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Evaluate \( \lim _{x \rightarrow \infty}\left(\sqrt{x^{4}+x^{3}}-\sqrt{x^{4}-x^{3}}\right) \)

Ask by Hills Mccarthy. in the United States
Mar 09,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The limit is \( +\infty \).

Solución

Calculate the limit \( \lim _{x\rightarrow \infty}(\sqrt{x^{4}+x^{3}}-\sqrt{x^{4}-x^{3}}) \). Evaluate the limit by following steps: - step0: Evaluate the limit: \(\lim _{x\rightarrow +\infty}\left(\sqrt{x^{4}+x^{3}}-\sqrt{x^{4}-x^{3}}\right)\) - step1: Simplify the root: \(\lim _{x\rightarrow +\infty}\left(\left|x\right|\times \sqrt{x^{2}+x}-\sqrt{x^{4}-x^{3}}\right)\) - step2: Simplify the root: \(\lim _{x\rightarrow +\infty}\left(\left|x\right|\times \sqrt{x^{2}+x}-\left|x\right|\times \sqrt{x^{2}-x}\right)\) - step3: Rewrite the expression: \(\lim _{x\rightarrow +\infty}\left(x\sqrt{x^{2}+x}-x\sqrt{x^{2}-x}\right)\) - step4: Rearrange the terms: \(\lim _{x\rightarrow +\infty}\left(x\left(\sqrt{x^{2}+x}-\sqrt{x^{2}-x}\right)\right)\) - step5: Rewrite the expression: \(\lim _{x\rightarrow +\infty}\left(x\right)\times \lim _{x\rightarrow +\infty}\left(\sqrt{x^{2}+x}-\sqrt{x^{2}-x}\right)\) - step6: Calculate: \(\left(+\infty\right)\times 1\) - step7: Multiply: \(+\infty\) The limit of \( \lim _{x \rightarrow \infty}\left(\sqrt{x^{4}+x^{3}}-\sqrt{x^{4}-x^{3}}\right) \) as \( x \) approaches infinity is \( +\infty \).

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To evaluate the limit \[ \lim _{x \rightarrow \infty}\left(\sqrt{x^{4}+x^{3}}-\sqrt{x^{4}-x^{3}}\right), \] we start by simplifying the expression inside the limit. First, we will factor out \( x^4 \) from both square roots: \[ \sqrt{x^{4}+x^{3}} = \sqrt{x^4(1 + \frac{1}{x})} = x^2\sqrt{1 + \frac{1}{x}} \] and \[ \sqrt{x^{4}-x^{3}} = \sqrt{x^4(1 - \frac{1}{x})} = x^2\sqrt{1 - \frac{1}{x}}. \] Now we can rewrite the expression: \[ \sqrt{x^{4}+x^{3}} - \sqrt{x^{4}-x^{3}} = x^2\sqrt{1 + \frac{1}{x}} - x^2\sqrt{1 - \frac{1}{x}}. \] Factor out \( x^2 \): \[ = x^2 \left( \sqrt{1 + \frac{1}{x}} - \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \right). \] Next, we need to evaluate the limit as \( x \to \infty \): \[ \lim_{x \to \infty} x^2 \left( \sqrt{1 + \frac{1}{x}} - \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \right). \] To proceed, we can use the fact that for small \( y \), \( \sqrt{1 + y} \approx 1 + \frac{1}{2}y \) and \( \sqrt{1 - y} \approx 1 - \frac{1}{2}y \). Letting \( y = \frac{1}{x} \), we have: \[ \sqrt{1 + \frac{1}{x}} \approx 1 + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{x} \quad \text{and} \quad \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \approx 1 - \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{x}. \] Thus, \[ \sqrt{1 + \frac{1}{x}} - \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \approx \left(1 + \frac{1}{2x}\right) - \left(1 - \frac{1}{2x}\right) = \frac{1}{2x} + \frac{1}{2x} = \frac{1}{x}. \] Now substituting back into our limit: \[ \lim_{x \to \infty} x^2 \left( \sqrt{1 + \frac{1}{x}} - \sqrt{1 - \frac{1}{x}} \right) \approx \lim_{x \to \infty} x^2 \cdot \frac{1}{x} = \lim_{x \to \infty} x = \infty. \] Thus, the limit evaluates to: \[ \boxed{\infty}. \]

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