} \frac{i}{\sqrt{2}} \cdot \frac{1}{\sqrt{-x}}. \] As \( x \) approaches \( 0^{-} \), \( \sqrt{-x} \) approaches \( 0 \), causing \( \frac{1}{\sqrt{-x}} \) to go to infinity. Hence the limit diverges to: \[ \lim_{x \rightarrow 0^{-}} \frac{i}{\sqrt{2}} \cdot \infty = -\infty. \] Thus, the limit is: \[ \boxed{-\infty}. \]

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